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基于CH376的SD卡采集存储系统设计.docx
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基于CH376的SD卡采集存储系统设计.docx
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摘 要
设计了一种应用激光散射法检测大气中的可入肺颗粒污染物 PM2.5 浓度的数据采集
存储系统。采集部分分析了采集原理的合理性,微粒直径和浓度信息经过采集传感器转
换为电信号,然后经放大、滤波、模数转换为数字信号后输入数据总线。控制部分介绍
了 51 系列单片机 AT89S52 与文件管理芯片 CH376 各自的工作原理,重点说明了两者之
间的配合使用,通过 SPI 总线访问的方式实现了对 SD 卡的读写操作。存储部分介绍了 SD
卡的存储原理、工作方式、功能引脚和卡座的外围接口电路,实现数据的大容量存储。
最后数据回读,经计算机分析得出相应结论。
关键词:PM2.5,采集存储,CH376,SD 卡
A SD Card Collection and Storage System that Based on CH376
Abstract
This date collection and storage system put forward a kind of method that
use laser scattering to detect concentration of PM2.5 which can take in the lung
in the atmosphere . The part of acquisition analysis the rationality of the
principle, diameter and concentration information of particle transform into
electrical signal through acquisition sensor, and then the signal can be
amplified,be filtered,be converted digital pulse signal to input data bus. The
control part introduces 51 series monolithic integrated circuit AT89S52 and file
management chip CH376 and their work principle, focuses on the instructions of
using together, read and write to SD card through the SPI bus. The part of
storage introduces the principle of SD card memory,working mode,function pin
and peripheral circuit of the socket of SD card,and realize the large volume of
data storage. Data can be reclaimed, and the computer analysis it to get the
corresponding results.
Key Words:PM2.5,Acquisition and Storage,CH376,SD card
第 I 页 共 II 页
目 录
1 引言.............................................................1
2 采集方法和存储方法的分析.........................................3
2.1 采集方法分析 ....................................................3
2.1.1 连续取样法...................................................3
2.1.2 摩擦起电法...................................................3
2.1.3 闪烁法.......................................................4
2.1.4 差分吸收光谱法...............................................4
2.1.5 散射法.......................................................4
2.2 数据安全存储分析 ................................................4
3 系统硬件设计.....................................................8
3.1 系统结构.......................................................8
3.2 系统前端设计...................................................8
3.2.1 传感器 APD.....................................................9
3.2.2 放大电路的设计 ...............................................10
3.2.3 滤波电路的设计 ...............................................12
3.2.4 A/D 转换器 ...................................................14
3.3 系统控制单元..................................................16
3.3.1 AT89S52 单片机 ..............................................16
3.3.2 文件管理芯片 CH376 ..........................................18
3.3.3 单片机与 CH376 的配合........................................19
3.4 存储部分设计..................................................20
3.5 电源模块设计..................................................23
4 系统软件设计....................................................25
4.1 数据采集部分..................................................25
4.2 数据存储部分..................................................26
4.2.1 SD 卡的初始化 ...............................................26
4.4.2 采集数据的写入..............................................27
5 系统标定及误差分析..............................................29
第 II 页 共 II 页
5.1 系统标定......................................................29
5.2 误差分析......................................................29
6 结束语..........................................................31
附录 A .............................................................32
附录 B .............................................................34
参考文献...........................................................35
致谢...............................................................38
第 1 页 共 38 页
1 引言
近期,被称为“灰霾元凶”的空气污染物 PM2.5(又称“可入肺颗粒物”)受
到公众广泛地关注,包括北京、上海、南京等许多城市均开始尝试发布 PM2.5 监
测数据。2 月 29 日,国务院同意发布新修订的《环境空气质量标准》,新标准增
加了细颗粒物 PM2.5 和臭氧 8 小时浓度限值监测指标。自此,PM2.5 首次正式纳
入空气质量标准。而太原市作为山西省唯一试点市,将空气污染监测指标从 3 项
扩展到 9 项,PM2.5 也是其中一项。
PM,英文全称为 particulate matter(颗粒物),科学家用 PM2.5 表示每立方
米空气中这种颗粒的含量,这个值越高,就代表空气污染越严重。PM2.5 产生的
主要来源,是日常发电、工业生产、汽车尾气排放等过程中经过燃烧而排放的残
留物,大多含有重金属等有毒物质。一般而言,粒径 2.5 微米至 10 微米的粗颗
粒物主要来自道路扬尘等;2.5 微米以下的细颗粒物(PM2.5)则主要来自化石
燃料的燃烧(如机动车尾气、燃煤废气)、挥发性有机物等等。总悬浮物颗粒物
(PM100)、可吸入颗粒物(PM10)和可入肺颗粒物(PM2.5)是环境空气质量监测中经
常使用的三个概念,它们代表三类大小不同的大气污染物,对人体健康和环境空
气质量都有重要的影响。其中 PM2.5 是指大气中直径小于或等于 2.5 微米的颗粒
物,它的直径大小还不到人体头发丝粗细的 1/20。由于该微粒个头太小,不像
一般的大气悬浮颗粒可以被上呼吸道拦截,它可被直接被吸入肺中,故也被称为
可入肺颗粒物。虽然 PM2.5 只是地球大气成分中含量很少的组分,但它对空气质
量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比,PM2.5 的微粒直径很小,
富含大量的有毒、有害物质,而且在大气中的停留时间长、输送距离远,因而对
人体健康和大气环境质量的影响很大。气象专家和医学专家认为,由细颗粒物造
成的灰霾天气对人体健康的危害甚至要比沙尘暴更大。粒径 10 微米以上的颗粒
物,会被挡在人的鼻子外面;而微粒粒径在 2.5 微米至 10 微米之间的颗粒物,
能够进入上呼吸道,但部分可通过痰液等排出体外,另外也会被鼻腔内部的绒毛
阻挡,对人体健康危害相对较小;而粒径在 2.5 微米以下的细颗粒物,不易被阻
挡。被吸入人体后会直接进入支气管,干扰肺部的气体交换,容易引发包括哮喘、
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