空气灰尘浓度检测模块的设计与实现毕业论文
2022-02-14 08:02
论文总字数：34687字
摘 要
随着工业的持续发展，空气污染越来越严重，出现雾霾的现象逐渐增多。空气中的微小粒子主要由PM0.1、PM2.5、PM10及其吸附的重金属（如Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn等）粒子组成。而人类对粒子直径小于 2.5μm的细灰尘根本没有阻挡能力，这些细灰尘被人体吸收后，会诱发各类呼吸道疾病。所以对空气中的PM2.5的监测显得格外重要。
本文利用单片机技术、传感器技术和无线通信技术对空气中PM2.5的浓度值实时监测。根据光的散射原理，对空气中粒子直径为2.5微米的粒子进行检测，将检测到的数字信号利用串口发送给核心控制器，经核心控制器计算转换后，在液晶显示屏上显示，并通过短信发送模块发送信息给接收端。
实践证明，该设计能够实时监测空气中的PM2.5浓度值，并且能实时发送短信给接收端。该设计操作简单，成本低，可以有效的提高人们对PM2.5对人类危害的认识和预防。
关键词：单片机；传感器；PM2.5；无线通信
Design and Realization of Air Dust Concentration Detection Module
Abstract
With the continuous development of industry, air pollution is more and more serious, the phenomenon of haze gradually increased. The tiny particles in the air are mainly composed of PM0.1, PM2.5, PM10 and their adsorbed heavy metals (such as Cd, Cr, Cu, Ni, Pb and Zn). And the human particle diameter of less than 2.5μm fine dust is not blocking capacity, these fine dust absorbed by the body, will induce various types of respiratory diseases. So the air PM2.5 monitoring is particularly important.
In this paper, the use of single-chip technology, sensor technology and wireless communication technology in the air PM2.5 concentration value real-time monitoring. According to the principle of light scattering, the air containing PM2.5 collection, the collected digital signal using the serial port to send to the core controller, the core controller to calculate the conversion, the real-time display on the display, and sent through the GSM network Information to the receiving end.
The practice proved that the design can be real-time monitoring of air PM2.5 concentration value, and can send text messages to the receiver in real time. The design is simple, low cost, can effectively improve people on PM2.5 understanding of human harm and prevention.
Key Words: Single-chip; Sensor; PM2.5; Wireless communication
目录
摘要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1 课题背景及意义 1
1.2 国内外研究情况 1
1.3 主要研究内容及论文结构 2
第二章 系统方案 4
2.1 总体设计思路 4
2.2主要器件的选型 5
2.2.1 灰尘传感器的选型 5
2.2.2单片机的选型 5
2.2.3显示屏的选型 6
2.2.4 短信发送模块的选型 6
第三章 系统硬件设计 7
3.1 PM2.5浓度采集电路设计 7
3.1.1 YW-51GJ灰尘传感器 7
3.1.2 PM2.5浓度采集电路 8
3.2单片机最小系统 8
3.2.1 时钟电路 8
3.2.2 复位电路 9
3.2.3 单片机 9
3.3液晶显示模块设计 11
3.3.1 LCD1602液晶显示屏 11
3.3.2 LCD显示电路 12
3.4 短信发送模块设计 12
3.4.1 ATK-SIM900A 12
3.4.2 SIM900A主控芯片外围电路 13
3.4.3 SIM卡电路 14
3.5 按键电路设计 14
3.6电源转换电路设计 15
3.7程序下载电路设计 16
第四章 系统软件设计 17
4.1软件开发环境 17
4.2主程序设计 17
4.3 各子程序设计 18
4.3.1 串口中断程序设计 18
4.3.2 LCD显示程序设计 18
4.3.3 定时器中断程序设计 19
4.3.4 短信发送程序设计 22
第五章 系统调试 24
5.1 硬件调试 24
5.2 软件调试 26
5.3 误差分析和校准 27
第六章 总结与展望 32
6.1 总结与评价 32
6.2 展望 32
参考文献 34
致谢 35
附录 36
第一章 绪论
1.1课题背景及意义
随着工业的迅速发展，人们的消费水平逐渐提高，私家车数量与日俱增，导致空气污染越来越严重，这种空气污染形成了雾霾天气。空气中的灰尘主要由PM0.1、PM2.5、PM10及重金属颗粒组成。所谓PM2.5，即粒子直径小于2.5μm的细微颗粒，它富含很多有害物质，由于体积很小，它能穿透支气管壁，进入肺部，扰乱肺部正常功能，从而导致各类呼吸道疾病，最终导致心脏病或其他心血管问题。始于1982年的研究证实，当空气中的PM2.5浓度长期高于10μg/m3,就会带来死亡风险的上升[1]。
大量研究结果表明，空气能见度的降低与空气中的灰尘颗粒密切相关[2]。灰尘颗粒对光造成散射、折射和反射，这使空气透明度明显减小，对人们生活产生困扰。随着经济发展和环境污染的持续竞争，清洁空气是中国的一个主要挑战，需要大量的污染物测量和控制[3]。所以对空气质量的检测显得十分重要，了解、及采取有效措施治理的前提就是检测出空气中的灰尘浓度，本文主要研究空气中PM2.5的监测。
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