毕设仿真-基于51单片机空气质量粉尘pm2.5检测设计_基于单片机pm2.5毕业设计-优快云博客

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1、本设计基于STC89C51/52通用）。
2、通过滑动变阻器调节监测粉尘浓度，用
户可通过按键控制系统的粉尘浓度NSE三种
低中高预警阈值，高于N值低于S值LED黄色
指示灯亮，高于S低于E值LED蓝色指示灯
亮，高于E值红色指示灯亮且蜂鸣器会
响，低于N值显示绿灯。
3、可以通过LCD1602显示屏实时显示当前
粉尘浓度值以及NSE三种低中高预警阈值。
4、可以通过按键设置粉尘浓度值以及NSE
三种低中高预警阈值。

摘要

随着单片机技术的飞速发展，通过单片机开发的检测仪器越来越小型化和多样化，因此采用单片机技术设计一款小型的对空气质量监测的PM2.5测量设计具有重要的意义。

本文主要介绍了基于单片机的空气质量PM2.5测量设计系统。该系统把单片机的控制技术和传感器技术相结合，实现对空气颗粒大小的采集。采集的数值经过模数转换，再传输给单片机，经过单片机的计算后，在液晶显示屏显示。该设计对检测空气质量，提高人们的生活质量，促使人们改善环境，提高身体健康，具有重要的意义，因此应用前景非常广泛。

关键词：单片机；传感器技术；PM2.5

1 绪论

由环境污染给健康带来的危害越来越牵动着人们敏感的神经。人们也越来越渴望有个干净舒适的居住环境，能呼吸到清新自然的空气。对PM2.5进行深入的研究，不仅仅关系的人民的日常生活，同时也关系到军队的日常野外训练，部队营房的选址，和军队的日常工作密切相关，因此，对PM2.5进行深入细致地研究，不仅仅关系到人民的健康，同时也是建设现代化军队的一部分。

本文的研究的思想就是利用单片机控制技术和传感器技术相结合，以STC89C52单片机为核心，PM2.5 粉尘传感器 GP2Yl010AUOF、ADC0832模／数转换器、LCD1602 显示屏组成环境检测系统。它通过对环境地检测实现PM2.5的采集、传输以及读取。利用LCD 显示技术实现数字化显示。通过单片机将现代科技应用于对环境空气质量的检测，提醒人们做出相应措施，改善环境状况，使得居住环境更加舒适安全。

1.4 设计目的及其内容

本设计的最终目的是通过单片机与数字控制技术相结合而实现对PM2.5的检测于一体的环境检测系统。这种检测系统具有制造成本低廉、操作简单而测量精度高、显示迅速的优点。经过充分的调研、综合分析、对改善室内环境的方法进行比较以及对各种测量方法的对比，本设计基于单片机为系统控制核心，采用显示屏显示和蜂鸣报警，实现高效的室内环境检测的功能。主要的设计内容如下：

(1）采用 STC89C52单片机作为控制核心。

(2）采用 GP2Y1010AUOF 传感器对粉尘颗粒大小的采集。

LCD显示屏显示所有测量值。

通过按键设置报警值，当测量的值高于报警值，蜂鸣器报警。

2 系统整体设计

2.1 系统总体设计

本设计主要由单片机最小系统、灰尘检测、A/D模数转换、键盘输入、复位电路、液晶显示器和报警电路等部分组成。其中单片机最小系统是单片机工作的基础，灰尘检测传感器实现对灰尘的检测，A/D模数转换电路实现对传感器输出模拟量的转换，键盘输入电路完成对报警值得整定，液晶显示电路实时显示测量值和报警值，当测量值高于设定值时，报警电路报警，当测量值低于设定值时，报警电路不工作，复位电路完成对系统的复位。系统整体框图如图2.1所示。

图2.1 系统结构框图

各模块功能如下：

1．键盘输入：用于完成报警值参数调整的功能。

2．显示模块：用于完成对系统测量值和报警值得显示。

3．复位电路：完成系统的复位。

4．报警电路：实现系统的报警。

5．灰尘传感器：实现对灰尘颗粒的传感

6．A/D转换电路：用于完成传感器输入模拟量转换成数字量。

3.1 硬件电路设计

硬件电路设计主要是根据设计的要求，设计出硬件电路原理图，下面将对这个方面重点阐述。

3.2.1 单片机最小系统

要使单片机工作起来最基本的电路构成为单片机最小系统如图3.2所示。

图3.2 信号处理模块

单片机最小系统包括单片机、复位电路、时钟电路构成。

STC89C52 单片机的工作电压范围：4V-5.5V,所以通常给单片机外界5V直流电源。连接方式为单片机中的40脚VCC接正极5V，而20脚VSS接电源地端。

复位电路就是确定单片机的工作起始状态，完成单片机的启动过程。单片机接通电源时产生复位信号，完成单片机启动确定单片机起始工作状态。当单片机系统在运行中，受到外界环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后，在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。本设计采用的是外部手动按键复位电路，需要接上上拉电阻来提高输出高电平的值[4]。

时钟电路好比单片机的心脏，它控制着单片机的工作节奏。时钟电路就是振荡电路，是向单片机提供一个正弦波信号作为基准，决定单片机的执行速度。XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出，该反向放大器可以配置为片内振荡器。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。因为一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机器周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，一个振荡周期为1/12us。

本系统采用STC系统列单片机，相比其他系列单片机具有很多优点。一般STC单片机资源比其他单片机要多，而且执行速度快；STC系列单片机使用串口对单片机进行烧写,下载程序较为方便；STC89C52单片机内部集成了看门狗电路；且具有很强抗干扰能力。

本系统采用内部方式的时钟电路和加电自复位的复位电路，如下图3.3和图3.4所示。

图3.3 时钟电路图3.4 复位电路

由于单片机P0口内部不含上拉电阻，为高阻态，不能正常地输出高/低电平，因而该组I/O口在使用时必须外接上拉电阻。

3.2.2 采集电路设计

采集电路采用GP2Yl010AUOF空气质量传感器采集空气中的PM2.5，采用NPN三极管驱动传感器的LED端，输出的模拟量输入ADC0832，经过ADC0832模数转换后输给单片机，电路图如图3.5所示。

图3.5 信号采集电路

3.2.3 液晶显示部分

单片机采集到模拟信号后，经过运算处理，在液晶LCD1602上面显示出来测量到的PM2.5值

3.2.4 报警电路

报警电路采用蜂鸣器，三极管9012驱动，和单片机的P14相连接，当P14口为高电平，蜂鸣器不报警，当P13口为低电平，蜂鸣器报警。电路图如下图3.7所示。

图3.7 报警电路

4 系统软件设计流程图

本系统使用STC89C52作为控制的单片机芯片，软件设计主要分为系统初始化、驱动传感器，AD模数转换，PM2.5数值计算和显示等部分，每个功能模块对于整体设计都是非常重要的，单片机STC89C52通过软件程序实现对硬件的控制，测量并显示出来PM2.5的值。系统的主程序流程图如图4.1所示。

图4.1 主程序流程图

4.1 软件的调试

设计用的是c语言对单片机进行操作和控制，读起来很好理解，通过编写好的程序进行了用Keil uVision4软件进行了调试。首先烧入显示程序，看显示正不正常。在调试程序时，发现液晶的部分程序错误，导致液晶显示错乱，经过认真细致地检查，查阅参考资料，慢慢地解决啦。另外软件程序中的延时有的过长、有的过短，如按键“消抖”时间过短，容易导致调节数值连续相加等。经过反复的调试和修改，编译结果如下图4.1所示：