PM25检测系统毕业设计.docx
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PM25检测系统毕业设计
摘要
大气颗粒物污染对人类健康和生态环境造成了很大的影响,这让人们逐渐重视起对细颗粒物PM2.5检测技术的研究。
本文阐述了PM2.5浓度检测的五种方法,在对上述各方法分析总结的基础上针对日常生活中PM2。
5污染检测的实际需求,设计了一种PM2.5浓度检测的方案。
本设计通过GP2Y1010AU0F粉尘传感器采集周围环境空气中PM2.5的浓度值,由ADC0832模数转换芯片将传感器输出的模拟电压转信号转换成数字信号,并将数据传送给单片机STC89C52。
单片机分析处理数据得到最终的检测结果,将其显示在LCD1602液晶屏上.当检测到的PM2。
5浓度值大于预先设置的PM2.5浓度值时,蜂鸣器和发光二极管发出声光报警。
本论文对这些功能模块进行了设计,并制作电路实现了相应的功能。
通过进一步的调试与集成,实现整个系统的功能,达到检测目的。
关键词:
PM2。
5;粉尘传感器;检测系统
Abstract
Thepollutionofambientfineparticulatematterhasagreatnegativeeffectonhumanhealthandtheecologicalenvironment。
ItmakespeoplegraduallypayattentiontothedetectionofPM2。
5.Inthispaper,describedfivekindsoftestmethodsofPM2.5.IntermsoftheactualdemandofPM2.5pollutiondetectionindailylife,thispaperputsforwardadesignofPM2。
5testsystem.ThisdesignusestheGP2Y1010AU0FdustsensorcollectedofPM2。
5concentrations.Inaddition,sensoranalogquantityturnintodigitalquantitybyADC0832anddataistransmittedtotheMCU.Single—chipmicrocomputerprocessdatatogetlastdetectresultontheLCDscreen.WhenthePM2。
5testconcentrationisdetectedisgreaterthanthepresetconcentration,thebuzzerandthelight-emittingdiodeemitwillsoundandlightalarm。
Inthispaper,designedthefunctionmodulesandrealizedthecorrespondingfunctionbyproductioncircuit.Throughfurtherdebuggingandintegrationtoachievethefunctionofthewholesystem,soastoachievethepurposeofdetection。
Keywords:
PM2.5;DustSensor;DetectionSystem
摘要Ⅰ
AbstractⅡ
一绪论1
1.1研究背景及意义1
1。
2国内外研究现状2
1.3研究的主要内容3
1。
4本章小结3
二系统总体方案设计4
2。
1总体方案设计4
2。
2系统硬件选型6
2。
3本章小结7
三硬件电路设计8
3。
1主控制器模块8
3。
2粉尘传感器模块9
3.3模数转换模块10
3。
4液晶显示模块10
3。
5电源模块.11
3。
6按键模块。
12
3。
7报警模块.12
3。
8本章小结12
四系统软件设计13
4。
1程序功能分析13
4。
2系统程序设计13
4.3本章小结16
五安装与调试17
5.1硬件安装17
5.2程序调试18
5.本章小结18
六结论与展望19
6。
1结论19
6.1展望19
致谢20
参考文献21
附录一元器件清单
附录二源程序
一绪论
1。
1研究背景及意义
随着工业的发展,各种新产品不断被制造出来,人们的生活水平得到了很大的提高。
但是这些工业产品在生产、使用过程中造成的污染却越来越严重。
工厂排放的工业废气,汽车排放的尾气、燃烧产生的烟雾、还有很多化学性爆炸等都可以导致大气的污染.大气污染使得空气质量恶化,会导致阴霾天气频繁出现,这种“不见天日"的天气让人们感到深深地恐惧.从1952年伦敦的杀人雾事件再到2013年北京雾霾持续不散的现象,无不透露出大气污染已产生了巨大的危害。
造成大气污染的元凶就包括本课题要研究的对象PM2.5。
虽然PM2.5在地球大气成分中含量很少,但它与空气中粗大颗粒物相比,富含更多的有毒、有害物质而且在大气中的停留时间长、输送距离远,对大气环境质量影响更大.因此,对PM2.5污染的检测和治理便显得越来越重要。
我国于1982年由国家环境保护局首次发布《大气环境质量标准》,但并未规定PM2。
5的安全阈值,随后在1996年、2000年和2012年进行了3次修订也没有针对PM2.5浓度限值做出修改。
直到2012年2月29日,环境保护部公布了新修订的《环境空气质量标准》,才增设了细颗粒物(粒径≤2。
5μm)浓度限值。
与新标准同步还实施了《环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)》[1]。
PM2.5是指环境空气中空气动力学当量小于等于2.5微米的颗粒物,也称细颗粒物、可入肺颗粒物.PM2.5被吸入人体后会进入支气管和肺腔,干扰肺部的气体交换,引发包括哮喘、支气管炎和心脑血管病等方面的疾病;这些细颗粒物还可以通过支气管和肺泡进入血液,其中的可溶性物质、有害气体、重金属等溶解在血液中,对人体健康的伤害更加大。
通过对PM2。
5浓度进行检测,得到一个现实的可参考的数据,让人们能很直观地知道PM2。
5污染的严重程度。
为了可以得到更准确、更科学的检测结果,要对PM2。
5检测技术进行研究寻求更先进的检测技术。
检测环境空气的PM2。
5是做好预防PM2。
5污染的第一步,也是为实施大气污染治理提供准确的技术数据的关键所在。
对PM2.5进行科学、准确地检测,可以增强对大气PM2.5的预测预警,将研究成果应用到各地,可以提高政府对公共事件指挥应急水平,降低对市民健康的潜在危害,减少经济损失,促进社会稳定和谐,产生社会、经济和生态效应等。
1.2国内外研究现状
对于PM2.5的检测,国内国外都拥有多种成熟的检测技术,包括地面PM2.5检测技术、基于卫星遥感技术的气溶胶光学厚度结合空间聚类分析预测PM2。
5的浓度等[2]。
目前,在地面检测空气中PM2。
5浓度常用的技术主要有5种,分别是重量法,压电晶体法,光散射法,β射线法,微量振荡天平法。
经过第一阶段的比对测试工作,中国环境检测总站开展的比对测试已取得一定成果,并提出可满足我国自动检测需要的PM2。
5检测方法及其采用的相关仪器的关键技术指标要求。
所提的三种PM2。
5自动检测方法为:
微量振荡天平仪器加膜动态测量系统(TEOM+FDMS)、β射线方法仪器加动态加热系统(β+DHS)、β射线方法仪器加动态加热系统联用光散射法(β+DHS+光散射)[3]。
美国热电公司的TEOM1405F、TEOM1405检测设备就是基于微量振荡天平技术开发的;河北先河环保公司的XHPM-2000E监测仪、武汉天虹公司的TH2000TM监测仪是利用β射线法原理对PM2。
5进行检测的;美国热电的5030—SHARP检测仪同时利用了β射线法和光散射法原理.
目前按照重量法设计的采样设备也比较多,如中国生产的TH-150型智能中流量颗粒物采样器、四通道PM2.5采样器(PR2300)、美国URG公司生产的通用型大气污染物采样仪(URG—3000k)、德国GRIMM分析仪等。
这些采样仪器利用PTFE膜或PTEE滤膜对PM2.5进行采样,再采用称重的方法计算颗粒物质量浓度。
此外人们还设计了基于光散射法的粉尘传感器来检测PM2.5浓度。
空气中的粉尘在暗室内受到激光发生器发出的平行光照射时,粉尘的散射光强度正比于质量浓度,该散射光经过光电转换器转换成光电流,经主控板的光电流积分电路转换成与散射光强度成正比的光电脉冲数。
计算脉冲数即可测出粉尘的相对质量浓度。
如夏普灰尘传感器二代GP2Y1050AU,美国GE粉尘传感器SM-PWM—01A,SDC智能灰尘控制器等.
基于逆压电效应的QCM质量传感器也是人们研究的重点。
QCM传感器利用石英晶体作为敏感元件,其表面的敏感薄膜吸附空气中的颗粒物,石英晶体的固有频率随吸附颗粒物质量的变化而变化。
对石英晶体施加交变电压,石英晶体产生振动,当振荡电路的频率与石英晶体的振动频率一致时产生共振,测量此时振荡电路的频率就可得到空气中粉尘的质量浓度。
在实际应用中,由于气候条件、环境特征、污染源特点等的差异,国外能正常使用的仪器设备,在国内进行检测时却存在检测数据不稳定或偏差较大的问题,如何改进进口设备的性能,或者降低甚至消除对进口设备的依赖是当前我国粉尘污染检测所面临的问题.我国针对PM2.5的检测仍处于起步阶段,需要继续开展大量的基础工作,研制出符合我国国情的检测技术和设备,促进建立完备的PM2.5检测体系。
1。
3研究的主要内容
通过查找关于PM2.5检测有关的资料,分析对PM2。
5浓度进行检测的技术。
如重量法、压电晶体法、光散射法、β射线法、微量振荡天平法。
分析每种方法的原理和特点,并评价每种方法的优缺点。
此外还介绍了可以实现对PM2。
5浓度进行检测的粉尘传感器。
针对日常生活中对PM2.5污染检测的实际需求,利用PM2.5检测传感器和单片机最小系统设计一种PM2。
5浓度检测系统。
系统功能应包括:
(1)采集PM2。
5浓度;
(2)模拟电压转换成数字信号;(3)单片机处理数据;(4)显示检测结果;(5)设定报警浓度限值。
系统要用到的硬件应包括:
(1)系统控制核心单片机;
(2)采集装置粉尘传感器;(3)模数转换芯片;(4)液晶显示屏;(5)声光报警装置蜂鸣器和发光二极管。
1.4本章小结
本章主要介绍了本设计的研究背景、意义、现状和研究的主要内容。
简单来说就是人们正面对着PM2.5造成的污染,迫切需要先进、可靠的检测技术对PM2.5进行检测,本设计就是讨论如何设计一种PM2.5浓度检测系统.
二系统总体方案设计
2.1总体方案设计
本设计要实现对PM2。
5浓度的检测系统的设计.设计具体要满足对PM2.5浓度采集、对数据信号处理、对检测结果进行显示等。
因此,先要选择合适的检测方法,再选择合适的采集装置、A/D转换芯片、单片机、显示器等。
分析现有的对PM2。
5进行检测的技术,可以达到要求的有5种检测方法,具体方案如下:
方案一:
重量法
重量法是国家标准分析方法。
这种方法的原理是用一定切割特征的采样器(切割器是根据气流中颗粒是沿流线偏转还是被挡板阻挡来分离不同粒径的装置)抽取定量体积的空气,把空气中的PM2。
5截留在滤膜上,再用天平进行滤膜称重,得到采样前后滤膜的质量,就可计算出PM2。
5的浓度。
这种方法的优点在于测量直接、数据可靠,还能够用来对其他方法测量得到的结果的准确性进行验证。
缺点是人工工作量大,自动化程度低,不适合进行远距离检测,不能反映PM2.5质量浓度在短时间内的变化。
国产的TH-150系列智能中流量颗粒物
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