基于51單片機下的空氣質(zhì)量測試儀

1、精品文檔隨意編輯基于51單片機下的空氣質(zhì)量測試儀的文獻綜述項目名稱：項目負(fù)責(zé)人: 項目參加者:士多章（學(xué)號：16012312 )姚宇（學(xué)號:16012628)許珊（學(xué)號:16012306)潘石（所屬院系：電氣工程學(xué)院）項目指導(dǎo)老師:基于51單片機下的空氣質(zhì)量測試儀楊寬（學(xué)號：16012311 ）一背景介紹工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展使得人們物質(zhì)生活水平得到前所未有的快速提高，但是隨之而來的空氣污染問題卻愈加嚴(yán)重。世界銀行發(fā)布的報告表明，由空氣污染導(dǎo)致的過早死亡人數(shù)，平均為每天1000 人，也就是每年有35 至 40 萬的人面臨著死亡。 近年來， 隨著一連串有關(guān)空氣質(zhì)量問題的事件的發(fā)生，人們對空氣污染問題愈

2、加地?fù)?dān)憂，對創(chuàng)建綠色健康的生活環(huán)境的呼聲也日益高漲。中國環(huán)境監(jiān)測總站2012 年 5 月下發(fā)的PM2.5 自動監(jiān)測儀器技術(shù)指標(biāo)與要求（試行）確定了三種PM2.5的自動監(jiān)測方法，分別是B射線方法儀器加裝 動態(tài)加熱系統(tǒng)，B射線方法儀器加動態(tài)加熱系統(tǒng)聯(lián)用光散射法，微量振蕩天平方 法儀器加膜動態(tài)測量系統(tǒng)。這些方法固然準(zhǔn)確，但是我們只能通過媒體查詢獲得關(guān)于較大范圍內(nèi)，比如整個城市內(nèi)的空氣質(zhì)量指數(shù)，卻不能實時地監(jiān)測身邊的尤其是室內(nèi)的空氣質(zhì)量，從而不能及時注意到身邊的空氣質(zhì)量變化，安全健康的生活環(huán)境便不能得到有效的保障。所以， 有必要設(shè)計一種便攜式的用于室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測的設(shè)備，通過檢測設(shè)備顯示的空氣質(zhì)量的級

3、別高低使用戶對室內(nèi)空氣質(zhì)量有一個定性和定量的了解，為人們擁有一個舒適健康的生活環(huán)境提供保障。二 國內(nèi)外空氣質(zhì)量檢測研究現(xiàn)狀在空氣質(zhì)量監(jiān)測方面，國外做的比較好的有：美國 Interscan 科技有限公司生產(chǎn)的 4000 型空氣質(zhì)量分析儀，英國 PPM 公司生產(chǎn)的PPM-400 甲醛檢測儀；國內(nèi)的有：邯鄲派瑞氣體設(shè)備有限公司研制的“派瑞”系列空氣健康表，江西南昌貝谷科技股份有限公司生產(chǎn)的“甲保御”牌室內(nèi)環(huán)境污染標(biāo)定儀等。但是，目前國內(nèi)的產(chǎn)品較之國外的產(chǎn)品在功能的完備度，檢測精度以及用戶體驗等方面還有一定的差距，國外產(chǎn)品的功能比較完備，測量精度高，系統(tǒng)交互界面相對人性化，因此價格比較高。綜上所述，現(xiàn)

4、在的空氣質(zhì)量檢測的儀器都可以實現(xiàn)對空氣質(zhì)量的監(jiān)測，但是仍然存在著一定的缺點，比如設(shè)備價格昂貴，測定時間較長，便攜性不好等，有的還需要專業(yè)的檢測人員進行操作，不適合在家中使用。所以， 針對以上的優(yōu)缺點分析，我們的研究將以室內(nèi)空氣監(jiān)測為切入點，重點放在對空氣質(zhì)量檢測儀的便攜式和用戶體驗這兩個方面。致力于做出適合在家中使用的，無需專業(yè)人士操作的產(chǎn)品，并能夠?qū)崟r監(jiān)測室內(nèi)的溫度，濕度和顆粒濃度， 并對室內(nèi)的空氣質(zhì)量標(biāo)定級別，使用戶能夠通過簡單的級別高低對室內(nèi)的空氣質(zhì)量水平有一個大概的了解。三夏普光學(xué)灰塵傳感器人們從 30 年代就開始了對氣體傳感器的研究，至今已經(jīng)走過了半個多世紀(jì)，氣體傳感器的品種也達(dá)到了

5、數(shù)百種，主要有：（ 1） 金屬氧化物半導(dǎo)體式氣體傳感器：日本發(fā)明，主要以氧化鋅，三氧化二鐵等敏感材料為基礎(chǔ)，利用半導(dǎo)體材料表面吸附，脫附氣體分子會引起半導(dǎo)體 材料電阻率的變化來監(jiān)測氣體。（ 2） 固體電介質(zhì)氣體傳感器：氣敏材料在一定氣氛中會產(chǎn)生離子，離子的遷移和傳導(dǎo)形成電勢差，由電勢差來實現(xiàn)氣體濃度大小的測定。（ 3） 接觸燃燒式氣體傳感器：英國發(fā)明，可分為直接接觸燃燒式和催化接觸式燃燒式，其工作原理是氣敏材料在通電的情況下，溫度約在300 600 ，當(dāng)可燃性氣體氧化燃燒或在催化劑作用下氧化燃燒，燃燒熱進一步使電阻絲升溫，從而使其電阻值發(fā)生變化，通過測量電阻值的變化從而監(jiān)測氣體的濃度。（ 4）

6、 光學(xué)類氣體傳感器：包括光譜吸收型，熒光性，光纖化學(xué)材料型等類型，他們是利用氣體的光學(xué)特性來檢測氣體的成分和濃度的傳感器。但是，以上傳感器或多或少都存在著一系列缺點，比如：金屬氧化物半導(dǎo)體式傳感器穩(wěn)定性較差，受環(huán)境的影響大；接觸燃燒式氣體傳感器暗火工作，有引燃爆炸的危險。相比之下，光學(xué)類氣體傳感器的工作性能較好。所以選擇了夏普光學(xué)灰塵傳感器。夏普光學(xué)灰塵傳感器（GP2Y1010AU0F ）在檢測非常細(xì)的顆粒，如香煙煙霧，是特別有效的，該裝置中，一個紅外發(fā)光二極管和光電晶體管，對角布置成允許其檢測到在空氣中的灰塵反射光。該傳感器具有極低的電流消耗（最大20mA ， 11 毫安典型的），可以搭載高

7、達(dá)7VDC 的傳感器。輸出的模擬電壓正比于所測得的粉塵濃度，敏感性為0.5V/0.1mg/m3 。其原理如下圖，傳感器中心有個洞可以讓空氣自由流過，定向發(fā)射LED 光，通過檢測經(jīng)過空氣中灰塵折射過后的光線來判斷灰塵的含量。LED 。9 工 i c a l 3 翼；PD 口口 t i c a ICharelectort-A-nsChar LBWith。ut dust and/or smokeChart-CWI t h t dust a n d Zo r s mk四 MSP430F169 單片機單片機（ Microcontrollers ）是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處

8、理能力的中央處理器CPU、隨機存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM 、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D 轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的微型計算機系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用了TI 公司的 MSP430F169 單片機，是一種16 位超低功耗、具有精簡指令集（RISC）的混合信號處理器（Mixed Signal Processor ）,優(yōu)點在于處理能力強、運算速度快、超低功耗且集成豐富的片內(nèi)資源，支持ISP（在線系統(tǒng)編程），方便開發(fā)和項目升級。PM PACKAGEgP VIEW)蘭仁君武W口 3心的1 inn&y

9、?Hmt不InozlK 2-cx -0t8H H-Juci 空H 看一 一2?.胭 W M 口 口 徐學(xué)ovcc P6 3/A3 PC 4fA4 P6 S7AS P66MOT&C。 Pg 7yA7/DAC1/SVSIN VREF+XIN XOUT廿 REF-N 由 NEF- P1 OTACLKPI IJ,AO P1.2/TA1 P1.3ZTA5P1 4ysMcLKP5 4,MCLK P53/UCLK1 P5.2;SOMI1 PS. 1/SI MOI P55STE1P4 7fTBCLK P4a7B6P4 5HB5 P4.4/7B4P4 3TTB3P4 2TB2P4 TrTBIP4 JlBOP3

10、7, 4JRD1 P3ALTXD1P3 5/JRXDO0 clMF-pFEddGb當(dāng)M超工 口星osym 0 口的00X1 Ess 國黑s cv”苣蹙ow2Q/lLOwtD 口ueg.eo.EWL-LHM eclL/tNM 口 mo&E sHIQNWtTed里_|。占2 詈蘆La.I.區(qū)詁 L五.項目總結(jié)為了直觀具體測定周圍的污染狀況，不依賴大范圍地區(qū)的天氣預(yù)報而進行較為準(zhǔn)確的自主測量，尤其是針對人們更加關(guān)心的室內(nèi)空氣質(zhì)量進行檢測，使用戶對室內(nèi)空氣情況有直觀的了解，本小組進行了此次研究并制作了便攜式的空氣質(zhì) 量檢測儀。該空氣質(zhì)量力測儀基于 MSP430F169單片機，并使用了夏普光學(xué)灰塵傳感器( GP2Y1010AU0F )。針對不同的空氣質(zhì)量情況，該空氣質(zhì)量測試儀能夠進行相應(yīng)的處理，監(jiān)測出具體的環(huán)境溫度，空氣濕度以及空氣顆粒物濃度，并將最終的處理結(jié)果轉(zhuǎn)化為空氣指數(shù)通過數(shù)碼管顯示在顯示屏上，使用戶能夠通過具體的數(shù)字的增減了解到自己周圍空氣質(zhì)量的變化。該空氣質(zhì)量檢測儀體積小，無需專業(yè)人員操作，適合居家使用，造價低，易于銷售推廣。六 參