基于51單片機(jī)下的空氣質(zhì)量測試儀

1、基于51單片機(jī)下的空氣質(zhì)量測試儀的文獻(xiàn)綜述項(xiàng)目名稱：基于51單片機(jī)下的空氣質(zhì)量測試儀項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：楊寬（學(xué)號：16012311）項(xiàng)目參加者：白名章（學(xué)號：16012312）姚宇（學(xué)號：16012628）許珊（學(xué)號：16012306）項(xiàng)目指導(dǎo)老師：潘石（所屬院系：電氣工程學(xué)院）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(bào)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加地?fù)?dān)憂，對創(chuàng)建綠色健康的生活環(huán)境的呼聲也日

2、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(shí)時(shí)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(shí)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(jì)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

3、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(yàn)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(jià)格比較高。綜上所述，現(xiàn)在的空氣質(zhì)量檢測的儀器都可以實(shí)現(xiàn)對空氣質(zhì)量的監(jiān)測，但是仍然存在著一定的缺

4、點(diǎn)，比如設(shè)備價(jià)格昂貴，測定時(shí)間較長，便攜性不好等，有的還需要專業(yè)的檢測人員進(jìn)行操作，不適合在家中使用。所以，針對以上的優(yōu)缺點(diǎn)分析，我們的研究將以室內(nèi)空氣監(jiān)測為切入點(diǎn)，重點(diǎn)放在對空氣質(zhì)量檢測儀的便攜式和用戶體驗(yàn)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(shí)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

5、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(shí)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300C600C,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(jìn)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)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

6、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(diǎn)，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(xiǎn)。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

7、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。Chart-ADustpath/Chart-B-Withoutdustand/orsmokeQlvCatoptric1i8ht1-etectorarea.Chart-CWithtdustand/orsmok翹DUi£JJ四.MSP430F169單片機(jī)單片機(jī)（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)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電

8、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(jì)算機(jī)系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用了TI公司的MSP430F169單片機(jī)，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（MixedSignalProcessor,優(yōu)點(diǎn)在于處理能力強(qiáng)、運(yùn)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(xiàng)目升級。PMPACKAGE（TOPVIEW|¥-l呈瞿££InQSUDomtM星LnQzlM-took學(xué)J.目£z.二，tel©dJel口口><口期8P632P64；A4P

9、S5：A5Pt&A&/DAC0PS7/A7/DAC1/SVSINVref+XINXOUTeR三F-P1EKTACLKP11/TAOP12HA1P13TIA2P54,MCLKP53?'UCLK1P52'SOMI1P5VSIMO1P50/STE1P47fTBCLKP46J1B6P45/1B5P44/1B4PA3/TB3P42/TB2P41HE1FMO/TBOP37/URXD1P3.6/UTXD1P3S'URXDO目xmdI口獸X-J<JMmd口多?？?#163;<口超GO菩一S二£口出SB£ovLATd0山<£

10、口魚一QmL8<畝sv匕wyFZdNtwyEEdDVtlnQ&EE>TUN_WLAZCImd晝tMIdndjsL*P14/SMCLK五.項(xiàng)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(bào)而進(jìn)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(jìn)行檢測，使用戶對室內(nèi)空氣情況有直觀的了解，本小組進(jìn)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(jī)，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(jìn)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(jià)低，易于銷售