基于51单片机PM2.5检测仪

崔国萌，邹锐，孙林通讯作者，张建

营口理工学院，机械与动力工程学院，营口市， 115014

21世纪的今天，科学技术的发展日新月异，科学技术的进步同时也带动了测量技术的发展，现代控制设备不同于以前，它们在性能和结构发生了翻天覆地的变化。我们已经进入了高速发展的信息时代，测量技术是当今社会的主流，广泛地深入到应用工程的各个领域。

随着中国经济的高速发展，环境问题也逐渐暴露，其中之一就是pm2.5的问题。随着近年来的pm2.5的问题的愈加严重，每年全球有很多人死于pm2.5浓度的上升。并且在2013年，世界卫生组织的国际癌症研究机构报告认为大气污染对人类可致癌，并且是其为普遍和主要的环境致癌物质。近几年来空气质量的逐渐恶化，阴霾天气现象出现增多，危害现象加重。pm2.5在大气中的停留时间过长，形成雾霾，造成交通堵塞，导致交通瘫痪。而且粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量影响更大。

1 设计方案

系统中提出的“PM2.5监测”的方案最基本的实现方法是由单片机、粉尘监测传感器、温湿度传感器、显示模块、报警器等模块组成的电路， DSL-08激光粉尘传感器采集空气中PM2.5的浓度值，经过STC89C52单片机处理后，在LCD1602液晶上显示，并且设置2个报警值，检测的PM2.5浓度值超过报警值后，蜂鸣器报警，报警值可以用按键手动调节。另外，该设计在实时检测浓度的同时，根据当前检测浓度亮起相应的灯，浓度范围分别为：设置alarm1为75ug/m3; alarm2为125ug/m3;

检测的PM2.5的浓度值在0—alarm1，绿灯亮，表示环境良好；

检测的PM2.5的浓度值在alarm1—alarm2，黄灯亮，表示轻度污染；

检测的PM2.5的浓度值在alarm2以上，红灯亮，表示重度污染；

除此之外还扩展增加了风扇启动功能，即空气净化器自动控制原理，当浓度值到达设定值时，风扇启动，净化空气。

2主控制器及主要器件

1）STC89C52RC单片机

STC89C52RC单片机主控制模块即整个系统的核心模块主要通过执行其程序存储器Rom中的程序来对其4个并写I/O口进行读写操作，完成对其他模块的控制。

2）DHT11数字温湿度传感器

是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。

3）LCD显示模块设计

系统中采用LCD1602作为显示器件输出信息。与传统的LED数码管显示器件相比，液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等优点，而且不需要外加驱动电路，现在液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的显示器件了。

4）DSL-08传感器产品描述

DSL-08是一款激光数字式PM2.5传感器。内置激光器和光电接收组件，采用光散射原理，激光在颗粒物上产生散射光，由光电接收器件转变为电信号，再通过特定算法计算出PM2.5质量浓度、PM10质量浓度。

3硬件电路设计

1）电路设计框图

所用的电路设计框架图如图1所示。

图1电路设计框图

2）系统原理图如下：

本电路是由STC89C52单片机为控制核心，另外主要通过6个模块的电路设计实现功能，他们分别是LCD显示模块、PM2.5传感器、温湿度传感器、按键电路、报警电路、蜂鸣器。

所用的系统原理图如图2所示。

图2系统原理图

3）PM2.5传感器电路设计

根据粉尘传感器DSL-08传感器的规格书中对管脚的描述：传感器的TXD引脚内部也同样配置了上拉电阻，由于单片机的灌电流最大为6mA，所以需要连接一个限流电阻到单片机的RXD引脚上。

4）LCD显示模块设计

系统中采用LCD1602作为显示器件输出信息。与传统的LED数码管显示器件相比，液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等优点，而且不需要外加驱动电路。

5）按键电路

系统中的按键电路使用了单片机的P1.2，P1.3，P1.4三个口。图中电阻为上拉电阻，虽然单片机内部已经有上拉电阻但是为了性能稳点，外接了3个上拉电阻，来保证IO口无动作是，按键的电平稳定。

6）报警电路

系统中的报警电路的控制输出使用了单片机的P2.1口， 当P2.1口为高电平是三极管导通，喇叭发声。

7）LED提醒电路和程序下载电路

根据不同的浓度范围提醒当前污染级别的电路，采用了绿，黄，红三个LED灯，使用了单片机的P2.4，P2.3，P2.2实现提醒功能，当P2.2、P2.3、P2.4口为低电平是相应的LED灯点亮。

8）温湿度传感器电路

系统中的温湿度传感器电路使用了单片机的P1.5口，温湿度传感器选择了DHT11传感器，该传感器为单总线传输数据，图中电阻是用来驱动总线，电容为去耦电阻来帮助传感器有一个良好的5V电源。

3小结

本设计主要可用于室内和户外的空气质量（主要是PM2.5）的检测，可调节的报警浓度的设计，可用于长期检测和提醒PM2.5浓度。办公室空气检测和提醒，公共场合控烟，空调和通风口处监测，气象台，观测站，马路口监测为期排量等。此PM2.5检测仪测量准确度高，传感器信号和颗粒物质量关联度高。可用于办公室空气检测和提醒，公共场合控烟，空调和通风口处监测，气象台，观测站，马路口监测为期排量等。

4 参考文献

[1]中华人民共和国国家标准，GB 3095-2012环境空气质量标准2012-02-29发布.

[2]张俊漠.单片机中级教程：原理与应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006，10.

[3]韩铮.黑龙江省PM2.5监测现状及结果分析[M].黑龙江大学，2013-01-12.

[4]赵娜.基于51单片机的温度测量系统[M].西南民族大学，2009:66-69.

[5]张灿.浅析PM2.5检测标准的制定[D].华人时刊，2013，7.

[6]张俊.匠人手记-一个单片机工作者的实践与思考[M].北京：北京航天航空大学出版社，2008

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