基于单片机和GP2Y1010AU粉尘传感器的空气质量检测仪设计

摘要

随着社会的发展，随着工业的发展，其给人们的生活带来很多便利。然而，工业生产过程中会产生很多对人体有害的因素，比如煤炭开采、水泥生产等行业中的粉尘污染。其在各种危害因素中对人体健康的影响最为严重。粉尘对人体的危害最直接、最严重的是引起尘肺病。当粉尘浓度过高时，在高温干燥的时候可能产生爆炸。

本设计采用由STC89C52单片机最小系统、GP2Y1010AU粉尘传感器、ADC0832模数转换器模块、LCD1602液晶模块、电源模块、蜂鸣器报警模块和按键模块模块组成。单片机实时通过ADC0832转换芯片采集GP2Y1010AU粉尘传感器的粉尘的浓度，通过单片机的数据转换处理后在液晶屏上显示空气中的质量，当测量空间中的粉尘浓度大于设置粉尘浓度时，蜂鸣器和发光二极管发出声光报警。粉尘的浓度报警值可以通过按键进行设置。

摘要

ABSTRACT

1、绪论

1.1课题的背景

1.2国内外研究现状

2、总体方案设计

3、系统方案比较、设计与论证

3.1主控制器模块选择

3.2按键的选择

3.3显示模块的选择

3.4电源选取

4、芯片资料简介

4.1 GP2Y1010AU0F传感器简介

4.1.1内部原理图

4.1.2 主要参数

4.1.3 电光特性

4.1.5输入条件为LED端子

4.1.6 电路接线

4.1.7检出方法

4.2 ADC0832模数转换器简介

4.3LCD显示模块

4.3.1LCD1602的特性及使用说明

4.4 STC89C52单片机的简介

4.4.1 STC89C52单片机主要特性

5、硬件实现及单元电路设计

5.1主控制模块

5.2显示模块电路

5.3报警模块的设计

5.4按键模块的设计

5.5粉尘模块电路设计

5.6电源部分的设计

6、系统软件设计

6.1程序结构分析

6.2系统程序流图

6.2.1 DS18B20初始化程序流程图

6.2.2读温度子程序流程图

7、系统的安装与调试

7.1安装步骤

7.2电路的调试

结论

致谢

参考文献

附录1整体电路原理图

附录2元器件清单

附录3部分源程序

1、绪论
1.1课题的背景

粉尘又称可以入颗粒物，它是能进入呼吸道的，直径为10um的颗粒物，对人的眼睛、鼻腔、上呼吸道都十分有害。同时这种可吸入粉尘能长驱进入肺泡且沉积时间长，可导致心肺病、心血管疾病。粉尘做为病菌的载体，一同散入空气中，极易传播疾病。生产中许多及其工作环境对粉尘浓度也有要求，工厂中的很多粉尘携带有毒化学物质，人们长久呼吸或长久散落皮肤上容易导致癌症的产生。由此可以看出粉尘对人体健康和生产的巨大危害性，煤矿井下管道作业、煤炭生产都要产生大量的粉尘，加之煤炭井下通风条件较差，在炮采，纵采工作面，煤尘浓度可高达1000mg/m3以上。在此环境中工作的工人就会吸入这些细微灰尘，粉尘长时间进入人的呼吸系统，就会造成大量粉尘在肺泡中沉，引起慢性职业病，危机人的身体健康。此外粉尘还是煤矿安全生产的重大隐患，我国《煤矿安全规程》规定：粉尘中游离的sio2含量>10%时，粉尘浓度不得大于2mg/m3：当粉尘中游离sio2＜10%时，粉尘浓度不得大于10mg/m3。因此，必须对煤矿井下粉尘进行实时检测，及时了解煤矿井下工人的劳动环境，掌握井下煤尘浓度及变化情况，为安全，防尘，降尘等措施提供必要现场数据。

因此，空气质量检测仪意义重大是现代生活中不可缺少的必备品。

1.2国内外研究现状
在国内大多采用先进的测试技术，有的是β射线原理，其吸收量只与吸收物质的重量有关，而与吸收物质的物化性质无关完全等同于称重法，可直接读粉尘浓度。并且配不同的采样入口装置，可实现对总粉尘、可吸入粉尘、呼吸性粉尘进行监测。使用称重法比较，其相关系数大于97%，相对偏差小于10%。仪器采用的射线源符合核安全标准，可长期稳定工作。

袖珍式激光粉尘仪是以激光管为光源，采用前向光散射原理设计，具有国际先进水平的最新型粉尘仪。该仪器适用于公共场所可吸入颗粒物浓度的快速测定以及环境保护，劳动卫生等方面粉尘浓度检测、工矿企业生产现场粉尘浓度的监测。

2、总体方案设计

2-1总体结构框图

3、系统方案比较、设计与论证

该系统主要由粉尘检测模块GP2Y1010AU、按键设置模块、报警模块和液晶显示模块态显电路组成，下面介绍实现此系统功能的方案。

3.1主控制器模块选择

方案1：

采用可编程逻辑器件CPLD 作为控制器。CPLD可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、IO资源丰富、易于进行功能扩展。采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模控制系统的控制核心。但本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度的要求也不是非常高。且从使用及经济的角度考虑我们放弃了此方案。

方案2：

采用STC89C52单片机作为整个系统的核心，用其控制水温测量控制系统，以实现其既定的性能指标。充分分析我们的系统，其关键在于实现水温的自动控制，而在这一点上，单片机就显现出来它的优势——控制简单、方便、快捷。这样一来，单片机就可以充分发挥其资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格低廉等优点。STC89C52单片机具有功能强大的位操作指令，I/O口均可按位寻址，程序空间多达8K，对于本设计也绰绰有余，更可贵的是STC89C52单片机价格非常低廉。

3.2按键的选择

方案—：

采用矩阵式键盘，此类键盘采用矩阵式行列扫描方式，优点是当按键较多时可降低占用单片机的I/O口数目，缺点为电路复杂且会加大编程难度。

方案二：

采用独立式按键电路，每个按键单独占有一根I/O接口线,每个I/O口的工作状态互不影响，此类键盘采用端口直接扫描方式。缺点为当按键较多时占用单片机的I/O口数目较多，优点为电路设计简单，且编程相对比较容易。

综合考虑两种方案及题目要求，考虑到系统资源有限，故采用第二种方案。

3.3显示模块的选择

方案1：

用数码管进行显示。数码管由于显示速度快，使用简单，显示效果简洁明了而得到了广泛应用。但是由于要显示温度。及设置菜单，用数码管无法显示如此丰富的内容，因此我们放弃了此方案。

方案 2：

用LCD液晶进行显示。LCD由于其显示清晰，显示内容丰富、清晰，显示信息量大，使用方便，显示快速而得到了广泛的应用。对于此系统我们选用1602液晶能够很好的满足显示要求，因此我们选择了此方案。

3.4电源选取