基于单片机的PM2.5空气质量检测

2020-02-14来源: 51hei关键字:单片机  PM2  5  空气质量检测

1概述

1.1 设计的主要内容和意义

1.1.1 设计的主要内容

本设计提出的检测空气质量PM2.5的方案最基本的实现方法是由单片机、粉尘监测传感器、显示模块、报警模块等组成的电路, GP2Y1010AU0F粉尘传感器采集空气中PM2.5的浓度值,经过STC89C51单片机处理后,在LCD1602液晶上显示,并通过LED和蜂鸣器提示浓度状态。


1.1.2 设计的主要意义

至上互娱_[官网入口]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。


因为空气质量的恶化,阴霾天气现象出现增多,危害现象加重。中国不少地区把阴霾天气现象并入雾一起作为灾害性天气预警预报。统称为“雾霾天气”。雾霾主要由PM2.5、PM10、PM0.1以及重金属镍砷铬铅等颗粒组成。在空气动力学和环境气象学中,颗粒物是按直径大小来分类的,粒径小于100微米的称为TSP(TotalSuspendedParticle),即总悬浮物颗粒;粒径小于10微米的称为PM10(PM为ParticulateMatter缩写),即可吸入颗粒物;粒径小于2.5微米的称为PM2.5,即可入肺颗粒物,它的直径仅相当于人的头发丝粗细的1/20。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分,但它与较粗的大气颗粒物相比,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。


至上互娱_[官网入口]世界卫生组织发布的报告显示,无论是发达国家还是发展中国家,目前大多数城市和农村人口均遭受到颗粒物对健康的影响。至上互娱_[官网入口]高污染城市中的死亡率超出相对清洁城市的15%至20%。至上互娱_[官网入口]据统计,在欧洲,PM2.5每年导致386000人死亡,并使欧盟国家人均期望寿命减少8.6个月。人体的生理结构决定了对PM2.5没有任何过滤、阻拦能力,而PM2.5对人类健康的危害却随着医学技术的进步,逐步暴露出其恐怖的一面。气象专家和医学专家认为,由细颗粒物造成的灰霾天气对人体健康的危害甚至要比沙尘暴更大。粒径10微米以上的颗粒物,会被挡在人的鼻子外面;粒径在2.5微米至10微米之间的颗粒物,能够进入上呼吸道,但部分可通过痰液等排出体外,另外也会被鼻腔内部的绒毛阻挡,对人体健康危害相对较小;而粒径在2.5微米以下的细颗粒物,直径相当于人类头发的1/10大小,不易被阻挡。被吸入人体后会直接进入支气管,刺激呼吸道,干扰肺部的气体交换,从而引发咳嗽、呼吸困难、哮喘、慢性支气管炎等呼吸系统的疾病并导致心律不齐、非致命性心脏病等心血管方面的疾病。至上互娱_[官网入口]其中,老人、小孩以及心肺疾病患者是PM2.5污染的敏感人群。至上互娱_[官网入口]因此,对PM2.5的监测与治理便显得越来越重要。


2 主控制器及主要器件

2.1 STC89C51单片机

STC89C51是一个低功耗,高性能CMOS 8位单片机,片内含8k BytesISP的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用STC公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准 MCS-51指令系统及80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元,功能强大的微型计算机的STC89C51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。


STC89C51具有以下标准功能:8k字节Flash,256字节RAM,32位I/O口线,看门狗定时器,2个数据指针,三个16位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及晶振电路。另外,STC89C51可降至0Hz 静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。至上互娱_[官网入口]空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。内部数据存储器的高128个单元是为专用寄存器提供的,因此该区也称作特殊功能寄存器(SFR),它们主要用于存放控制命令、状态或数据。除去程序计数器PC外,还有21个特殊功能寄存器,其地址空间为80H~FFH。至上互娱_[官网入口]这21个寄存器中有11个特殊功能寄存器具有位寻址能力,它们的字节地址刚好能被8整除。STC89C51是一个高效的微型计算机。它的应用范围广,可用于解决复杂的控制问题,且成本较低。其结构框图如图2.1所示。

1.001.jpg


图2.1 STC89C51结构框图

1.002.jpg 

STC89C51引脚功能与封装:



图2.2 STC89C51引脚图

按照功能,STC89C51的引脚可分为主电源、外接晶体振荡或振荡器、多功能I/O口、控制和复位等。


多功能I/O口:

至上互娱_[官网入口]STC89C51共有四个8位的并行I/O口:P0、P1、P2、P3端口,对应的引脚分别是P0.0 ~ P0.7,P1.0 ~ P1.7,P2.0 ~ P2.7,P3.0 ~ P3.7,共32根I/O线。每根线可以单独用作输入或输出。


①P0端口,该口是一个8位漏极开路的双向I/O口。在作为输出口时,每根引脚可以带动8个TTL输入负载。当把“1”写入P0时,则它的引脚可用作高阻抗输入。当对外部程序或数据存储器进行存取时,P0可用作多路复用的低字节地址/数据总线,在该模式,P0口拥有内部上拉电阻。在对Flash存储器进行编程时,P0用于接收代码字节;在校验时,则输出代码字节;此时需要外加上拉电阻。

②P1端口,该口是带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口,P1口的输出缓冲器可驱动(吸收或输出电流方式)4个TTL输入。对端口写“1”时,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位,此时可用作输入口。P1口作输入口使用时,因为有内部的上拉电阻,那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在对Flash编程和程序校验时,P1口接收低8位地址。


另外,P1.0与P1.1可以配置成定时/计数器2的外部计数输入端(P1.0/T2)与定时/计数器2的触发输入端(P1.0/T2EX),如表2.3所示。


表2.1  P1口管脚复用功能

端口引脚

复用功能

P1.0

T2(定时器/计算器2的外部输入端)

P1.1

T2EX(定时器/计算器2的外部触发端和双向控制)

P1.5

MOSI(用于在线编程)

P1.6

MISO(用于在线编程)

P1.7

SCK(用于在线编程)

③ P2端口,该口是带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口,P2口的输出缓冲器可驱动(吸收或输出电流方式)4个TTL输入。对端口写“1”时,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位,此时可用作输入口。P2口作输入口使用时,因为有内部的上拉电阻,那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在访问外部程序存储器或16位的外部数据存储器时,P2口送出高8位地址,在访问8位地址的外部数据存储器时,P2口引脚上的内容(就是专用寄存器(SFR)区中P2寄存器的内容),在整个访问期间不会改变。在对Flash编程和程序校验期间,P2口也接收高位地址或一些控制信号。


④ P3端口,该口是带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口,P3口的输出缓冲器可驱动(吸收或输出电流方式)4个TTL输入。对端口写“1”时,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位,此时可用作输入口。P3口作输入口使用时,因为有内部的上拉电阻,那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在STC89C51中,同样P3口还用于一些复用功能,如表2.4所列。在对Flash编程和程序校验期间,P3口还接收一些控制信号。


表2.2 P3端口引脚与复用功能表

端口引脚

复用功能

P3.0

RXD(串行输入口)

P3.1

TXD(串行输出口)

P3.2

INT0(外部中断0)

P3.3

INT1(外部中断1)

P3.4

T0(定时器0的外部输入)

P3.5

T1(定时器1的外部输入)

P3.6

WR(外部数据存储器写选通)

P3.7

RD(外部数据存储器读选通)

RST:复位输入端。在振荡器运行时,在此脚上出现两个机器周期的高电平将使其单片机复位。看门狗定时器(Watchdog)溢出后,该引脚会保持98个振荡周期的高电平。在SFR AUXR(地址8EH)寄存器中的DISRTO位可以用于屏蔽这种功能。DISRTO位的默认状态,是复位高电平输出功能使能。


ALE/PROG:地址锁存允许信号。在存取外部存储器时,这个输出信号用于锁存低字节地址。在对Flash存储器编程时,这条引脚用于输入编程脉冲PROG。一般情况下,ALE是振荡器频率的6分频信号,可用于外部定时或晶振。但是,在对外部数据存储器每次存取中,会跳过一个ALE脉冲。在需要时,可以把地址8EH中的SFR寄存器的0位置为“1”,从而屏蔽ALE的工作;而只有在MOVX或MOVC指令执行时ALE才被激活。在单片机处于外部执行方式时,对ALE屏蔽位置“1”并不起作用。


PSEN:程序存储器允许信号。它用于读外部程序存储器。当STC89C51在执行来自外部存储器的指令时,每一个机器周期PSEN被激活2次。在对外部数据存储器的每次存取中,PSEN的2次激活会被跳过。


EA/Vpp:外部存取允许信号。为了确保单片机从地址为0000H~FFFFH的外部程序存储器中读取代码,故要把EA接到GND端,即地端。但是,如果锁定位1被编程,则EA在复位时被锁存。当执行内部程序时,EA应接到Vcc。在对Flash存储器编程时,这条引脚接收12V编程电压Vpp。


XTAL1:振荡器的反相放大器输入,内部晶振工作电路的输入。

XTAL2:振荡器的反相放大器输出。


2.2 A/D转换芯片ADC0832

ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种 8 位分辨率、双通道 A/D

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关键字:单片机  PM2  5  空气质量检测 编辑:什么鱼 引用地址:http://news.kanmaya.com/mcu/ic488273.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

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