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1、毕业设计(论文文)任务书（2015届）题 目：PM2.5空气检测仪的设计与制作 专业名称： 应用电子技术 姓 名： 学 号： 班 级： 应用电子技术 指导教师： 2014年099月 22日目 录一 绪论11 11.1 前言1 11.2 选题题背景1 11.3 国内内外发展状态态2 11.3.1 粉尘测量方方法2 11.3.2 粉尘检测仪仪的性能与优优点2 11.3.3 研究的意义义3 11.4 本文文主要工作3二 PM2.5粉尘浓度度测试仪设计计系统4 2.1系统统的功能和技技术指标4 2.2 工工作原理4 2.3 程程序框图和流流程图6三 PM2.5粉尘测试试仪系统硬件设计计8 33.1 单
2、片机部分分硬件设计8 33.2 信号采采集电路10 33.3 LED16602液晶屏屏显示电路11 33.4声光提醒醒报警电路12 33.5 智能换风机机电路14 33.6 按键电路14四 PM2.5粉尘测试试仪系统软件件设计15 44.1系统程程序流程图15 44.2浓度参参考值的键盘盘设定程序设设计16 44.3信号采采集部分的程程序设计17 44.4蜂鸣器器报警部分程程序设计18 44.5 LEED16022液晶显示部部分的程序设设计19五 PM2.5粉尘检测测仪的测试结结果19六 结论221七 参考文献献22八 附录一：系统程序23九 致谢 29 前言随着社会的进步步，工业化水水平的提
3、高，人人们的生活和和工作有了很很多便利。然然而人们在享享有方便生活活和工作的同同时，不得不不面对由于对对自然的不合合理开发，对对自然环境造造成的野蛮污污染，使生存存环境越来越越差的现实。所所以人类必须须采取相应措措施，合理利利用开发自然然资源，与大大自然和睦相相处。进入221 世纪以以来，环境问问题越来越严严重，而这与与人们对生活活质量要求的的提高形成了了矛盾,因此此注重环境的的保护问题已已经慢慢步入入了产业化。人人类要治理好好环境问题，必必须要做到“知己知彼”，在做好监监控与检测的的同时知道病病灶所在然后后对症下药，从从而药到病除除。粉尘是空气质量量的重要指标标，所以粉尘尘的检测就很很重要，
4、因此此粉尘检测仪仪成为环保监监测部门及很很多工矿企业业的必备品。因因此市面上出出现了各种各各形形色色的的测试仪。粉尘检测仪主要要用于检测环环境中的粉尘尘浓度，适用用于工矿企业业劳动部门生生产现场粉尘尘浓度的测定定、环境环保保监测部门大大气飘尘检测测和污染源调调查等。本文所设计的粉粉尘检测仪围围绕单片机为为控制核心，完完成数据的采采集、显示、参参数设置、自自动报警及智智能换风等系系统各模块的的程序设计，结结合各模块的的硬件电路实实现每个模块块的功能，从从而实现整个个系统的功能能。1.2 选题背背景粉尘又称可吸入入颗粒物(iinhalaable pparticcular matteer），它是是指
5、能进入呼呼吸道的，直直径为10m的颗粒物物，对人的眼眼睛、鼻腔、上上呼吸道都十十分有害。同同时这种可吸吸入粉尘能长长驱进入肺泡泡且沉积时间间长，可导致致心肺病、心心血管疾病。粉粉尘作为病菌菌的载体，一一同散入空气气中，极易传传播疾病。生生产中许多及及其工作环境境对粉尘浓度度也有要求,工厂中的很很多粉尘携带带有有毒化学学物质，人们们长久呼吸或或长久散落皮皮肤上容易导导致癌症的产产生。由此可可以看出粉尘尘对人类健康康和生产的巨巨大危害性，煤煤矿井下巷道道作业、煤炭炭生产都要产产生大量的粉粉尘，加之煤煤矿井下通风风条件较差，在在炮采、纵采采工作面，煤煤尘浓度可高高达10000mg/ m3以上。在此此
6、环境中工作作的工人就会会吸入这些细细微粉尘，粉粉尘长时间进进入人的呼吸吸系统，就会会造成大量粉粉尘在肺泡中中沉，引起慢慢性职业病，危危及人的身体体健康。此外外粉尘还是煤煤矿安全生产产的重大隐患患, 我国煤煤矿安全规程程规定：“粉尘中游离离的sio2含量100% 时，粉尘浓浓度不得大于于2mg/ m3；当粉尘中中游离sioo2含量100% 时, 粉尘浓度度不得大于110mg/ m3。因此, 必须对煤矿矿井下粉尘进进行实时检测测，及时了解解煤1矿井下工人的劳劳动环境，掌掌握井下煤尘尘浓度及变化化情况，为安安全生产、防防尘、降尘等等措施提供必必要现场数据据。因此，粉尘浓度度测试仪意义义很重大是生生活
7、中不可或或缺的必备品品。1.3 国内外外发展状态在国内大多采用用更加先进的的测试技术，有有的是射线原理，其其吸收量只与与吸收物质的的重量有关，而而与吸收物质质的物化性质质无关完全等等同于称重法法，可直接读读粉尘浓度。并并且配不同的的采样入口装装置，可实现现对总粉尘、可可吸入粉尘、呼呼吸性粉尘进进行监测。使使用称重法比比较，其相关关系数大于997%，相对对偏差小于110%。仪器器采用的射线线源符合核安安全标准，可可长期稳定工工作。而有更加先进的的技术该测定定仪是集粉尘尘采样、粉尘尘浓度测定和和粉尘粒度分分布测定三者者于一体的多多功能粉尘测测定仪。它作作为粉尘采样样器可采集作作业场所空气气中的粉尘
8、，将将采集到的滤滤膜样作一些些处理，在此此仪器上可直直接测出粉尘尘浓度值，粒粒度分布需用用天平称重，可可测定采样器器采集的滤膜膜粉尘和其它它形式粉尘的的粒度分布（分分散度）。粒粒度分布和浓浓度测定结果果可通过液晶晶显示器显示示或微型打印印机打印。该该仪器具有断断电保护功能能，断电后仍仍可储存400 组粉尘粒粒度分布和2200 组粉粉尘浓度数据据。袖珍式激光粉尘尘仪是以激光光管为光源、采采用前向光散散射原理设计计，具有国际际先进水平的的最新型粉尘尘仪。该仪器器适用于公共共场所可吸入入颗粒物（PPM10）浓浓度的快速测测定以及环境境保护、劳动动卫生等方面面粉尘浓度检检测、工矿企企业生产现场场粉尘浓
9、度的的监测。1.3.1 粉粉尘测量方法法 按照粉粉尘测量方法法的不同，粉粉尘测量方法法主要有光学学法、采样称称重法和静电电法三种。(1) 采样称称重法不适合合于在线测量量。(2) 静电法法易受干扰,国内技术并并不成熟。(3) 光学法法又进一步分分为浊度法和和散射法, 而浊度法是是目前国外普普遍采用的用用来测量烟尘尘( 粉尘) 浓度的方方法, 这种种国外仪器在在国内许多单单位也都得到到了成功应用用。光学法测测量的缺点是是需要保持光光学镜头的相相对清洁。对对于烟道中烟烟尘的测量,实践证明, 通过微正正压的清洁保保护风, 就就可实现对光光学镜头的可可靠保护。1.3.2 粉粉尘检测仪的的性能与优点点由
10、现代国内外所所使用的各种种粉尘检测仪仪的功能可以以大体总结出出粉尘检测仪仪具有以下性性能和优点。(1) 智能采采样与去噪数数字滤波算法法相结合,测测量和信号处处理灵活性强强,因而在一一套装置可以以进行不同变变量和浓度的的测量,可排排除个别的不不正常值,同同步计算平均均值。(2) 采用嵌嵌入式单片机机内核技术,将计算机嵌嵌入到烟尘粉粉尘测量对象象中, 实现现智能化控制制,依据烟尘尘粉尘测量环环境要求, 充分考虑了了物理环境( 小型) 、电气/ 气氛、环境境(可靠)、成成本(价廉)的要求; 充分考虑了了最小软、硬硬件配置和相相应的接口电电路。采用内内核技术,提提供了一个裸裸设备与应用用程序间的抽抽
11、象层,可以以在更高的层层次上读写磁磁盘;允许多多个程序看起起来在同时运运行, 将处处理器在其间间共享。(3) 可选用用GPRS 网络技术,以智能烟尘尘粉尘测量仪仪软件为平台台,通过中文文短信的方式式,用自动群群呼和列队接接收办法,形形成了崭新的的环保监测网网络。(4) 可远程程进行参数设设置及数据传传输, 通过过中心控制软软件, 方便便地输入用户户参数、校准准仪器, 并并可输出存储储的测量数据据。1.3.3 研研究的意义该粉尘检测仪是是以STC112C5A660S2为核核心外接输入入键盘设定参参考值，经过过GP2Y11010AUUOF粉尘传传感器采集转转换数据经过过STC122C5A600S2
12、处理然然后通过数码码管显示出粉粉尘浓度的简简易检测仪，主主要用于检测测环境中的粉粉尘浓度，适适用于工矿企企业劳动部门门生产现场粉粉尘浓度的测测定、卫生防防疫站公共场场所可吸入颗颗粒物的监测测，环境环保保监测部门大大气飘尘检测测和污染源调调查等。1.4 本文主主要工作本文主要是根据据光学测尘原原理-朗伯伯特-比尔定定律测量光透透过被测物质质后，由于散散射吸收而使使光强减弱，通通过测定光束束通过被测介介质前后的光光强比之来定定量粉尘浓度度。将粉尘浓浓度转换为电电信号，然后后通过信号放放大器将电信信号转换为005V的电电压信号。该设计主要是将将光学测尘原原理所得的005V的电电压模拟信号号通过ADC
13、C0809转转换成八位二二进制数字信信号，并将数数字信号送到到单片机STTC12C55A60S22中经过处理理后将数字信信号动态显示示在数LEDD1602液液晶显示上，通通过键盘来设设定粉尘浓度度限定值，如如果超过限定定值单片机驱驱动蜂鸣器报报警以及启动动换风机，同同时可以通过过独立按键控控制当前粉尘尘浓度和设定定限定值时的的显示切换。看看门狗可以根根据程序要求求实施复位；同时还要将将12V开关关电源转换成成5V给各器器件供电。我我主要根据系系统要求完成成数据的采集集、显示、参参数设置及报报警等系统各各模块的程序序设计，然后后再结合各部部分的硬件电电路完成各模模块的功能，从从而完成整个个系统的
14、功能能。二、 PM2.5 粉尘浓度测测试仪系统设设计方案 2.1 系统的功能能和技术指标标(1) 系统功能： 单片机机PM2.55粉尘检测仪仪采用51单单片机+按键键+LCD11602+蜂蜂鸣器+换风风机+粉尘传感器器设计而成。1.主控芯片采采用增强型551单片机SSTC12CC5A60SS2（和511单片机一样样），自带AAD转换，使使用更加方便便。2.使用夏普的的GP2Y11010AUUOF粉尘传传感器，每间间隔10S更换一一次采集浓度度值检测更加加准确。3.有2个按键键可以调整报报警值，可操操作性增强。4.外接AT224C02，有有掉电保存数数据功能。5.当粉尘浓度度小于设定值值，绿色指
15、示示灯会亮，表表示当前空气气质量良好。6.当粉尘浓度度高于设定值值，会自动开启声声光报警，换换风机人性化化工作。7.LCD16602实时显显示粉尘浓度度和设定报警警浓度，清晰晰直观。(2) 主要技技术指标：1、电源电压：5-7V2、工作温度：-10-665摄氏度3、消耗电流：20mA最最大4、最小粒子检检出值：0.8微米5、灵敏度：00.5V/(0.1mgg/m3)6、清洁空气中中电压：0.9V 典型值7、工作温度：-106658、存储温度：-208802.2 工作原原理 2.2.1 粉尘检测原原理测尘原理是用粉粉尘采样器或或呼吸性粉尘尘采样器抽取取采集一定体体积的含尘空空气，含尘空空气通过滤
16、膜膜时，粉尘被被捕集在滤膜膜上，再利用用光学原理测测得粒径。光学测粉尘用到到两个原理,朗伯特-比比尔（Lammbert-Beer）定定律和米（MMie）理论论。本设计检检测原理用基基于光学检测测法中的浊度度法。基于朗朗伯特-比尔尔定律测量光光透过被测物物质后，由于于散射吸收而而使光强减弱弱，通过测定定光束通过被被测介质前后后的光强比之之来定量粉尘尘浓度。其原原理如下：一束强度为I00的单色平行行光照射在含含有粉尘的检检测区，由于于粉尘对光的的吸收和散射射，出射光强强便会衰减。根根据朗伯特-比尔定律，对对均匀分布的的粉尘，入射射光强与出射射光强有关： 式中：Q为消光光系数，它与与入射光波长长、粉
17、尘粒子子直径d、粉粉尘物质折射射率m有关，可可按Mie理理论和专用算算法程序计算算。N为粉尘尘密度，A是是直径为d的的粉尘粒子的的截面积，WW为粉尘的质质量浓度；为粉尘的质质量密度。若若设某种分布布的粉尘尘粒粒直径为d11浓度为w1，则：式中：,对于某某种粉尘的测测量系统而言言，C是一常常数；M为测测量时粉尘粒粒子按粒径的的分档数。由由公式1-22得:式(1-3)是是在单色入射射光情况下得得到的。采用用多波长入射射时，对每一一波长i,都有对应应的一个式(1-3)，故故得方程： 式中：为消光列向向量，可以通通过实测各波波长对应的及及测得：其中：T称为消消光系数矩阵阵。T中个元元素，可由计计算机预
18、先算算出。为粉尘尘总的质量浓浓度分布列向向量。求解式式1-4便可可求得W及粉粉尘的总质量量浓度。不难难看出，多波波长消光测尘尘中，是通过过测得各种粒粒径粉尘的质质量浓度得到到总的粉尘浓浓度的，因而而能实时地反反应粉尘分布布的影响，为为粉尘浓度的的高精度测量量提供了可能能。再者，测测量粉尘浓度度的同时，还还能测粉尘的的粒度分布（分分散度）。根据粉尘离子的的散射特性，确确定最小粒径径前置输出端端的信号幅值值U，然后每每个0.1m定义直径径档，并预先先设定好各档档甄别电平，用用其中一种标标准粒子输入入粉尘测试仪仪。2.2.2 系系统工作原理理本系统的工作原原理是：将电电源开关打开开，当给一个个由测尘
19、原理理将粉尘浓度度转换得来的的05V的的电压信号时时，信号经过过ADC08809转换为为八位的二进进制数进入单单片机，经过过处理后转变变为三位十进进制数通过II/O口在LLED16002液晶显示示上显示出精精确数值。数数值量随输入入电压的扰动动而变化。同同时键盘设定定参考值送入入单片机，当当采集的当前前粉尘浓度小小于参考值时时黄灯亮，表表示当前空气气良好；当采采集的当前粉粉尘浓度大于于参考值时，单单片机驱蜂鸣鸣器报警并同同时启动换风风机进行改善善空气环境，否否则显示当前前浓度。2.3程序框图图和流程图 因为软软件和硬件是是密不可分的的，所以由系系统的硬件结结构图可以得得出软件设计计的程序框图图
20、和流程图。2.3.1 程程序框图设计计根据系统结构图图所得出的各各模块如图22-1所示。STC12C-5A60S2 单 片 机复位电路声光报警电源电路按键电路 信号电路换风机1602显示LED灯 如图 2-1所所示系统所设设计的程序分分为以下五个部分。(1) 信号采采集的程序：该程序设计计主要是将模模数转换得来来的数字信号号输入到单片片机内部。(2) LEDD 的显示程程序：本程序序设计主要完完成粉尘浓度度的数字显示示及当前环境境情况提醒。(3) 看门狗狗的复位程序序：该程序设设计主要完成成程序飞跑或或死机时系统统的复位。(4) 键盘输输入部分：该该部分主要完完成浓度参考考值的设定和和显示切换
21、。(5) 换风机机、声光报警警部分：该部部分主要完成成浓度大于参考值的的报警及相应应措施。2.3.2 粉粉尘检测仪程程序主流程图图设计根据硬件系统结结构图所设计计的程序主流流程图如下图2-2所示。图2-2程序主主流程图三 PM2.5粉尘测试试仪系统硬件设计计3.1单片机部部分3.1.1 系系统CPU 器件选择CPU是粉尘检检测器的核心心，完成数据据采集、处理理、输出、显显示等功能,是整个仪器器正常工作的的基础，它的的选择直接关关系到整个系系统的工作。选选择高速/低低功耗/超强强抗干扰的新新一代80551单片机-STC122C5A600S2，指令令代码完全兼兼容传统80051,但速速度快8-11
22、2倍。内部部集成MAXX810专用用复位电路,2路PWMM,8路高速速10位A/D转换(2250K/SS),针对电电机控制，适适用于强干扰扰场合。STC12C55A60S22单片机系统统电路如图33-1所示：图3-1 STTC12C55A60S22单片机系统统电路单片机最小系统统复位、晶振振电路简介（1）复位电路路的设计复位电路是使单单片机的CPPU或系统中中的其他部件件处于某一确确定的初始状状态，并从这这上状态开始始工作。 单片机常见见的复位电路路通常单片机复位位电路有两种种：上电复位位电路，按键键复位电路。上上电复位电路路：上电复位位是单片机上上电时复位操操作，保证单单片机上电后后立即进入
23、规规定的复位状状态。它利用用的是电容充充电的原理来来实现的。按按键复位电路路：它不仅具具有上电复位位电路的功能能，同时它的的操作比上电电复位电路的的操作要简单单的多。如果果要实现复位位的话，只要要按下RESSET键即可可。它主要是是利用电阻的的分压来实现现的在此设计计中，采用的的上电自动复复位电路。按按键复位电路路如图3-22所示。图3-2按键复复位电路 复位电路工工作原理上电复位要求接接通电源后，单单片机自动实实现复位操作作。上电瞬间间RESETT引脚获得高高电平，随着着电容的充电电，RERSST引脚的高高电平将逐渐渐下降。REERST引脚脚的高电平只只要能保持足足够的时间（22个机器周期期
24、），单片机机就可以进行行复位操作。上上电与按键均均有效的复位位电路不仅在在上电时可以以自动复位，而而且在单片机机运行期间，利利用按键也可可以完成复位位操作（2）晶振电路路的设计晶振电路用于产产生单片机工工作所需要的的时钟信号，而而时序所研究究的是指令执执行中各信号号之间的相互互关系。单片片机本身就如如一个复杂的的同步时序电电路，为了保保证同步工作作方式的实现现，电路应在在唯一的时钟钟信号控制下下严格地工作作。通常在引脚XTTALl和XTAL22跨接石英晶晶体和两个补补偿电容构成成自激振荡器器，如图4. 4Y1、C1、C2。可以根根据情况选择择6MHz、12MHzz或24MHzz等频率的石石英晶
25、体，补补偿电容通常常选择30ppF左右的瓷瓷片电容。晶晶振电路如图图3-3所示示。晶振电路如图33-3所示。3.2 信号采采集电路图3-4 信号号采集电路GP2Y10110AUOFF粉尘传感器器的结构特征征如下3-5图所示示。图3-5 GGP2Y10010AUOOF粉尘传感感器的结构P2Y10100AUOF粉粉尘传感器是是用光学方法法测量悬浮于于气相介质或或者液相介质质中的微小微微粒特性的传传感器装置，具具有光测技术术非接触式测测量、不扰动动被测对象等等特点。GP2Y11010AUUOF粉尘传传感器可以感感知烟草产生生的烟气和花花粉,房屋粉粉尘等1微米米以上的微小小粒子.体积积小,重量轻轻,便
26、于安装装.5V的输输入电路,便便于信号处理理.内藏气流流发生器,可可以自行吸引引外部大气.灰尘传感器器保养简单,可以长期保保持传感器的的特性.3.3 LEED16022液晶显示设设计电路图3-6 液晶晶显示电路设设计LCD16022A 是一种种工业字符型型液晶，能够够同时显示116x02 即32个字字符。（166列2行）。在在日常生活中中，我们对液液晶显示器并并不陌生。液液晶显示模块块已作为很多多电子产品的的通过器件，如如在计算器、万万用表、电子子表及很多家家用电子产品品中都可以看看到，显示的的主要是数字字、专用符号号和图形。在在单片机的人人机交流界面面中，一般的的输出方式有有以下几种：发光管
27、、LLED数码管管、液晶显示示器。发光管管和LED数数码管比较常常用，软硬件件都比较简单单。在单片机系统中中应用液晶显显示器作为输输出器件有以以下几个优点点：由于液晶显示器器每一个点在在收到信号后后就一直保持持那种色彩和和亮度，恒定定发光，而不不像阴极射线线管显示器（CCRT）那样样需要不断刷刷新新亮点。因因此，液晶显显示器画质高高且不会闪烁烁。 液晶显示器都是是数字式的，和和单片机系统统的接口更加加简单可靠，操操作更加方便便。 液晶显示器通过过显示屏上的的电极控制液液晶分子状态态来达到显示示的目的，在在重量上比相相同显示面积积的传统显示示器要轻得多多。 相对而言，液晶晶显示器的功功耗主要消耗
28、耗在其内部的的电极和驱动动IC上，因因而耗电量比比其它显示器器要少得多。 液晶显示的原理理是利用液晶晶的物理特性性， 通过电电压对其显示示区域进行控控制，有电就就有显示，这这样即可以显显示出图形。液液晶显示器具具有厚度薄、适适用于大规模模集成电路直直接驱动、易易于实现全彩彩色显示的特特点，目前已已经被广泛应应用在便携式式电脑、数字字摄像机、PPDA移动通通信工具等众众多领域。3.4 声光报报警提示电路路及LED灯电电路图3-7 声光光报警提示电电路3.4.1换风风机电路如图图3-8所示示。图3-8 换风风机电路3.4.2LEED灯显示电电路如图3-9所示。当电路通电时，DDI灯会亮，发发出绿光
29、，代代表粉尘传感器正正在工作。当测量值少于报报警值是D22灯会亮，发发出黄光，代代表当前空气气质量良好。图3-9 LEED灯电路 LED的特点点非常明显，寿命长、光效高、辐射低与功耗低。作为目前全球最受瞩目的新一代光源，LED因其高亮度、低热量、长寿命、无毒、可回收再利用等优点，被称为是21世纪最有发展前景的绿色照明光源。本设计利用不同颜色的LED指示不同的测量信号。3.4.2蜂鸣鸣器驱动电路路:一般都包含以下下几个部分：一个三极管管、一个蜂鸣鸣器、一个限限流电阻。蜂鸣器为发声元元件，在其两两端施加直流流电压（有源源蜂鸣器）或或者方波（无无源蜂鸣器）就就可以发声，其其主要参数是是外形尺寸、发发
30、声方向、工工作电压、工工作频率、工工作电流、驱驱动方式（直直流/方波）等等。这些都可可以根据需要要来选择。本本设计采用有有源蜂鸣器。三三极管Q1起起开关作用，其其基极的低电电平使三极管管饱和导通，使使蜂鸣器发声声；而基极高高电平则使三三极管关闭，蜂蜂鸣器停止发发声。3.5换风系统统电路主要原理是：用用风机将空气气抽入机器，通通过内置的滤滤网过滤空气气，主要能够够起到过滤粉粉尘、异味、有有毒气体和杀杀灭部分细菌菌的作用。3.6按键电路路本设计采用按键键接低的方式式来读取按键键，单片机初初始时，因为为为高电平，当当按键按下的的时候，会给给单片机一个个低电平，单单片机对信号号进行处理单片机键盘有独独
31、立键盘和矩矩阵式键盘两两种：独立键键盘每一个II/O 口上上只接一个按按键，按键的的另一端接电电源或接地，这这种接法程序序比较简单且且系统更加稳稳定；而矩阵阵式键盘式接接法程序比较较复杂，但是是占用的I/O少。根据据本设计的需需要这里选用用了独立式键键盘接法。3.6.1按键键硬件电路如如下图3-10所示示：图3-10按键键硬件电路四 PM22.5粉尘测测试仪系统软软件设计 4.1系统程程序流程如4-1图所示。图4-1 系统统程序流程4.2 浓度参参考值的键盘盘设定程序设设计因为不同环境中中粉尘浓度不不同，粉尘流流动量也不一一样，人在不不同环境中工工作所承受的的最大粉尘量量也不一样，所所以在更换
32、环环境时要设置置不同的粉尘尘浓度参考值值（该环境中中能接受粉尘尘浓度最大值值），当浓度度超过所设定定值时，粉尘尘检测仪报警警，我们根据据报警就可以以采取相应措措施或使人员员撤离工作现现场或动力降降低粉尘浓度度。 本模块块利用独立按按键方式通过过三个独立按按键累加输入入参考值，通通过单片机比比较采集的数数据与参考值值来控制蜂鸣鸣器是否报警警。同时可以以通过独立按按键来进行参参考值和当前前浓度值的显显示切换。4.2.1 键键盘扫描的设设计在单片机应用系系统中，扫描描键盘只是CCPU的工作作任务之一。在在实际应用中中要想做到既既能及时响应应键操作，又又不过多的占占用CPU的的工作时间，就就要根据应用
33、用系统中的CCPU的忙闲闲情况，选择择好键盘的工工作方式，本本次设计主要要是设计的小小型系统CPPU工作比较较空闲，所以以用编程扫描描方式。(1) 键盘扫描程序的的功能 (a) 判别键盘上上有无键按下下。其方法为为扫描键盘接接入口，若全全为“1”，则键盘无无键按下，若若不全为“1”，则有键按按下。 (b) 去除键的抖抖动影响。其其方法为判断断到有键按下下后，软件延延时一段时间间（一般为110ms左右右）后，再判判断键盘状态态，如果仍为为按下状态，则则认为有一个个确定的键按按下，否则按按键抖动处理理。当键盘释释放时，判断断到有键释放放也软件延时时一段时间，如如果仍为键释释放状态，则则认为键确实实
34、释放了。 (c) 求按键位置置，对各键进进行逐个扫描描，最后却定定按下的键号号。(2) 键盘扫描程序流流程图如4-2图所示。图4-2 键盘盘扫描程序流流程4.3 信号采采集部分的程程序设计因为粉尘浓度是是连续变化的的模拟信号，通通过粉尘采集集器可以将环环境中的粉尘尘浓度转换为为模拟电信号号，然后通过过信号放大器器将转换来的的电信号放大大成05VV的电压信号号。4.3.1 数数据采集流程程图设计粉尘数据采集模模块流程图如如图4-3所示。图4-3 粉尘尘数据采集模模块流程4.4 蜂鸣器器报警部分程程序设计该部分是当采集集到的环境中中的粉尘浓度度大于参考值值时，单片机机就会驱动蜂蜂鸣器报警，然然后采
35、取相应应措施降低粉粉尘浓度或者者使人员撤离离工作现场。该该蜂鸣器是通通过P333口与单片机机相连。图4-4 报警警电路流程设设计4.5 LEED16022液晶显示部部分的程序设设计 对于人机机交互式单片片机系统来说说，不仅需要要响应用户输输入，同时也也需要将一些些测控信息输输出显示。这这些显示信息息可以提供实实时的数据或或图形结果，以以便于掌握系系统的状态并并进行分析处处理。目前，在在单片机中最最常用的是LLED16002液晶显示示屏。其成本低低廉、使用简简便，可以显显示数字或几几个特定的字字符。4.5.1显示示流程图设计计LED16022液晶显示流流程图如下图图4-5所示。图4-5 LEED
36、16022液晶显示流流程五 PM2.5粉尘检测测仪的测试结结果及结论5.1 调试调试过程中首先先要检测的就就是硬件电路路的设计原理理是否正确、能能否达到预期期效果以及实实现方法是否否简便等等；其次在焊接接好难有线电电路之后，认认真检查电路路的焊接情况况。这次采用用的是分块调调试的方法，PM2.5粉尘检测电路，控制电路以及单片机控制电路进行调试。在对每个模块的进行调试过程中又采用了由局部到整体，由简单到复杂的调试方法，最后再将各个模块总和成一个整体。在调试过程中遇遇到的问题有有：(1) 由于在焊电路之之前没有彻底底调查过电阻阻的大小对PPM2.5粉粉尘检测电路路的影响，导导致一直以为为传感器不工
37、工作，显示屏屏是没有数据据显示，后来来换了合适的的电阻，数据据也检测出来来了；(2) 在解码程序的编编写过程中，经经过多次的程程序修改与硬硬件调试，基基本上能很好好地实现自动动报警，智能能开启换风机机，及时改善善空气环境的的功能。解决：对电路进进行测试,如如对单片机的的输出管脚信信号进行测试试，观察是否否存在漏焊,虚焊,或者者元件损坏的的现象。若无无此问题查看看烧写的程序序是否正确无无误，对程序序进行认真修修改。当显示示亮度不好时时阻器的阻值值，直到看到到合适的亮度度为止。经过多次的反复复调试与分析析,可以对电电路的原理及及功能更加熟熟悉,同时提提高了设计能能力与及对电电路的分析能能力。同时在
38、在软件的编程程方面得到更更到的提高,对编程能力力得到加强，同同时对所学的的知识得到很很大的提高与与巩固。如下为硬件实物物图： 可通过手动按键设置报警值换风机系统，当超过预定值时自动转动可通过手动按键自我设定STC12C5A60S2LED灯显示外接AT24C02，有掉电保存数据功能1602LED液晶显示开关电源PM2.5空气检测仪的设计与制作GP2Y1010AUOF粉尘传感器每间隔10S更换一次采集浓度值检测更准确声光报警系统，当超过预定值时自动报警 结论经过一番努力后后，粉尘测试试仪设计的终终于完成。在在设计该粉尘尘测试仪的过过程中，我首首先按照粉尘尘检测仪的功功能设计出其其大致的电路路电路方
39、框图图，然后分析析各个功能模模块：信号采集模块块、信号转换换模块、LEED16022显示模块的的。选好材后后画出电路原原理图，再到到编写程序，最最后进行仿真真，这次课题题设计可以说说成功完成。说说到编写程序序是可花了不不少功夫，因因为该设计需需要精确到小小数位的个位位，这个可给给我带来了苦苦恼，在同学学的帮助下最最终解决了这这个问题。实实验结果表明明此粉尘测试试仪实现后具具有读取方便便、显示直观观、电路简洁洁等优点，符符合电子仪器器仪表的发展展趋势，具有有良好的市场场前景。 在整个个设计过程中中，充分发挥挥了人的主观观能动性，自自主学习，学学到了许多没没学到的知识识。程序编写写中，由于思思路不
40、清晰，开开始时遇到了了很多的问题题，经过静下下心来思考查查资料，和同同学讨论，向向老师请教，理理清了思路，完完成对程序的的编写。通过过设计提高了了对单片机的的认识，进一一步熟悉和掌掌握单片机的的结构及工作作原理。通过过实际程序设设计和调试，逐逐步掌握模块块化程序设计计方法和调试试技术，提高高软件设计、调调试能力；通通过这次设计计熟悉以单片片机核心的应应用系统开发发的全过程，掌掌握硬件电路路设计的基本本方法和技术术，掌握相关关电路参数的的计算方法。最最终较好的完完成了设计，达达到了预期的的目的。但是由于个人能能力的原因，这这个没能解决决所显示的数数字有些闪动动的效果，以以及焊接技能能需要加强锻锻
41、炼在功能方方面是显得非非常的简单，只只实现了三个最基本的的功能，还有有许多不足和和可以扩展的的地方。例如如实现粉尘检检测系统智能能化、人性化化等，这些有有待以后来弥弥补，还望各各位老师予以以指正和修改改。参 考 文 献献1 何立民民.单片机应应用技术选编编M.北北京：北京航航空航天大学学出版社，11993：223-242 李卫东东，李铁军，刘刘华，曹福德德.HG-HHC智能烟尘尘粉尘测量仪仪J.仪仪器仪表学报报，20044，3 董爱华华，余琼芳.煤矿井下粉粉尘信号光电电检测电路的的研究J .仪器仪仪表学报，22003，5 董晓晓红.同步粉粉尘测试仪的的设计与实现现D成成都：四川大大学.2000
42、44 梅丽凤凤，王艳秋，汪汪琉铎，任国国臣.单片机机原理及接口口技术M.北京：清清华大学出版版社，20009：3100-3215 唐娟.粉尘浓度在在线监测技术术的现状及发发展趋势JJ.矿业安安全与保护，22009：669-746 吴泉英英.数字式粉粉尘测试仪中中的信号处理理J.苏苏州城建环保保学院学报，11999：889-1000附录一：系统程程序主程序/头文件#includde STTC12c55A.h#includde 16602.h#includde 24402.h#definee uchaar unssignedd charr#definee uintt unssignedd int/
43、定义按键sbit Keey_Up_ = P34;sbit Keey_Dowwn = P35;/定义风扇sbit fss = P220;/定义蜂鸣器器LED报警警sbit DUUST_Waarn = P33;sbit LLED1 = P233;sbit LLED2 = P244;/定义标识uchar FFlagSttart = 0; sbit LLED = P32;/全局变量定定义，const cchar AADC = 0x000; /P100 uint Coounterr;uint DUUST_SEET; /固固体颗粒的阈阈值float DUSTT_Valuue; uchar AADC_Gee
44、t10=0; /定定义AD采样样数组uchar nnum=0;/函数声明void Daata_Innit();void Tiimerniit();void ADDC_Iniit();0_Init();void Poort_Iuchar GGetADVVal(ucchar);void KeeyProccess(vvoid);/数据初始化化void Daata_Innit() Counnter = 0; FlaggStartt=0; DUSTT_Valuue=0; DUSTT_Warnn=1; LED=0; fs=11;/DS-185页 定时器初初始化 定时时10msvoid Tiimer0_Init()/AUXRR=0x800; /TTime wwork iin 1T mode TMOD = 1; TL0 = (655336-300000)/2256; TH0 = (655336-300000)%2256; TR0 = 1;ET0 = 1; EA = 11; /定时器0中中断void Tiimer0_ISR (void) inteerruptt 1 ussing 00 uint i,j;TL0 = (655336-300000)/2256; TH0 = (655336-300000)%2256; LEED=1; /