论文总字数：18887字

摘 要

随着工业的快速发展，空气质量不断恶化，雾霾天气现象逐渐增多，严重影响了人们的正常生活。空气细颗粒物对人类的日常生活危害非常严重，这是因为呼吸系统对粒子直径小于2.5微米的颗粒几乎没有阻挡效果，这类细小的微粒侵入人体后会引起各类呼吸系统疾病，因此对空气细颗粒物的浓度进行监测显得格外重要。

本文是结合单片机技术和GSM技术，选择合适的传感器，实现对空气细颗粒物的检测和报警功能，完成空气细颗粒物浓度检测模块的设计。空气细颗粒物检测模块是用来检测空气中细小颗粒物浓度的仪器。该检测结果可以作为日常空气质量好坏的参考标准，可以有效提高人们对空气污染的认识与预防；也可以用在生产场合作为检测空气质量的参考标准。

关键字： 灰尘传感器 单片机 浓度检测 GSM模块

Design and Realization of Air Small Particle Detection Module

Abstract

With the rapid development of industry, air quality continues to deteriorate, foggy weather gradually increased, seriously affecting people's normal life. Air fine particles of human daily life hazards are very serious, it is because the respiratory system particles less than 2.5 micron diameter particles almost no blocking effect, such tiny particles into the human body can cause various types of respiratory diseases, so the air dust Concentration monitoring is particularly important.

This paper is combined with the chip technology and GSM technology, select the appropriate sensor to achieve the dust concentration detection and alarm function, the completion of air dust concentration detector design. The air dust concentration detector is used to detect the total amount of fine particles in the air. The test can be used as a reference standard for daily air quality, which can effectively improve people's awareness and prevention of air pollution. It can also be used in production sites as a reference standard for detecting air quality.

Key words: Dust sensor Single chip Concentration detection GSM module

目 录

摘 要 I

ABSTACT II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1 课题背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 国外研究现状 1

1.2.2 国内研究现状 2

1.3 本文的工作介绍 2

1.4 论文的组织结构 2

第二章 空气细颗粒物检测模块功能要求和整体设计思路 4

2.1 系统的功能要求 4

2.2 系统的整体结构框图 4

第三章 空气细颗粒物检测模块的硬件设计 6

3.1 STC89C52单片机模块 6

3.1.1 STC89C52单片机 6

3.1.2 最小单片机系统 7

3.2 传感器电路模块 8

3.2.1 空气细颗粒物浓度测量方法的介绍 8

3.2.2 YW51-GJ粉尘传感器 9

3.3 LCD1602显示模块 10

3.3.1 LCD1602芯片介绍 10

3.3.2显示模块工作电路设计 11

3.4 GSM数据发送模块 12

3.4.1 GSM芯片选择 12

3.4.2 GSM模块电路设计 13

第四章 空气细颗粒物检测模块的软件设计 14

4.1系统软件总体设计流程 14

4.1.1系统软件功能需求分析 14

4.1.2系统软件总体设计流程图 14

4.1.3 本文所用开发软件的介绍 16

4.2浓度阈值设置模块 16

4.2.1 按键设计 16

4.2.2 功能实现 16

4.3 数据获取模块 17

4.3.1 空气细颗粒物浓度获取流程图 18

4.3.2 功能实现代码展示 18

4.4 数据显示模块 20

4.4.1 数据显示模块流程图 20

4.4.2 显示模块主要用到的函数介绍 20

4.5 GSM模块 21

4.5.1 GSM模块所用到的指令 22

4.5.2 GSM模块发送数据流程图 22

4.5.3 功能实现代码 23

第五章 空气细颗粒物浓度检测模块软硬件联合调试和误差分析 24

5.1 软硬件测试 24

5.1.1 系统软件测试 24

5.1.2 系统电路焊接 25

5.1.3 整体测试及结果 26

5.2 误差分析 28

第六章 总结与展望 30

6.1 总结 30

6.2 展望 30

参考文献 32

致谢 34

第一章 绪论

1.1 课题背景及意义

自人类开始工业化的进程之后，人类的生活有了翻天覆地的变化，我们的生活条件得到了改善，物质变得更丰富，生活也更加方便。但是随之而来也出现了很多问题，其中空气污染问题格外严峻。大气环境中颗粒物的性质由于其粒径不同往往差别极大，主要包括PM10和PM2.5（PM10是颗粒直径小于10μm的颗粒物，而PM2.5是颗粒直径小于2.5μm的颗粒物），这两种颗粒物都能被人体吸入，尤其是空气动力学直径在2.5 μm 及以下的颗粒物能进入人体的下呼吸道（PM10不能）^[1]，并由此进入人体的血液和各个组织中，这些粒子中包含As、Cd、Cr、Mn、Ni 等有毒元素以及致癌的有机物，对人体健康会造成严重危害^[2]。美国自1987 年实施空气质量监控标准以来，共有2000 多项研究指出：对人体健康危害最大的是PM2.5^[3]。而我国正处于工业发展的关键阶段，在此过程中对环境、大气造成的污染十分严重。雾霾天气也由于工业的发展，变得日益严重，国家对于雾霾天气的治理也日渐重视 。目前，全国各大中小城市PM值都长期超标，严重危害国人的身体健康，这也体现了空气细颗粒物检测模块在生活中具有很强的实用性。

1.2 国内外研究现状 

1.2.1 国外研究现状

目前，世界各国对空气细颗粒物的监测技术做了大量研究。英国研制的Simslinx系列监测仪和OSIRIS粉尘传感器。美国研制的RAM系列实时粉尘检测仪器、3400型粉尘监测仪、TSI粉尘测定仪，粉尘浓度的表示由尘粒计数法换算成粉尘质量测定法^[4]。日本研制的P-5Hg、日本柴田LV-5E、LD -IE型的近红外光散射相对浓度测试仪。德国研制的KAII/Model 3511、FW-561、FW-100、FW-200、OMD-41、RM-210能够在比较恶劣的环境中使用，以在较短的时间内测试出空气细颗粒物的浓度。

1.2.2 国内研究现状

我国国内粉尘浓度监测技术主要以采样器、直读式测尘仪为主^[5]。煤炭科学研究总院重庆研究院最先在国内开发出了GCG500粉尘浓度传感器。国内其他厂家也纷纷研制了粉尘传感器，如郑州光力科技股份有限公司生产的GCG1000测尘仪、中国科学院合肥光机研究、无锡市化工防腐设备厂生产的CC-1A测试仪、上海大恒光学精密机械有限公司生产的测试样机JFC-1和北京地质仪表厂生产的AZPC-1等仪器^[5]。

我们国家在空气细颗粒物检测方面虽然起步较晚，但是通过分析国外已有的粉尘浓度检测技术，研究数据采集和传输技术的发展趋势，在原有的技术的基础上，正在努力研发出具有实用性、可靠性的粉尘数据采集和数据传输系统。

1.3 本文的工作介绍

本文根据实际的使用情况，主要限于成本问题和日常生活中所需的精确度没有国家或工业单位所需的要求那么高，设计出的是满足人们在日常生活所需精度的空气细颗粒物检测模块。本次设计的空气细颗粒物检测模块片主要采用的是STC89C52单片机，利用灰尘传感器来实时的检测装置附近的空气细颗粒物含量，并将获得的数据发送给主控芯片来计算当前浓度值，主控芯片根据设定的阈值决定是否需要报警，并完成数值显示。若超过阈值，则通过串口与主芯片连接的GSM模块向指定的手机发送短信显示当前浓度。

1.4 论文的组织结构

本文共分为六章，下面对这六章的内容做一个简单概括。

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