便携可充电式PM2.5检测仪设计开题报告
2022-01-06 20:58:16
全文总字数：2784字
1. 研究目的与意义及国内外研究现状
| 近年来，雾霾问题引起了大家的重视，也影响了民众的生活，灰蒙蒙的天气也引起了大家的恐惧。因为空气质量的恶化，雾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并入雾以其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,以及重金属珅铬铅等颗粒组成。有关雾霾的重大事件层出不穷，如1952年伦敦烟雾事件，伦敦杀人雾在四天内夺走了4000多天人命；还有2013年初北京肆虐横行的雾霾事件，轰动一时。因此，对PM2.5的测量显得越来越重要。让大家了解雾霾的成因及危害，雾霾天气应该注意的事项，保护好自己。 普及雾霾问题和了解PM2.5的简单测定，并且符合环保保护的要求。 PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。它的直径还不到人的头发丝粗细的1/20。PM2.5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，被称为大气污染的元凶。 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；大部分PM2.5能沉降在呼吸道中，同时由于许多致癌和有毒物质如苯并[a]芘等多富集在PM2.5颗粒物上，因此PM2.5颗粒物对人体的危害非常大，越来越受到人们的重视。 检测雾霾天气的危害，并使之达到环境保护要求已经刻不容缓。
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国内外研究现状
现如今国内外对PM2.5的测量主要基于以下几种方法的基础上实现的：
1.重量法
所谓重量法是指将PM2.5直接截留在滤膜上，然后用天平称重。滤膜并不能把所有的PM2.5都收集到，一些极细小的颗粒还是能穿过滤膜。但只要滤膜对于0.3μm以上的颗粒截留效率大于99%，就算合格。因为所损失的极细小颗粒物对PM2.5的重量贡献很小，对分析结果影响不大。目前按照重量法设计的采样设备较多，如中国生产的TH—150型智能中流量颗粒物采样器、四通道PM2.5采样器（PR2300）、美国URG公司生产的通用型大气污染物采样仪（URG—3000k）、德国GRIMM分析仪等。这些采样器利用Teflon膜或PTEE滤膜对PM2.5进行采样，再采用称重法计算颗粒物质量浓度。
重量法是最直接、最可靠的方法，是验证其他方法是否准确的标杆。然而重量法需要人工称重，程序比较繁琐而费时。因此，这种方法及仪器多应用于进行单点、某时间段内的采样与监测，为大气污染调查、研究提供数据。
2.β射线吸收法
将PM2.5收集到滤纸上，然后照射一束β射线，射线穿过滤纸和颗粒物时由于被散射而衰减，衰减的程度与PM2.5的重量成正比。根据射线的衰减就可以计算出PM2.5的重量。由于这种方法可实现自动、连续监测，因此多应用于大气环境监测业。这种方法一般要求都比较高，设备比较昂贵，适用于大型的研究设备以及大型的研究场合。
3.微量振荡天平法
基于微量振荡天平法研制的采样器由空心玻璃管、滤芯等组成。该空心玻璃管一头粗一头细，粗头固定，细头装有滤芯。工作原理为：空气从粗头进，细头出，PM2.5就被截留在滤芯上。在电场的作用下，细头以一定频率振荡，该频率和细头重量的平方根成反比，于是，根据振荡频率的变化算出收集到的PM2.5的重量。
该方法可实现自动、连续监测。因此，近年来我国多个地区采用微量振荡天平法测定PM2.5浓度。例如，2011年沈阳市环境监测中心站采用“赛默飞世尔”的1405型振荡天平法颗粒物监测仪对PM2.5进行了长期的监测和分析。
除了以上三种PM2.5重量测定方法外，还有利用光散射的原理测定颗粒物浓度的方法。但是，这种方法并没有被各国环保部门采纳为标准方法，虽然目前有依据此原理制成的专业仪器在某些科研中时有运用。该测定方法的原理是：空气中的颗粒物浓度越高，对光的散射就越强；测定光的散射后，理论上就可以算出颗粒物浓度。但在实际运用中，由于光的散射与颗粒物浓度之间的关系是受到诸多因素的影响，例如颗粒物的化学组成、形状、比重、粒径分布等，而这些都取决于污染源的组成。这意味着光散射和颗粒物浓度之间的换算公式随时随地都可能在变，需要仪器使用者不断地用标准方法进行校正。有研究者做过理论计算：利用光散射仪测定PM2.5，至少有30％—40%的不确定性。这种不确定性是这类仪器固有。所以需要其不断地去校正，为以后的测量能够更加的准确，得有相对接近事实的数据。
2. 研究的基本内容
首先通过PM2.5粉尘传感器及检测电路对周围环境中的PM2.5的浓度值数据进行采集，由模数转换电路将PM2.5检测电路输出的模拟量转换成数字量，并将数据传送给微控制器，并由微控制器对数据进行处理分析。
一方面将处理的结果显示在LCD1602液晶显示屏上，使PM2.5的检测结果一目了然，方便人们随时随地的了解周围的PM2.5的状况。
另一方面，为了使得检测仪便于携带，则使用锂电池进行供电，并使其可以充电，大大增加了使用的方便性和可携带性。3. 实施方案、进度安排及预期效果
实施方案：该系统硬件部分由以下三个部分组成
1、锂电池充电及供电电路；
2、单片机控制电路；
4. 参考文献
| [1]龚尚福，朱宇，郭秀才，王忠民.微机原理及接口技术.西安电子科技大学出版社.2008，8 [2]李含光，郑关胜, 《 C语言程序设计教程》，清华大学出版社, 2011 [3]童诗白，华成英.模拟电子基础（第三版）.高等教育出版社，2001 [4]李珍, 付植桐，《单片机原理与应用技术》， 清华大学出版社, 2003 . [5] 高明远.Protel DXP电路设计与应用.化工工业出版社.2004 [6]谭浩强.C程序设计（第四版）.清华大学出版社，2010. [7] 李维提,郭强.液晶显示应用技术.电子工业出版社.2006. |
