摘 要

粉尘是漂浮在空气中的固态颗粒物,粉尘浓度过高对我们会产生很大的危害，在工业生产现场,粉尘浓度过高会有可能引起爆炸,而且粉尘会影响呼吸道，引发皮肤病，对人体的生命健康也造成很大损害。所以,粉尘浓度的检测意义重大。

本次毕业设计拟采用单片机来设计便携式粉尘测量仪,由单片机,烟尘传感器模块,液晶显示屏,红外遥控模块,无线通信模块,温度测量模块,声光报警电路等几部分组成。粉尘传感模块选用以夏普 GP2Y1010AU0F 为核心的灰尘传感器，该传感器输出一个跟灰尘浓度成线性关系的电压值，通过该电压值即可计算得到空气中的粉尘含量。粉尘传感器输出的模拟电压信号通过模数转换器ADC0832将模拟量转化为数字量传输到单片机,再通过烧录到单片机的程序对传入的数据进行处理并在液晶显示屏LCD1602上实时显示粉尘浓度值。设定粉尘浓度报警的阈值(阈值可通过红外遥控进行更改),当超过设定的范围时则控制声光报警器报警同时驱动加湿器工作,减低粉尘浓度。通过DS18B20温度传感器测量当前的温度值,在液晶屏上显示当前温度值和粉尘浓度值。通过wifi无线传输的方式将粉尘浓度值传输到上位机进行显示和处理,上位机通过Labview进行界面设计,能实时显示当前烟尘浓度值和烟尘浓度的曲线图,查看粉尘的实时浓度和变化趋势。

关键词：粉尘浓度检测；便携式粉尘检测仪；温度测量；传感器技术；WiFi无线传输。

Abstract

Dust is a solid particulate matter floating in the air. Excessive dust concentration will do great harm to us. In the industrial production site, excessive dust concentration may cause explosion, and dust will affect the respiratory tract, cause skin diseases, and cause great damage to human life and health. Therefore, the detection of dust concentration is of great significance.

This graduation project plans to use single-chip computer to design portable dust measuring instrument, which consists of single-chip computer, smoke and dust sensor module, liquid crystal display screen, infrared remote control module, wireless communication module, temperature measurement module, acousto-optic alarm circuit and so on. Dust sensor module chooses Sharp GP2Y1010AU0F as the core dust sensor. The sensor outputs a voltage value which is linear with the dust concentration. Through this voltage value, the dust content in the air can be calculated. The analog voltage signal from the dust sensor is transferred to the single chip computer by ADC0832. The input data is processed by the program burned to the single chip computer, and the dust concentration value is displayed on the LCD 1602 screen in real time. Set the threshold of dust concentration alarm (the threshold can be changed by infrared remote control). When exceeding the set range, control the sound and light alarm and drive the humidifier to work at the same time to reduce the dust concentration. The current temperature value is measured by DS18B20 temperature sensor, and the current temperature value and dust concentration value are displayed on the LCD screen. Through WiFi wireless transmission, the dust concentration value is transmitted to the upper computer for display and processing. The upper computer designs the interface through Labview, which can display the current smoke concentration value and smoke concentration curve in real time, and check the real-time dust concentration and change trend.

Key words: dust concentration detection; portable dust detector; temperature measurement; sensor technology; WiFi wireless transmission.

目录

第一章 绪论 1

第二章 总体方案设计 2

2.1设计方案的比较 2

2.1.1粉尘传感器的选择： 2

2.1.2通信方式的选择 2

2.1.3 总体方案设计 3

第三章 硬件电路设计 4

3.1单片机的引脚配置 4

3.2单片机最小系统 5

3.3串口通讯 5

3.4液晶显示模块 5

3.5温度测量模块 6

3.6 粉尘浓度测量模块 7

3.7 模数转换模块 8

3.8红外遥控功能 9

3.8.1红外遥控接收器设计原理 9

3.8.2 红外遥控设置粉尘浓度上限值 10

3.9步进电机驱动电路 10

3.10 WiFi无线传输模块 11

3.11 电源模块 13

3.12 总体硬件电路设计 13

第四章 软件设计 15

4.1程序设计 15

4.1.1 LCD1602显示模块程序 16

4.1.2 ADC832模数转换程序 17

4.1.3 粉尘浓度测量程序 17

4.1.4 红外遥控程序 18

4.2 上位机界面设计 18

第五章 硬件调试与运行结果 21

第六章 误差分析与标定 24

第七章 成本分析和环保分析 26

第八章 总结 29

参考文献 30

附录 31

附录A 硬件电路图 31

附录B Labview程序框图 31

附录C 程序代码 32

致谢 43

第一章 绪论

单片机是具有数据处理能力和存储能力的计算机系统，采用单片机可以完成很多功能。本次设计选用51单片机作为控制核心,虽然51单片机的硬件资源相对较为落后,运算速度不高,但对于本次设计的便携式粉尘检测仪来说其功能和硬件资源是足够的,而且51单片机性价比高,编程简单,系统稳定性好,所以本次设计采用51单片机作为控制处理器。

本次设计的主要内容是应用51单片机设计一个粉尘浓度检测仪。粉尘粒子是指能悬浮在空气中的微小颗粒物，直径一般小于75um。粉尘浓度是工业生产中重要的被控参数之一，粉尘不仅伤害人的身体而且在浓度过高的情况下会引起爆炸等事故。国外在粉尘监测技术方面的研究工作起步比较早，到目前为止已经研究出许多不同的测量方法和设计出许多不同的监测仪器。不同的测量方法对测量烟尘的精度有很大影响，取样法和非取样法是是烟尘浓度测量的两种主要的方法。传统粉尘检测的接收端与监测端未分离，无法远程显示粉尘浓度监测仪检测到的数据，无法对其进行远距离的控制。本次粉尘检测仪的设计在传统系统上加入WiFi无线传输模块及红外遥控设备，可以实现粉尘浓度数据的远程显示及浓度阈值的远程设定，通过WiFi无线传输数据的方式将粉尘浓度信息在上位机进行显示，便于使用者的观察与记录，当粉尘浓度超过所设定的阈值时进行报警（蜂鸣器响 ，报警红灯亮起）。此外，本设计还加入了温度测量模块，检测当前环境的温度值。本次设计的检测仪可以检测粉尘浓度和温度，功能丰富，能够对于所处环境状况做出更多方面的评估。本设计同时具有结构简单，性能稳定，使用方便，性价比高等优点。

第二章 总体方案设计

2.1设计方案的比较

2.1.1粉尘传感器的选择：

我通过查找关于粉尘检测的资料，了解了关于粉尘浓度检测的技术方法，粉尘浓度检测的方法主要分为取样法和非取样法。通过分析现有的检测方法，了解他们的原理和优缺点，我进行了方案的比较，选择更加合适的检测粉尘的方法。