基于激光传感器的PM2.5检测仪设计

2018-03-09史志慧吴何畏谭宇良

科技创新与应用 2018年7期

史志慧+吴何畏+谭宇良

摘要：文章设计的是PM2.5检测仪，包括AT89C52单片机、攀藤激光传感器、LCD12864液晶显示器和报警器。在本设计中攀藤激光传感器采集空气中PM2.5的浓度值，经过AT89C52单片机处理后，将数据显示在液晶显示器上。系统会将收集到的PM2.5浓度值与用户预先设置的报警值进行实时对比，报警器会在系统检测到超过报警值之后响起，并且会根据污染程度的高低点亮不同颜色的灯给出相应的提示。本设计具有精度高、体积小、续航时间长、便于携带等优点，可直接用于市场推广。

关鍵词：PM2.5检测仪；攀藤激光传感器；液晶显示器；报警

中图分类号：TP212 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）07-0104-02

Abstract： In this paper， the PM2.5 detector is designed， including AT89C52 microcontroller， climbing laser sensor， LCD12864 liquid crystal display and alarm. In this design， the density of PM2.5 in the air is collected by the climbing laser sensor， and the data are displayed on the LCD after the AT89C52 microcontroller processing. The system compares the collected PM2.5 values in real time with the pre-set alarm values set by the user， and the alarm will ring after the system detects an alarm value that exceeds the alarm value， and will， based on the level of pollution， light up different colors of the light to give the corresponding tips. The design has the advantages of high precision， small volume， long life， easiness to carry， and can be directly used in market promotion.

Keywords： PM2.5 detector； climbing laser sensor； liquid crystal display （LCD）； alarm

引言

如今，国民的环保意识日益增强，对空气质量越发关注，现在很多地区把阴霾天气现象统称为“雾霾天气”，并且将其作为灾害性天气预警预报，空气PM2.5已成为热点。根据世界卫生组织发布的报告可以看出，不管是在发达国家还是在发展中国家，空气中的颗粒物对百分之七十左右的城市和农村人口的健康都产生了极大的威胁。具体，包括导致哮喘、呼吸困难、慢性支气管炎、咳嗽等呼吸系统疾病，因为颗粒物被人们吸入后会马上进入支气管，而且会刺激呼吸道，干扰肺部的气体交换。除了这些，若长期处于雾霾天气下还可能会引起非致命性心脏病、心律不齐等心血管方面的疾病，这种情况多发在老人、小孩和心肺疾病患者等人群。

随着人们对空气中颗粒物的含量指数的关注越来越高和大气污染程度越来越严重，实时的空气质量指数也就越来越受到人们的关心，从而导致对PM2.5检测仪的需求也越来越高。商业上的PM2.5在线测量设备主要应用于城市空气质量检测站里，它们虽然测量精度高但是设备庞大笨重而且价格昂贵。所以，不论是城市还是农村，PM2.5检测仪都有着很好的应用前景和发展趋势。

1 PM2.5检测仪的系统组成

本项目设计的PM2.5测试仪是由硬件、软件两部分构成的。在硬件结构中又包括光激光传感器、光电转换设备、PIN光敏管和气体采样设备四部分。首先我们选用攀藤激光传感器，它体积更小，可集成，高精度，最小分辨微粒0.3μm。当周围环境PM2.5值达到一定值，该激光传感器会按实时检测空气PM2.5的含量比例输出模拟电压信号，经电路放大增强信号后，该模拟电压信号再经光电转换设备。在光电转换设备上我们选择体积小、兼容性强的芯片ADCO832。LED显示模块我们选用1602LCD液晶显示屏，与传统的LED数码管显示器件相比，液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等优点。

2 PM2.5检测仪原理

PM2.5检测仪主要是用于检测大气中粒径小于2.5μm细颗粒物质量的装置。其基本原理如下：由特制的激光二极管产生一束或几束激光，在空气中的细颗粒物经过由光源产生的激光束所在区域之后，这些颗粒物会让激光产生散射现象；散射光会在空间中进行360°辐射，然后数字电路模块会采集到这种信号，并且通过对信号数据进行相应的模数和其他处理得到颗粒物的大小和颗粒物的大致数量，最终根据专业的标定技术得到质量浓度转换公式与粒径分布，得到跟官方单位统一的质量浓度数值。

该仪器的报警系统由LED灯光报警构成。系统会将收集到的PM2.5浓度值与用户预先设置的报警值进行实时对比，报警器会在系统检测到超过报警值之后响起，并且会根据污染程度的高低点亮不同颜色的灯给出相应的提示。当LED红灯亮起，说明周围环境PM2.5值严重超标，污染严重；当黄灯亮起时，说明环境轻微污染；绿灯亮起时，则空气质量良好。

3 PM2.5程序设计及实现

如图2，当按下设置键时，预先设置好报警浓度值。然后攀藤激光传感器开始工作，将检测到的空气中的PM2.5浓度数值送入到AT89C52单片机进行光电模数转换处理，当检测的PM2.5的浓度值超过报警值时会触发蜂鸣器闪动报警，然后在LCD1602液晶上显示经过处理后的数值，若不超过报警值直接在LCD1602液晶上显示经过处理后的数值。用户可以根据具体情况手动调节报警数值，并且系统会根据污染程度的高低点亮不同颜色的灯给出相应的提示：

检测的PM2.5的浓度值在0～0.1，绿灯亮，表示环境良好。

检测的PM2.5的浓度值在0.1～0.3，黄灯亮，表示轻度污染。

检测的PM2.5的浓度值在0.3以上，红灯亮，表示重度污染。

4 结束语

本设计目的是制作一个经济，简单，实用的多功能PM2.5浓度检测仪。此PM2.5浓度监测仪除了具有电路简单、使用方便、功耗低、成本低等一般特性外，还有以下三个优点：

（1）本设计的方案可行性高，且可用于大量生产；适用范围十分广大，住宅、教室、办公室和医院病房均适用。

（2）该装置测量数据直观易懂，测量结果准确可靠，有很强的使用价值，可普及性强。

（3）本系统采用的是攀藤激光传感器，相比传统的红外传感器，其CPU性能极高，使得数据运算更加快速；而且在复杂的风道设计中还带有风扇或者鼓风机，保证了空气的供给和与周围环境的相似度；还有专门针对颗粒物的数据算法分析，让检测出来的数值更加准确。

参考文献：

[1]王宁，冀敏，赵冲.激光传感器的智能pm2.5检测仪[J].激光杂志，2017，38（08）：77-80.

[2]白天奇，孙炎辉.基于激光型PM2.5传感器的空气净化器设计[J].物联网技术，2016，6（11）：30-33.

[3]杨永杰，张裕胜，杨赛程，等.一种PM2.5检测传感器设计[J].传感器与微系统，2014，33（03）：76-78+81.