空气污染报警器的设计

王子逸 赵静雅 高震宇

摘要：伴随着工业化的过程不断推进，工业污染不断侵蚀着我们日常生活的环境，大气污染、水质污染等污染不断发生，随着各种各样的污染的扩大，人民也越来越多的关注到自己的日常生活环境，各种监测仪器也随着高新技术的快速发展，被研发出来，继而推进了环境监测系统的开发。本文设计了一款空气质量检测报警系统，设计以单片机为核心，能够实现以下功能：LCD液晶显示屏显示当前PM2.5及一氧化碳浓度；可设置PM2.5及一氧化碳浓度报警值；可紧急报警和手动取消紧急报警功能；当检测到PM2.5及一氧化碳浓度超标时，蜂鸣器会发出报警声。以达到日常空气质量实时监控的目的，从而使人们在空气质量恶化时采取相应的防护措施。

关键词：空气污染报警；PM2.5；传感器技术

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）14-0264-02

1引言

空气污染是很复杂的现象，其中有很多因素都会对空气质量造成污染。例如：汽车的尾气、大型船只产生的废气、工厂排放、生活燃煤、垃圾焚烧、锅炉的废气都是大气污染的主要原因。大气的污染对人体健康的危害极大，因此，人类开始利用各种科学技术手段来探测环境，以便找到相应改善环境的措施。

本设计主要利用芯片微机控制技术和传感器技术，将粉尘传感器、一氧化碳传感器结合数字模拟转换器，再通过单片机技术的相关运用，从而达到空气质量检测的目的。

2 设计意义

如今空气污染越来越严重，其带来最明显、最主要的便是雾霾天气。而雾霾天气的出现，不仅给交通系统带来危害，更会严重影响人体的健康安全。空气污染物的种类十分复杂，其中一类主要污染物便是PM2.5，即可吸入颗粒物。PM2.5粒子直径小，易于扩散，易附带有毒、有害物质，且在大气中的停留时间长，基于其上述特点，PM2.5对大气造成的污染尤为严重。除了可吸入颗粒物污染外，一氧化碳对健康的危害也是绝对不容忽视的。一氧化碳为无色、无味的气体，因此极其不易被人们察觉，但一氧化碳具有很高的毒性，一旦经呼吸道吸入人体，会导致人体组织缺氧，发生中毒。因此及时获取准确的空气质量情况越来越重要，它直接关乎人类的生存健康问题。但国内大多数环境检测装置都置于室外，无法移动，并且造价高昂。而通过网络获取的空气质量地区太宽泛，不够具体。基于以上原因，考虑到家庭实际应用条件，设计出一款小型、家用的空气污染报警器来填补这一空缺是很有必要的。本文设计了一款适合家用的空气污染报警器，该设计是以单片机和传感器以及采集芯片为核心设计出的一款报警器，同时具备PM2.5（可吸入颗粒物）报警与一氧化碳等可燃气体报警的功能。该设计简单高效、价格低廉、绿色环保，可实时检测家庭生活环境中的空气污染物含量，并可自行设置报警数值，实现相应的报警功能。本空气污染报警器的核心器件选用的是STC89C52的单片机、MQ-9的一氧化碳传感器和GP2Y1014AU粉尘传感器。

3 系统设计

3.1 系统硬件设计

本空气污染报警器的硬件系统主要由以下几个部分组成。单片机最小系统、空气污染物采集部分、A/D模数转换部分以及显示部分等。该系统通过传感器电路检测PM2.5及一氧化碳浓度信息，AD模拟数字转换，最后显示在液晶显示器上。

本报警器最终确定采用由夏普GP2Y1010AU0F粉尘传感器测量空气粉尘浓度，MQ-9一氧化碳传感器检测空气中的一氧化碳浓度值，以ADC08332作为AD转换，再由STC89C52单片机为控制中心处理数据，最后在LCD显示屏上实时显示PM2.5及一氧化碳的浓度值。当空气中污染物的浓度达到所设报警浓度时，声光自动报警。

民用粉尘传感器主要有两种，即红外粉尘传感器和激光粉尘传感器。其中红外粉尘传感器结构简单，价格低廉；激光粉尘传感器的结构较为复杂，检测精度高，但价格相对昂贵。基于经济实用的考虑，本设计中采用的粉尘传感器GP2Y1010AU0F是的一款光学粉尘浓度检测传感器。此传感器内部成对脚分布的红外发光管和光电晶体管，利用光敏原理来工作。依靠输出脉冲的高度来判斷颗粒浓度。即红外发光二极管发射出光线遇到粉尘会产生散射现象，同时还会吸收部分照射光的能力。接收传感器检测到光强，输出信号，光强的大小和经光电转换的电信号强弱成正比，通过测得电信号就可以求得相对衰减率，进而就可以测定待测场里粉尘的浓度，从而根据输出信号光强的大小判断粉尘的浓度。

一氧化碳传感器MQ-9是采用气敏材料二氧化锡制成。二氧化锡在清洁的空气中具有较低的电导率，当空气中的一氧化碳浓度增加时，其电导率值也会随之增大。同时，除了可以检测一氧化碳外，对于其他可燃性气体，如甲烷等，也会导致其电导率变化。通过实验测试，对于检测一氧化碳及甲烷等可燃气体，MQ-9传感器具有较高的灵敏度。

3.2 系统软件设计

本空气污染报警器采用STC89C52单片机作为控制芯片，通过软件程序实现对硬件设备的控制。其软件设计部分主要包括系统的初始化、驱动粉尘检测传感器，采集传感器的输出电压，根据采集到的相应传感器的电压值大小，通过拟合关系，由单片机进行实时的计算，从而在液晶显示器上实时显示出当前空气中的污染物浓度值。

4 结论

本空气污染报警器能够实时地检测空气中的PM2.5浓度及一氧化碳浓度，并通过LCD液晶显示屏显示出来，同时可根据用户需求设置PM2.5及一氧化碳浓度报警值，当检测到空气中的PM2.5及一氧化碳浓度超标时，会发出声光报警信号。如今，随着科技的不断进步和生活水平的不断提高，人们对生存环境的关注程度日益增强，其中实现空气质量实时检测的空气污染报警系统必将有更加广泛的应用及更加广阔的发展前景。

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