一种便携式大气颗粒物污染检测系统的设计

凌启东 孟令杰 王世博 李硕

摘要：大气颗粒物污染对于人的健康存在着较明显的危害，甚至可以导致雾霾等恶劣污染天气的出现。本文设计了一种便携式大气颗粒污染物检测系统，由大气颗粒污染物检测模块、蓝牙通信模块、显示模块和微控制器组成，大气颗粒污染物检测模块用于实时采集颗粒污染物数据，并将采集到的信号实时发送给微控制器，微控制器对所接收到的颗粒污染物信号进行处理和分析，可以将处理结果通过蓝牙通信模块传输给智能穿戴设备或手机。该系统便于携带，能够实时提供大气颗粒污染物的数据。

关键词：空气颗粒物;Arduino UNO;传感器;蓝牙通信

中图分类号：TP368.12 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）12-0153-02

0 引言

空气中PM2.5、PM10等大气颗粒物污染是大气污染的重要成分，很容易被人体吸入对于健康存在较明显的危害，甚至会导致雾霾等恶劣污染天气的发生，随着国家对环境的大力整治，人们对于大气环境污染的关注也日益增多，人们希望能够及时掌握监测到的大气污染的具体数据，以便于合理安排和进行相关活动，污染严重时，不进行剧烈运动，并采取适当的保护措施，尽可能减轻大气污染给身体带来的危害[1]。现有的大气颗粒污染物的检测比较单一，导致人们获取数据信息的途径过于单一化且不便于随身携带，不能实时获知大气环境质量的检测数据。为了解决上述问题，提出了一种基于Arduino控制器的便携式空气颗粒物检测系统，可以通过蓝牙通信实时将检测数据传输到手机或者智能穿戴设备，方便了用户对所处环境空气颗粒物的掌握。

1 系统功能及结构

便携式大气颗粒污染物检测系统的系统结构如图1所示，包括大气颗粒污染物检测模块，蓝牙通信模块、显示模块和微控制器，大气颗粒污染物检测模块实时采集颗粒污染物数据，并将采集到的颗粒污染物数据信号实时传输给微控制器;显示模块用于实时显示微处理器处理过的颗粒污染数据;蓝牙通信模块A用于建立微控制器与智能穿戴设备之间的信号传输;微控制器用于对所接收到的颗粒污染物数据信号进行分析和处理，并将处理结果分别发送给显示模块和智能穿戴设备进行显示，同时，将处理结果与设定值进行实时比较，当超过设定值时向智能穿戴设备发送示警信号。这里的微控制器选用带有AD转换功能的Arduino UNO R3单片机控制模块，可以很方便地实现AD的转换和数据处理。为了便于对于数据保存，以记录用户的活动环境，更好地为用户的健康保障提供数据支撑，检测系统将数据实时传输给手机终端和后台服务器。该系统可以很方便地检测空气中的颗粒物浓度，可以扩展与穿戴设备、手机等移动设备进行数据的共享。

2 系统开发与设计

2.1 颗粒物采集模块设计

大气颗粒物采集模块选用GP2Y1014AU传感器，采集模块电路如图2所示，GP2Y1014AU传感器模块的输入INPUT引脚和Arduino UNO微控制器的ADC6引脚相连，控制传感器内部的LED灯闪烁，指示工作状态。传感器模块的的输出OUT引脚与和Arduino UNO微控制器PD3引脚相连接，将传感器检测的颗粒物浓度模拟电压通过AD转换处理得到数字信号，方便单片机后期的数据安全值的判断[2]。

2.2 蓝牙通信模块设计

蓝牙通信模块选用DX-BT05蓝牙集成模块，蓝牙通信电路如图3所示，模块的串口数据的输入和输出引脚TXD和RXD分别与微控制器的RXD引脚和TXD引脚相连接，将采集数据通过蓝牙通信发送给智能穿戴设备或者手机;蓝牙通信模块电路的清除发送和请求发送接口CTS和RTS分别与微控制器的PC3引脚和PC2引脚相连接，完成数据的请求发送和清除发送;蓝牙通信模块电路的数据口和时钟口SDA和SCL分别与微控制器的PC4和PC2引脚相连接， 蓝牙通讯电路的P1-1口与微控制器的PB5引脚相连接，当其空闲时为低电平输出[3]。系统可以实现稳定的蓝牙通信，耗能低，将数据及时传输到手机终端。

2.3 显示模块的设计

LCD显示模块采用LCD12864显示模块，电路接口图如图4所示，LCD12864显示模块的1引脚和2引脚分别接电源地和5V，15引脚接地选择串行通信，19引脚和20引脚分别接5V和接地，控制模块的背光正负极，RS、RW和E引脚分别接到Arduino UNO控制模块的D7、D8、D9引脚，负责微控制器和LCD显示模块之间的串行数据通信[4]。

3 結语

空气中的PM2.5、PM10等颗粒物污染是大气污染中重要的污染物，本文设计了一种基于Arduino UNO的大气颗粒污染物检测系统，可以实时检测大气颗粒污染物浓度，通过蓝牙通信模块将检测数据实时传输给智能穿戴设备或者手机，成本低，扩展性强，对大气污染的实时性检测有着较强的应用价值。

参考文献

[1] 叶秋霞.颗粒物PM10和PM2.5对体育锻炼和身体健康的影响[J].河南农业，2014（08）：57-58.

[2] 蒋鑫蕊，马翔，朱萍，等.车载空气质量监测系统的设计[J].数字技术与应用，2019，37（04）：178+180.

[3] 邹优敏，费寅超，罗恒，等.基于iOS平台的地下停车场导航系统研究[J].计算机测量与控制，2019，27（02）：202-206.

[4] 高宏岩，王闻阳.基于单片机的公交自动报站实验系统设计[J].实验室科学，2018，21（01）：107-110.

Design of  a Portable Detection System for Air Particulate Pollutants

LING Qi-dong，MENG Ling-jie，WANG Shi-bo，LI Shuo

（School of  Information and Engineering， Xuzhou College of  Industrial Technology， Xuzhou  Jiangsu  221440）

Abstract：Air particle pollution has obvious harm to people's health， and even can lead to severe pollution weather such as haze. In this paper， a portable detection system of air particle pollutants is designed， which is composed of air particle pollutants detection module， Bluetooth communication module， display module and micro controller. The detection module of air particle pollutants is used to collect the data of particle pollutants in real time， and send the collected signal to the micro controller in real time. The micro controller carries out the detection of the received signal of particle pollutants Processing and analysis， the processing results can be transmitted to the intelligent wearable device or mobile phone through the Bluetooth communication module. The system is portable and can provide real-time data of air particulate pollutants.

Key words：air particle;Arduino UNO;sensor;bluetooth communication