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基于单片机的室内粉尘监控系统

曲直远

【摘要】本文设计了基于STC89C51单片机的室内粉尘监控系统,根据所需的功能

以及粉尘传感器的特性,通过采集的室内实时粉尘含量,将数据传递到用来监控显示

的1602显示屏上.并设定浓度界限,超过设置的阈值,就会对当前环境进行报警,进而

保障室内环境的安全,以及保证人们的工作环境与生活环境.

【期刊名称】《电子测试》

【年(卷),期】2019(000)013

【总页数】2页(P43-44)

【关键词】单片机;报警器;程序设计

【作者】曲直远

【作者单位】沈阳城市学院,辽宁沈阳,110112

【正文语种】中文

1绪论

1.1设计的背景和意义

随着工业进程的快速进步，室外的空气质量受到了很大的影响的同时，室内环境也

面临了类似的问题，在这些工业设施工作的厂房中，持续的生产工作中会产生许多

不同种类的固体浮尘，这些漂浮物长时间在空气中飘动，就是我们要检测的粉尘。

而当粉尘含量太高以后，对人体健康会有很大的影响，如粉尘会顺着人体的呼吸进

入肺部，而这些粉尘不能被人体代谢，长时间的滞留甚至会引起尘肺病等难以治愈

的疾病，并且有可能造成粉尘爆炸，引起严重的后果甚至危害人们的生命。所以粉

尘测试仪就有了更多的应用场景，检测到粉尘浓度超标之后就可以进行相应的后续

操作，进而减少对人体的伤害。

国内很多室内的生产车间，包括产生大量粉尘的作业场所，依然用着体型较大，使

用不便，并且成本很高的大型设备对粉尘浓度进行检测。显然，这样的设备对于检

测设备来讲是不能广泛应用的，所以本文对一种便携式的室内粉尘检测装置进行研

究，适用于各种复杂的室内环境，其优点在于体积小，精度高，成本低等方面。

1.2国内外研究现状

目前，国外的相关技术要远发达于国内的粉尘检测技术，国外产品通常是直读式粉

尘监控系统，利用光学系统和倍增效应短时间就可以得到准确度很高的粉尘浓度值。

目前，国外各大尖端研究机构对于粉尘颗粒如PM2.5的研究都给予了很高的重视

程度，并且进一步研制了大量空气监测系统，如直读式粉尘监测器、粉尘浓度传感

器等。而随着这类设备的快速发展，大大方便了不同环境对于空气不同粉尘浓度监

控的需求。

国内对于粉尘监控系统方面的研究发展较为缓慢，整体速度落后于相关国外机构，

但是随着国内相关科技水平的快速提高，与对于相关研究领域的重视，国内也可以

研发出自主产权的粉尘监控系统。国产设备的测量原理是基于光学系统，但其质量

和性能上与国外产品还有一定差距，缺点表现在国内产品检测微粒的直径大，功耗

大并且精度要求不高。

2方案设计

2.1粉尘浓度检测原理及方法

目前粉尘浓度测量的主流方法包括电容法、β射线测量法以及光散射法。电容法可

以测量大概的结果，但是由于电容与粉尘浓度值并不呈线性关系，而且对于外界环

境改变受到的影响较大，以此导致精度降低难以获得准确结果；β射线法虽然精度

高于电容法测量，但是需要的成本也大大提高，并且需要提前收集样本用以之后进

行比较得出准确的测量值，而这一过程就大大增加了时间成本。还有其他新兴的方

法尚处在研发之中，并未广泛应用。

本监控系统的检测原理是根据光在粉尘中会发生散射的原理，光在传播过程中能量

被粉尘粒子吸收从而使原光强在接收端减小，我们继而就可以通过检测到减弱后的

光强来测算当前室内空气中的粉尘含量。

2.2系统硬件设计框图

本文涉及的室内粉尘监控系统的功能可以做到自动检测当前室内空气中粉尘浓度含

量，之后通过1602液晶屏将相关数值显示出来，当检测值大于设定的阈值之后，

报警电路工作进行报警。

本系统的结构包括以下几部分，其中控制器为STC89C51单片机，相关的数据以

及控制指令都是由单片机进行运算操作。除核心控制器外，均有以下模块拼接而成，

包括传感器模块、存储器模块、1602显示模块、报警电路。如图1所示。

图1系统硬件设计框图

系统上电之后，单片机及组成电路进入工作状态，将传感器采集到的模拟量通过

A/D模块进行转换变成数字量，并将数值在1602液晶屏上进行显示，之后与提前

设定好的浓度值进行比较，大于设定值后报警电路工作，指示灯亮起，蜂鸣器进行

报警。

3硬件设计

3.1单片机STC89C51

单片机的选型在室内粉尘监控系统中非常重要，正确的型号不仅可以提高系统整体

的运行速度，更可节约成本。本设计中，选用宏晶科技公司生产的51系列单片机，

STC89C51