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简析单片机的粉尘监测报警系统
1研究背景
粉尘是指悬浮在空气中的固体微粒。国际标准化组织规定,粒径小于75μm的
固体悬浮物定义为粉尘。粉尘中往往含有多种有毒成分,如铬、锰、镉、铅等。小
于5μm的微粒极易深入肺部,引起中毒性肺炎或矽肺,严重影响人体健康。此外,
过量的粉尘还会对工业生产造成严重的影响。
传统粉尘监测仪最大的缺点是无法自行设定报警浓度阀值,在不同的生产生活
条件下需要特制不同的探测报警器,造成了资源浪费。此外,传统粉尘监测报警系
统接收端与监测端未分离,而在某些特殊的生产环境下,人员需对粉尘浓度监测仪
进行远程控制,这也是一个亟待解决的问题。
在传统系统上加入单片机及遥控设备,可以实现阈值的在线远程设定,能够较
好地解决上述问题。显示设备还可以将浓度信息显示,便于使用者的观察与记录。
此外,本系统还在系统中加入温度湿度的监测传感器,使其成为一个更加全面的监
测仪,能够对于所处环境状况做出更多方面的评估。
2系统设计
2.1系统综述
经过对研究背景中提到的问题的仔细分析后,设计了如图1所示的单片机及遥
控系统。
该系统由两部分组成:接收端与监测端。接收端的核心模块为接收端单片机,
接收端还包含按键、数码管、蜂鸣器,分别用于控制及报警。监测端的核心模块为
监测端单片机,监测端还包含传感器(集成AD模块)。接收端与监测端通过红外
通讯设备进行数据的传输,实现了远程控制。
2.2接收端设计
2.2.1单片机。经过对问题的分析和对不同产品的筛选,我们采用ATMEL公司
的ATMega16作为接收端单片机,其指令集先进,高数据吞吐率,并且还具有成本
低、功耗低的特点,完全满足本系统的性能要求。单片机在接收端所实现的主要功
能有接收按键模块发来的控制信号、接收红外通信设备发来的测量数据、对测量数
据进行分析与处理、向蜂鸣器与数码管发送显示与报警信号。此外,单片机还承担
着存储报警阈值数据、存储红外编码信息等任务。ATMega16的引脚配置如图2所
示:
2.2.2按键模块。接收端按键模块化,将四个按键集成到一块电路板上,并加
入滤波电容实现防抖。按键模块在接收端所实现的功能为人机交互。使用者通过按
键来改变报警阈值,按键模块将响应信号发给单片机进行进一步处理。
2.2.3数码管模块。在数码管的选择上,采用了MAX7219作为本系统使用的模
块。MAX7219是一种集成化的串行输入/输出共阴极显示驱动器,它拥有指令简单、
驱动方便、亮度可调以及方便级联等优点。接收端数码管用于显示由单片机传输来
的当前浓度数之和用户自定义的报警阈值。
2.2.4蜂鸣器模块。蜂鸣器是一种采用直流电压供电的发声装置,在本系统内
加入了控制引脚,其主要用途为声音报警。
2.3监测端设计
2.3.1单片机。监测端同样选择了ATMega16作为单片机。单片机在监测端所
实现的主要功能有接收传感器模块发来的数据信号并对其进行处理、将处理后的数
据编码,发给红外传输设备,同样,在监测端的单片机内也存储着红外编码信息。
2.3.2傳感器。根据系统功能要求,监测端的传感器有两种,用于检测粉尘浓
度的传感器以及用于检测环境温湿度的传感器。我们选用了夏普公司的
GP2Y1051AU0F粉尘浓度传感器。这款传感器相比于上一版本1010AU0F,不但在
精度和耐用性方面进行了优化,而且不需要搭建外围电路,数据的传输也可以用
USART完成,因此我们决定选用这一款传感器。
而在温湿度传方面,我们选用了精度高、工作条件广泛的DHT22作为本系统
使用的温湿度传感器。
这两个传感器都自带模数转换模块,并且出厂时都经过了校正,因此由这两个
模块得到的数据是基本可靠,符合本系统设计要求的。
2.4红外通信模块设计
红外通信模块的目的是实现接收端与监测端之间的信号传输,从而实现人机隔
离及远程操控。我们选择了NEC红外模块通讯对,该模块集成编解码系统及调制
系统,传输可靠、运行稳定,与单片机之间只需要USART进行通讯就可以实现数
据传输,减少了对单片机资源的占用。
3工作原理
3.1工作原理综述
整个系统
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