粉尘颗粒检测仪研制

薛瑞麒 张新建 李痛快 韩坚洁

PM2.5 粒径比较小，但却含有大量对人体有害的物质，人类长期处在这种环境中会严重危害人体健康。对于环境中可吸入粉尘的检测，对于防治PM2.5 的污染具有很重要的作用。

设计一种操作简单，容易上手的大众版粉尘颗粒检测仪。它由AT89C52 单片机和GP2Y1010AU0F 光学空气质量传感器组成，将当前空气中粉尘浓度显示在液晶显示器上，作为空气中可吸入粉尘颗粒物的检测设备使用。

2013 年，全国科学技术名词审定委员会将PM2.5命名为细颗粒物。

PM2.5 是指大气中含有的直径小于或等于2.5μm的颗粒物，也被称为可入肺颗粒物。其直径非常小，以至于还不到人的头发丝粗细的1/20。尽管PM2.5 只是地球大气中含量很少的部分，但它对空气质量的危害和环境能见度的影响却不可忽视。与其他大气颗粒物相比较，PM2.5 的直径相对更小，含有对人体有危害的物质相对更多，并且在大气中的停留时间也比其他颗粒物更长、传播距离更远，造成大范围的大气污染。PM2.5 通过呼吸道进入肺泡，损害人体健康，引发很多疾病，对人体的危害不容小视。PM2.5 的影响对环境和对人体健康的危害程度远远大于其他空气粉尘。PM2.5 的这个检测标准最早是由美国人提出来的，主要是为了检验工业而提出这个数值的，而现在PM2.5 指数已经是空气污染一个重要的参数了，现在PM2.5 写入”国标”，纳入各省市强制监测范畴，要求随时对其进行检测。

随着社会的进步，工业化水平的提高，科技为人类生活和工作带来了很多便利。然而人们在享方便生活和工作的同时，不得不面对我们对自然的不合理开发，对自然环境造成的严重污染，使生存环境越来越差的现实。所以人类必须采取相应措施，合理利用开发自然资源，与大自然和睦相处，才能继续更好的生活。进入21 世纪以来，环境问题就越来越严重，而这与人们对生活质量要求的提高形成了矛盾，因此关注和重视环境的保护问题已经慢慢步入了所有人的关注范畴。人类要治理好环境问题，必须要对造成环境问题的原因有深刻的了解，并对症下药，才能达到出其不意的结果。所以市面上出现了各种各样的空气质量测试仪。

总体设计

PM2.5 粉尘颗粒检测仪总体设计

粉尘检测仪的处理部分选用AT89C52 单片机，周围环境空气检测系统选用GP2Y1010AU0F 光学空气质量传感器，GP2Y1010AU0F 光学空气质量传感器根据当前环境中PM2.5 含量的比例输出模拟电压信号，该信号经过A/D 转换器转换后，由单片机AT89C52 进行数据的分析、转换，并显示在液晶屏上。机器运行前设定报警阈值，当周围环境中的PM2.5 的含量浓度超过人为设定的报警阈值是，发出声光报警；对周围环境中的饿可吸入肺颗粒物浓度进行快速的检测。

软件设计

PM2.5 粉尘颗粒检测仪的软件部分包括：系统初始化部分、数据采集分析部分和显示程序。初始化程序包括对单片机AT89C52 的初始化和GP2Y1010AU0F光学空气质量传感器的初始化。对当前环境中的可吸入肺颗粒物的浓度进行采集、分析，并将其数据作为结果，之后与开始时手动输入的报警阈值进行比较。通过显示程序将结果转换成十进制，输送到显示屏，最终在液晶显示器上显示出当前环境的PM2.5 浓度。程序流程如图2 所示。

图1 系统结构图

图2 程序主流程图

硬件设计

传感器

GP2Y1010AU0F 是一款光学空气质量传感器，设计用来感应空气中的尘埃粒子，由红外发光二极管和广电晶体管及放大电路组成。侧面安装型。它通过光学的反射原理可以检测到空气中的尘埃，特别是它能有效的检测非常微细的颗粒，如香烟烟雾。此外，它可以区分屋内烟尘。适用于空气净化器，空调，空气监测等。输出脉冲模式的电压信号。

A/D 转换器

由于测量的粉尘并不要求高速，所以选择低速，高精度的A/D 转换器。对采集到的模拟数据进行A/D 转换，转换成处理单元能够识别处理的数字量。

单片机

采用AT89C52 单片机，对数据采集、计算和处理当前浓度数据结果。当环境中的PM2.5 的浓度超过报警阈值时，报警器产生声光报警，在显示屏上显示当前PM2.5 浓度值。

操作键

设备一共有三个操作键（加，减，复原），进行检测PM2.5 浓度的报警界限的设置。

报警器

声光报警单元由发光二极管和蜂鸣器组成。当测量气体达到报警阈值时，二极管发亮，蜂鸣器鸣响。

结束语

本次设计的PM2.5 粉尘颗粒检测仪主要适用于家庭，办公室等小场合的室内环境中粉尘含量的测定。此检测仪价格低廉，操作简单明了，数据显示一目了然，并可自主设定报警阈值。