关于气体质量监测仪的设计与研究

王海传 陈雨辰 谭熙 杨金兰 付瑶

摘要：Blue sky质量监测仪器采取了新型高新技术，配以个性化定制，严格按照国内环境监测标准，创造出一款专门为国内中小型企业进行空气中粉尘等有害物质监测的机器。此机器操作便捷，测量结果准确性高，质量稳固。最主要的功能是能有效的监测空气中的粉尘浓度指标，从而时刻提醒企业的环境卫生情况。这款监测仪器能有效解决当前空气监测产品存在的诸多问题。现如今，在我国空气污染问题越发严重，国家越来越提倡并执行环境保护政策的当前背景下，我们不仅希望能为国内消费者提供物美价廉的优良监测仪器，而且希望能在一定程度上减少国内监测仪市场对国外产品的依赖。

关键词：空气污染;监测仪;节能;中小企业

中图分类号：X84 文献标识码：A 文章编号：1672-9129（2020）08-0069-01

国家乃至世界越来越关注于气候、环境的保护。自习近平主席上台以来，对于空气质量治理、环境保护等出台了很多政策，并推出“金山银山，不如绿水青山”的口号，可见国家对于空气质量和环境的治理工作的决心;2015年柴静调查的纪录片《穹顶之下》，一时间引发了人们对于空气污染等问题深思;而近几年来，“雾霾”这个词频频出现在我们的视野前，不断有城市报告出现雾霾严重报告，出行受阻等现象。不仅仅是我们国家，世界上类似于哥本哈根气候大会，针对于近年来出现的温室气体排放导致气候变暖，冰川融化，海平面上升等问题，一直在寻求解决的办法。由此可以看出，空气排放质量的检测对于我们人类、地球来说是否为合标准的排放显得尤为重要，所以我们团队推出“Blue Sky”计划，利用CB051F005单片机制作粉尘传感器检测空气中排放的粉尘粒子中直径达到1mm以上的含量，经过系统识别、计算，从而得出排放气体是否符合排放标准，判断是否需要对排放气体进行二次处理或者限制排放等措施。

1 软硬件技术结合

通过C8051F005單片机作为灰尘传感器，采用粒子计数原理，可检测直径1μm以上的粒子，内置加热器可自动吸入待测空气。其采用PWM脉宽调制输出，当有粒子时，输出0.7V左右的低电平;待测空气洁净时输出4.5V左右的高电平。

质量监测仪的软件系统包括：初始化程序、数据采集程序和显示程序。初始化程序包括单片机AT89C51的初始化和DSM501的初始化，然后等待中断。中断程序包括数据采集、处理和显示三部分。数据采集采用数字滤波方法，连续采样30次，去掉5个最大值和5个最小值，求剩下的20个采样结果的平均值，并将之作为结果数据，而后比照特性曲线将其换算成粒子浓度。显示软件将这个结果转换成十进制，送至液晶显示屏显示。

测试仪的发射装置和接受装置都安装在烟道的两侧法兰，激光穿过充满烟尘的烟道，照射到安装在烟道另一侧接收装置的探测器，测试仪采集探测器的信号，通过计算转换成粉尘浓度，测量结果以4-20mA的电流信号送出，测试仪保存数据在片上的Flash中，也传达到PC机里做记录和分析浓度。由于烟道的环境比较恶劣，空气清吹装置保持镜头的清洁度。

终端结构设计：测量系统信号的处理由两部分完成，模拟信号和数字信号，数字信号由计算机处理，计算机以前的信号都为模拟信号，其中A/D转换是关键环节，其作用是将模拟量转换为数字信号以适应计算机工作。

测量结果由计算机通过接口电路送给输出设备，输出设备采用液晶显示，使用D/A转换器把计算机输出的数字量恢复成模拟量，通过记录仪显示，记录，这样可将数字量直接送到显示终端绘制波形。

单片机控制系统实时报警：

通过单片机控制器与灰尘传感器构成数字量采集系统，完成数据的采集、转换和显示，即可实现以下功能：随时设定报警阀值;实时、快速检测空气中可吸入肺颗粒物的浓度，即PM2.5浓度;当PM2.5浓度超出报警阀值时发出声、光报警。

2 特色创新点

（1）项目主要研究的是采用粒子计数原理满足测量精度、可靠获取粉尘浓度的在线监测系统的开发。

（2）该项目通过单片机控制器与灰尘传感器构成数字量采集系统，完成数据的采集、转换和显示，实现随时设定报警阀值;实时、快速检测空气中可吸入肺颗粒物的浓度等多项功能。

（3）该项目对各个监测对象逐一标定，同时给出粉尘浓度变化和粒度变化，实时连续监测不同浓度大小粉尘，安装、操作简单，功能齐全。

（4）项目启动资金充足，有大量企业家的支持。

（5）国家政策的全力支持与国际必然趋势。

（6）技术水平和产品模式的先进性、创新性、独特性，具有相当的市场竞争优势。

参考文献：

[1]肖骁，戈文祺.电气传动系统中单片机技术的应用解析[J].中国标准化，2017.

[2]刘婷.传感器设计中应用单片机技术的分析[J]码设计，2017，6（09）：85.

[3]王卫东.模拟电子技术基础[第三版].电子工业出版社.

[4]王卫东.现代模拟集成电路原理及应用.北京：电子工业出版社，2008.  [2] 李耀华. 静电感应技术在航空发动机气路状态监  测上的应用研究[D]. 南京：南京航空航天大学，2011

[3] 夏卿，左洪福，李绍成等. 航空发动机尾气的FTIR被动遥感[J]. 光谱学与光谱分析，2009，29（3）：616-619

[4] 王广侃. 基于静电感应的航空发动机健康监测技术研究[D]. 南京：南京航空航天大学，2018

[5] 付宇，殷逸冰，左洪福. 航空发动机尾气静电监测及其信号特性分析[J]. 仪表仪器学报，2018，39（2）：160-168

[6] 马敏，周苗苗，李新建. 基于ECT技术的航空发动机尾气监测系统设计[J]. 传感器与微系统，2015，34（5）：88-91

[7] 马敏，侯敏，刘鹏飞. 航空发动机气路监测系统复合传感器优化设计[J]. 计算机仿真，2014，31（2）：144-148

[8] Li X，Ren H，Zhou Q，et al. Application of digital speckle correlation method for examining deformation behavior of moso bamboo（phyllostachys pubescens）[J]. Journal of Tropical Forest Science，2013：317-324

[9] 中国民航大学. 一种航空发动机尾气离子流场监测方法：中国，201602831704[P]，2018-02-27

[10] 马凯. 航空发动机尾气流场散斑测量立体匹配方法研究[D]. 天津：中国民航大学，2018

作者简介：王志军（1992-），男，汉族，助教，硕士，图像处理，空中领航。

肖欢畅，男，1982年2月，汉族，重庆，讲师，硕士，现代导航技术与方法。