基于单片机的温湿度PM2.5检测仪

南海城 唐雅媛 潘学文

摘要：为让人们了解到空气质量，该设计利用单片机、温湿度传感器和PM2.5检测模块构成的检测仪，可将空气中温湿度、PM2.5浓度数据实时采集。检测仪分为温湿度检测与PM2.5检测两大部分，采用温湿度传感器DHT11检测空气中的温湿度参数，采用粉尘检测传感器GP2Y1010AU0F测量空气中的PM2.5浓度，然后将收集到的信号经过A/D转换为单片机可辨别的信号，最后在液晶显示屏上显示出数据，从而用来监测PM2.5的含量。

关键词：温湿度传感器;粉尘传感器;单片机;空气质量

中图分类号：TN911-4;G434        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）08-0208-02

Abstract： In this paper，ZigBee AD hoc network technology is used to build a wireless sensor network for information exchange to achieve intelligent home environment monitoring. The system hardware is based on the CC2530 development board and the wireless sensor network is built through ZigBee coordinator， routing nodes and network nodes， multiple sensor nodes for data acquisition， and the acquisition of the signal amplification， A/D conversion and other processing， to achieve A close distance between the nodes of wireless communication. The user terminal uses the upper computer to write the software code and realize the real-time display of data. The system has the advantages of low power consumption， low cost， convenient installation， compact and beautiful and is suitable for the real-time monitoring of environmental data in the user's residence.

Key words： temperature and humidity sensor; dust sensor; single chip microcomputer; air quality

随着我国经济的高速发展，人民生活水平的提高，越来越多人注重空气品质状况等环境问题及所带来的影响。人每天都要呼吸空气的，当然是希望空气质量更高才好。空气质量检测有很多方法，包含装修污染、室内空气检查与测量、作业场所有害物质检测、工厂油烟检测、锅炉大气以及工业窑炉检验测试及工厂排出的工业废气检测等等[1-2]。

本设计基于单片机、温湿度传感器、PM2.5检测模块，检测室内空气中的温度、湿度、粉尘浓度三项数值。当检测到数值超过设置的范围后蜂鸣器会发出报警声，可以更好地进行室内空气质量的评估，为人类营造一个良好健康的呼吸环境[3-4]。

1 设计总体方案

设计涉及主硬件为：STC89C52RC单片机，DHT11温湿度传感器，粉尘传感器GP2Y1010AU0F，蜂鸣器报警电路按键设置电路以及超标指示显示模块组成。系统方框图如图1所示。

STC89C52RC是STC公司研发的一种低功耗、高性能的CMOS8位微控制器。STC89C52使用的是经典的MCS-51内核，由于进行了大量的改进使得芯片具有传统51单片机不拥有的功能。在单芯片上，具有灵活的8 位CPU 和在系统能够编程Flash，让STC89C52为大部分嵌入式控制应用系统提供非常灵便、超级有效的解决办法。温湿度传感器DHT11集成数字湿度与温度一体，运用湿温度传感技术与数字模块采集技术，能够确定产物具备很高的可靠性与突出的长期稳定性。夏普光学粉尘传感器（GP2Y1010AU0F）在检验非常微小的颗粒，如香烟烟雾等，效率是非常高的，而且是经常使用的空气净化器系统。LCD1602A 是一种工业字符型液晶，可以同时展示出16x02 即32个字符。

2 硬件电路设计

2.1 单片机最小控制系统

STC89C52是一种功率消耗低、性能很高的CMOS8位微控制器，具备 8K 在系统能编程Flash 存储器。最小系统包含单片机以及它需要的必备的电源、时钟、复位等等部件，可以让单片机一直处于正常的工作状态。用STC89C52单片搭建成最小应用系统的同时，只要将单片机连接上时钟电路和复位电路就行了，其原理框图如图2所示。

2.2 温湿度传感器

将温湿度传感器DHT11与单片机STC89C52进行连接，用单片机的P2.0口进行串行数据发收，并连接至传感器的Pin2口。由于检测范围的影响，需要接5K上拉电阻至电源端。传感器的第三脚悬浮放置，且传感器电源端口Pin4与Pin1各自接在单片机的GND和VDD端。DHT11传感器的原理电路图如图3所示。

2.3 pm2.5检测模块

粉尘传感器GP2Y1010AU0F用来检测空气中的PM2.5浓度，运用光敏的原理来进行检测。传感器正中央有个孔能够流过自由的空气，指定发出led光，经过检验空气中的粉尘折射之后光线去判别灰尘含量的数值，其实物图如图4所示。

硬件电路还有A/D转换電路、 灯光报警电路、声音报警电路、液晶显示电路和按键电路。整个检测仪以单片机STC89C52作为控制核心，通过从上至下的分层次化设计思想，把整个系统按照功能模块划分成多个单独的电路模型，对每个电路模型独立进行设计，最后将所有模块电路集成到一起形成整个检测仪，其整体原理电路如图5所示。

3 软件设计

根据硬件结构和系统工作原理综合得到系统工作程序流程图如6所示。连接好usb电源线后，按下电源开关键设备将会进行初始化。中断系统和液晶初始化好后会进入while循环，来判断温湿度转换标志位是否为1，为1后将开始读取温湿度数值，然后再在液晶显示屏上显示出来;之后继续循环判断温湿度是否超过设定好的范围数值，当超过设置的范围后，对应的指示灯将会亮，这是温湿度部分;粉尘检测部分通过AD转换读取ADC0832数据来读取粉尘的浓度值，之后判断粉尘浓度是否超过设定好的范围数值，超出后对应的指示灯将点亮;经过单片机的处理，所有的指示灯亮的同时，蜂鸣器在报警电路的作用下发出报警声。

4 结论

对设计实物进行了通电测试，经过不断改进与调试，得到了按键、显示屏以及指示灯的功能测试结果，基本功能都能够实现。本设计所做的检测仪体积小，功耗低，操作简单，可实时了解室内空气质量，合适用于室内空气环境检测或医疗安康保健。

参考文献：

[1] 薛荣坤.基于单片机的PM2.5浓度检测仪的设计[J].电脑知识与技术，2020，16（14）：256-257.

[2] 李超.车内环境PM2.5检测与净化应用研究[D].长春：吉林大学，2019.

[3] 何金凤. PM2.5多功能检测仪的设计与开发[J].工业技术与职业教育，2019，17（3）：10-13，19.

[4] 张艳艳.PM2.5检测技术研究进展[J].传感器世界，2019，25（3）：13-16.

【通联编辑：代影】