摘 要

近年来雾霾天气的持续出现，使得人们对于空气质量越来越重视。雾霾中主要成分为直径小于等于2.5微米的细小颗粒，又称PM2.5。PM2.5对人体危害较大，因为直径小，可以被人体吸进肺的深部，当其携带致病因子时，就会对人体造成危害。

本论文基于STC89C52单片机设计一款便携式粉尘检测器，能够实时监测空气中PM2.5的含量，使人们时刻了解空气质量，作出相应的应对措施。采用光散射法进行粉尘的检测，具有速度快、精度高的优点，是现在粉尘检测的主流方法。该系统应用3.7V锂电池供电，由升压模块升压至5V给单片机供电，采用单独模块给锂电池充电，方便简洁。

关键字：粉尘传感器；单片机；PM2.5

Abstract

In recent years, the continuous emergence of fog and haze, making people more and more attention to the quality of air. The main component of the haze is less than 2.5 microns in diameter and small particles, also known as PM2.5. PM2.5 to human body harm is bigger, because of small diameter, can be in the deep part of the human body breathe in the lung, when the carrying virulence factors will on the human body harm.

A portable dust detector based on STC89C52 microcontroller is introduced in these paper, can real-time monitoring of PM2.5 content in the air, so that people always understand the air quality, and make corresponding measures. Light scattering method is used to detect dust, which has the advantages of high speed and high precision. It is the main method of dust detection. The system uses 3.7V lithium battery power supply, by the boost module to 5V to the microcontroller to power supply, the use of a separate module to charge the lithium battery, convenient and simple.

Key words: dust sensor;single chip microcomputer; PM2.5

目 录

第1章 绪 论 1

1.1便携式粉尘检测器的概述 1

1.2粉尘检测器的国内外研究现状 1

1.3本课题选题意义和论文主要内容 2

第2章 粉尘检测器总体设计 4

2.1 理论基础 4

2.2 系统设计方案 4

2.3模块设计方案 5

第3章 粉尘检测器的器件选型 7

3.1主控芯片 7

3.1.1概述 7

3.1.2单片机选型 7

3.1.3 STC89C52 8

3.2粉尘传感器 9

3.2.1概述 9

3.2.2粉尘传感器的选型 9

3.2.3夏普第二代粉尘传感器 9

3.3显示模块 10

3.3.1概述 10

3.3.2显示屏的选型 11

3.3.5诺基亚5110显示模块 11

3.4升压芯片 11

3.4.1升压芯片的选型 11

3.4.2 MC34063A芯片 12

3.5锂电池充电模块 12

3.6本章小结 12

第4章 系统的搭建与测试 14

4.1 实验平台的搭建 14

4.1.1硬件部分 14

4.1.2软件部分 17

4.2粉尘检测器系统的测试 19

4.2.1硬件测试 19

4.2.2软件测试 19

4.2.3数据准确性分析 19

4.3本章小结 21

第5章 总结与展望 22

5.1总结 22

5.2展望 22

参考文献 23

致谢 25

第1章 绪 论

1.1便携式粉尘检测器的概述

空气是人类赖以生存的重要物质资源之一，是一切生命过程得以正常进行的生理要素。为了保证人体的身体健康，空气质量的好坏有着非常重要的意义。悬浮颗粒物是评定大气质量的重要指标之一，最常见的悬浮颗粒为PM10和PM2.5。PM10是直径大于2.5微米小于10微米的颗粒，在呼吸过程中，此种颗粒物能够被鼻腔阻挡或被呼吸道粘膜吸附，一般情况下不会被吸入肺的深部，它对人体的危害较小。而PM2.5是直径小于2.5微米的颗粒，能够直接进入人体肺部，并且很难被呼出，如果其携带对人体有害的化学成分，那么对人体的健康会造成很大威胁，在肺部的过量沉积容易导致肺泡纤维化以及心血管疾病。因此对空气中PM2.5含量的检测就显得尤为重要。人们如果能实时知道自身周围的空气质量，就可以积极的采取相应的措施，保护自己的健康。

传统的粉尘检测器，体积大、操作复杂，不适合在人群中的推广普及，人们只能从网上等渠道关注空气质量，这样人们往往不能准确地知道自身周围的空气质量，也就无法及时的采取应对措施。因此，便携式的粉尘检测器应运而生。它能够随身携带，由传感器随时监测PM2.5的含量，经由显示屏显示出此时的动态数据，人们能够看到PM2.5的具体含量以及空气质量等级。

1.2粉尘检测器的国内外研究现状

在一些发达国家，已经建立起了相对完善的空气监测制度，能够有效地监测空气质量并进行控制。在2010年底，美国和欧盟等主要发达国家都把空气质量检测标准中增加了PM2.5检测这一项。于同年，美国国家航天局（NSSA）公布了一张可以显示全球空气质量的检测图，能够观测到世界各地粉尘浓度的状况分布。发展至今，发达国家对于微尘颗粒的检测技术已经十分成熟，但是在我国却仍处于迅速发展阶段。我国的PM2.5检测系统基本建成，采用了光散射法、β射线检测、震荡天平法等技术：

光散射法，是采用激光器发射出的单色激光，照射表面凹凸不平的颗粒物进而产生散射光。在所观测的颗粒物性质单一的时候，粉尘浓度与在一定角度观测到的散射光强度成线性关系。经过光接收机得到的散射光光强度，采用质量浓度转换系数K值，就可以求得空气中的颗粒物质量浓度。

β射线粉尘检测技术的原理是通过β源发射恒定强度的β光线照射粒子, β射线会在介质中与电子相互碰撞，一部分能量会被吸收^[1]。在能量较低时, β射线穿越介质损失的能量与粉尘质量浓度呈现正比例关系，与粉尘粒子的成分、粒度及分散状态等等无关，因此打破了很多局限性。β射线首先经过干净的无尘滤纸，再经过采样滤纸，根据2次β射线被吸收能量的多少，来求取环境中的粉尘浓度。