在现代社会中，世界上存在着诸多污染，例如噪声污染、光污染、固体废弃物污染、水污染以及大气污染。现在人们经常遇到且提及的“雾霾”就是大气污染的其中一种。早在1997年，美国就制定了标准，PM2.5如果超40就危害健康，而中国是2011年制定的标准。2013年，“雾霾”当选年度关键词。有报告^[1]显示，中国最大的500个城市中，只有不到1%的城市达到世界卫生组织推荐的空气质量标准，与此同时，世界上污染最严重的10个城市有7个在中国。我国于1982年首次发布《大气环境质量标准》(GB3095-82),随后在1996年、2000年和2012年进行了三次修订。现在执行的《环境空气质量标准》(GB3095-1996)发布于1999年,该标准只针对可吸入颗粒物的质量浓度设了限值，没有将细颗粒物作为监测项目。2012年2月29日,环境保护部公布了新修订的《环境空气质量标准》(GB3095-2012)^[2],调整了坏境空气功能区分类，将三类区并入二类区；增设了颗粒物(粒径≤2.5pm)浓度限值和臭氧8h平均浓度限值;调整了颗粒物(粒径≤10um)、二氧化氮、铅和苯并(a)芘等的浓度限值；调整了数据统计的有效性规定。与新标准同步还实施了《环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)》(HJ633-2012)。

在科技发达的今日，我们有能力且应该对PM2.5进行检测与预防，以改善空气质量，提高人们的生活水平。

目前，国内外针对PM2.5问题都制定了较为完备的检测、预防与治理方案，同时开发出了许多相关设备。例如便携式PM2.5检测仪、室内空气净化器等。这些检测仪器进行信号采集的同时对信号进行分析运算，最后以数字方式展示出来，便于人们获取相关数据信息。

目前,各国环保部门广泛采用的PM2.5测定方法有四种:β射线吸收法、微量振荡天平法、重量法和光散射法。

①β射线吸收法：将PM2.5收集到滤纸上，然后照射一束贝塔射线，射线穿越颗粒物时被衰减，衰减的程度与颗粒物的重量成正比，根据射线的衰减就可以计算出PM2.5的重量。优点：准确度高，传感器信号和颗粒物质量关联度高。缺点：响应速度慢，通常只用它的小时平均值。

②微量震荡天平法：一头粗一头细的空心玻璃管，粗头固定，细头装有滤芯。空气从粗头进，细头出，PM2.5就被截留在滤芯上。在电场的作用下，细头以一定频率振荡，该频率和细头重量的平方根成反比。于是，根据振荡频率的变化，就可以算出收集到的PM2.5的重量。优点：准确，灵敏度高，适应范围广，可连续监测。缺点：体积大，价格昂贵。

③称重法：将PM2.5直接截留在滤膜上，然后用天平称重。还有就是滤膜并不能把所有的PM2.5都收集到，一些极细小的颗粒还是能穿过滤膜。只要滤膜对于0.3微米以上的颗粒有大于99%的截留效率，就算是合格的。损失部分极细小的颗粒物对结果影响并不大，因为那部分颗粒对PM2.5的重量贡献很小。优点：国标方法，最直接最可靠，是验证其他方法是否准确的标杆。缺点：不能显示瞬时值，只能显示平均值。

④光散射法：当光照射在空气中悬浮颗粒物上时，会产生散射光，散射光的强度与其质量浓度成正比。通过测量散射光强度，应用质量浓度转换系数，得出颗粒物浓度值。优点：检测速度快，体积小，便于携带，适合公共场所的颗粒物浓度测量。缺点：不确定性高于其他方法。

在国外有各种测量PM2.5的仪器，例如：Filte、Spotmeter、DLPI和ELPI等。由于此次设计的测试仪的服务对象是个人和家庭，要求仪器具有速度快，体积小，价格便宜的特点，国外的上述仪器或无法实时测量，或设备巨大价格昂贵，或操作复杂，不适合用于个人和家庭，因此选采用光散射法的GP2Y1014AU粉尘传感器作为核心仪器。

GP2Y1014AU粉尘传感器是以发光二级管为光源，采用前向光散射原理设计，具有国际先进水平的最新型粉尘仪。该仪器适用于公共场所可吸入颗粒物浓度的快速测定以及环境保护，劳动卫生等方面粉尘浓度检测、工矿企业生产现场粉尘浓度的监测。该传感器具有功耗低，灵敏度高的特点，适合用于便携式PM2.5测试仪设计。

研究内容：包括对身边的空气质量及温湿度进行检测，方便个人和家庭以较低的成本获取周围环境的质量信息，以便及时应对。

目标：实现对周围环境PM2.5浓度的测量和温湿度的高精度测量（±0.8℃和±5%RH）。

本设计采用由STC89C52单片机最小系统、GP2Y1014AU粉尘传感器、ADC0832模数转换器模块、LCD1602液晶模块、电源模块、温湿度传感器SHT11、蜂鸣器报警模块和按键模块模块组成。单片机实时通过ADC0832转换芯片采集GP2Y1014AU粉尘传感器的粉尘的浓度，通过单片机的数据转换处理后在液晶屏上显示空气中的质量，当测量空间中的粉尘浓度大于设置粉尘浓度时，蜂鸣器和发光二极管发出声光报警。

图2 系统总体结构框图

粉尘传感器，主要检测烟雾与粉尘，采集信号后通过单片机控制对应的声光报警。通过LCD显示屏显示当前粉尘值。该传感器具有非常低的电流消耗(最大20mA,典型值11mA),可使用高达7VDC，灵敏度为0.5V/（0.1mg/m³）。该传感器输出为模拟电压,其值与粉尘浓度成正比，可测量0.8μm以上的微小粒子。满足精度要求。

SHT11温湿度传感器，主要检测空气温度与湿度，采集信号后通过单片机控制对应小灯的亮灭。通过LCD显示屏显示当前温湿度值。该传感器精度为±0.4℃和±3%RH，满足设计要求。

硬件部分:包括传感器的选择，显示模块的选择，粉尘信号转换电路的设计，报警驱动电路的设计。

软件部分:包括用C语言、C 完成程序的编写和原理图的绘制。

系统的综合调试与分析:在软硬件完成以后，要对系统进行综合的测试与实验，分析系统的可靠性与实用性，调整系统的不足。

在现代社会中，世界上存在着诸多污染，例如噪声污染、光污染、固体废弃物污染、水污染以及大气污染。现在人们经常遇到且提及的“雾霾”就是大气污染的其中一种。早在1997年，美国就制定了标准，PM2.5如果超40就危害健康，而中国是2011年制定的标准。2013年，“雾霾”当选年度关键词。有报告^[1]显示，中国最大的500个城市中，只有不到1%的城市达到世界卫生组织推荐的空气质量标准，与此同时，世界上污染最严重的10个城市有7个在中国。我国于1982年首次发布《大气环境质量标准》(GB3095-82),随后在1996年、2000年和2012年进行了三次修订。现在执行的《环境空气质量标准》(GB3095-1996)发布于1999年,该标准只针对可吸入颗粒物的质量浓度设了限值，没有将细颗粒物作为监测项目。2012年2月29日,环境保护部公布了新修订的《环境空气质量标准》(GB3095-2012)^[2],调整了坏境空气功能区分类，将三类区并入二类区；增设了颗粒物(粒径≤2.5pm)浓度限值和臭氧8h平均浓度限值;调整了颗粒物(粒径≤10um)、二氧化氮、铅和苯并(a)芘等的浓度限值；调整了数据统计的有效性规定。与新标准同步还实施了《环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)》(HJ633-2012)。

在科技发达的今日，我们有能力且应该对PM2.5进行检测与预防，以改善空气质量，提高人们的生活水平。