基于51單片機的pm2.5空氣質量監(jiān)測儀仿真設計

51單片機pm2.5監(jiān)測儀仿真設計( proteus仿真+程序+報告+講解視頻）

仿真圖proteus 7.8及以上

程序編譯器：keil 4/keil 5

編程語言：C語言

設計編號：S0032

主要功能：

1.設計要求

采用51單片機作為核心控制器，檢測pm2.5濃度。

簡要設計內容：

1、pm2.5的檢測與顯示；

2、當pm2.5>100時報警；

3、其他創(chuàng)新內容

具體功能：

1.通過ADC0832檢測pm2.5的值，仿真通過滑動變阻器改變PM2.5數(shù)值。

2.LCD1602第一行顯示PM2.5實時檢測值，第二行顯示報警值。

3.默認當pm2.5>100時蜂鳴器報警。

4.可以通過按鍵設置pm2.5的報警值。

以下為本設計資料展示圖：

講解演示視頻

仿真

開始仿真

1.通過ADC0832檢測pm2.5的值，仿真通過滑動變阻器改變PM2.5數(shù)值。

2.LCD1602第一行顯示PM2.5實時檢測值，第二行顯示報警值。

3.默認當pm2.5>100時蜂鳴器報警。

4.可以通過按鍵設置pm2.5的報警值。

程序

#include <reg52.h>
#include <intrins.h>
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char //宏定義
sbit RS=P1^6;//液晶接口
sbit EN=P1^7;

sbit LED = P2^0;//粉塵傳感器控制接口

sbit ADCS = P3^7;//AD0832接口
sbit ADCLK =P3^5;
sbit ADDI = P3^6;
sbit ADDO = P3^6;		  

sbit SET= P1^1;//按鍵接口
sbit ADD= P1^2;
sbit DEC= P1^3;

sbit BEEP=P2^1;//蜂鳴器接口

uchar set_st;
uchar tab[5];
uint DUST_SET=100; //固體顆粒的閾值

//bit shanshuo_st; //閃爍間隔標志
bit beep_st; //蜂鳴器間隔標志
uchar x=4; //計數(shù)器
//定義標識
uchar FlagStart = 0;
float DUST_Value;
uint DUST;
uchar num=0;
uchar mm;
uchar abc;
uchar ADC_Get[10]={0}; //定義AD采樣數(shù)組
uchar str[5]={0};

/*****初始化定時器0*****/
void InitTimer(void)
{
	TMOD = 0x01;
	TL0 = (65536-10000)/256; //定時10ms
	TH0 = (65536-10000)%256;
	TR0 = 1;
	ET0 = 1;
	EA = 1;
}
/*************************lcd1602程序**************************/
void delay1ms(uint ms)//延時1毫秒
{ 
    uint i,j;
	for(i=0;i<ms;i++)
	for(j=0;j<100;j++);
}

void wr_com(uchar com)//寫指令//
{ 
    delay1ms(1);
	RS=0;
//	RW=0;
	EN=0;
	P0=com;
	delay1ms(1);
	EN=1;
	delay1ms(1);
	EN=0;
}
void wr_dat(uchar dat)//寫數(shù)據(jù)//
{ 
    delay1ms(1);;
	RS=1;
//	RW=0;
	EN=0;
	P0=dat;
	delay1ms(1);
	EN=1;
	delay1ms(1);
	EN=0;
}
/*****************************液晶初始化
*********************************************/
void lcd_init()//初始化設置//
{ 
	delay1ms(15);
	wr_com(0x38);
	delay1ms(5);
	wr_com(0x01);
	delay1ms(5);
	wr_com(0x06);
	delay1ms(5);
	wr_com(0x0c);
	delay1ms(5);

	wr_com(0x80);
	wr_dat('P');//
	wr_com(0x81);
	wr_dat('M');//:
	wr_com(0x82);
	wr_dat('2');//
	wr_com(0x83);
	wr_dat('.');//:
	wr_com(0x84);
	wr_dat('5');//:
	wr_com(0x85);
	wr_dat(':');


	wr_com(0x8b);
	wr_dat('u');
	wr_com(0x8c);
	wr_dat('g');
	wr_com(0x8d);
	wr_dat('/');
	wr_com(0x8e);
	wr_dat('m');
	wr_com(0x8f);
	wr_dat('3');
	


/

	wr_com(0xc0);
	wr_dat('A');
	wr_com(0xc1);
	wr_dat('l');
	wr_com(0xc2);
	wr_dat('a');
	wr_com(0xc3);
	wr_dat('r');
	wr_com(0xc4);
	wr_dat('m');
	wr_com(0xc5);
	wr_dat(':');

	wr_com(0xcb);
	wr_dat('u');
	wr_com(0xcc);
	wr_dat('g');
	wr_com(0xcd);
	wr_dat('/');
	wr_com(0xce);
	wr_dat('m');
	wr_com(0xcf);
	wr_dat('3');
}
/*****************顯示函數(shù)******************************/
void disp(unsigned int Data)//PM2.5值顯示
{
	uint Temp;
	Temp=Data%10000;
	str[0]=' ';//Temp/1000+0x30; //千位
	Temp%=1000;
	str[1]=' ';
	str[2]=Temp/100+0x30; //百位
	Temp%=100;
	str[3]=Temp/10+0x30; //十位
	str[4]=Temp%10+0x30; //個位
	wr_com(0x86);
	wr_dat(str[0]);
	wr_com(0x87);
	wr_dat(str[1]);
	wr_com(0x88);
	wr_dat(str[2]);
	wr_com(0x89);
	wr_dat(str[3]);
	wr_com(0x8a);
	wr_dat(str[4]);

}
/************************報警值顯示************************************/ 
void baojing()
{
	wr_com(0xc6);
	wr_dat(tab[0]);
	wr_com(0xc7);
	wr_dat(tab[1]);
	wr_com(0xc8);
	wr_dat(tab[2]+0x30);
	wr_com(0xc9);
	wr_dat(tab[3]+0x30);
	wr_com(0xca);
	wr_dat(tab[4]+0x30);
}
/*****延時子程序*****/
void Delay(uint num)
{
while( --num );
}
/**************************按鍵檢測
*******************************************/
void checkkey()
{
	if(SET==0)
	{
	Delay(2000);
	do{}while(SET==0);
	set_st++;
	if(set_st>1)set_st=0;
	}
	if(set_st==0)
	{
	}
	else if(set_st==1)
	{
	if(DEC==0)
	{
	Delay(2000);
	do{}while(DEC==0);
	if(DUST_SET>0)DUST_SET--;
	if(DUST_SET==0)DUST_SET=0;
	}
	if(ADD==0)
	{
	Delay(2000);
	do{}while(ADD==0);
	DUST_SET++;
	if(DUST_SET>800)DUST_SET=800;
	}
	}
	tab[0]=' ';//DUST_SET/1000;
	tab[1]=' ';
	tab[2]=DUST_SET%1000/100;
	tab[3]=DUST_SET%100/10;
	tab[4]=DUST_SET%10;
}
/*****報警子程序*****/
void Alarm()
{
	if(x>=10){beep_st=~beep_st;x=0;}
	if(DUST>DUST_SET&&beep_st==1)BEEP=0;
	else BEEP=1;
//	if(DUST>0&&DUST<100){LED2=0;LED3=1;LED4=1;}
//	if(DUST>=10&&DUST<300){LED2=1;LED3=0;LED4=1;}
//	if(DUST>=300){LED2=1;LED3=1;LED4=0;}
	}
/**************************AD0832轉換程序
***********************************************/
uchar ADC0832(bit mode,bit channel) //AD轉換，返回結果
{
	uchar i,dat,ndat;
	ADCS = 0;//拉低CS端
	_nop_();
	_nop_();
	ADDI = 1; //第1個下降沿為高電平
	ADCLK = 1;//拉高CLK端
	_nop_();
	_nop_();
	ADCLK = 0;//拉低CLK端,形成下降沿1
	_nop_();
	_nop_();
	ADDI = mode; //低電平為差分模式，高電平為單通道模式。
	ADCLK = 1;//拉高CLK端
	_nop_();
	_nop_();
	ADCLK = 0;//拉低CLK端,形成下降沿2
	_nop_();
	_nop_();
	ADDI = channel; //低電平為CH0，高電平為CH1
	ADCLK = 1;//拉高CLK端
	_nop_();
	_nop_();
	ADCLK = 0;//拉低CLK端,形成下降沿3
	ADDI = 1;//控制命令結束(經(jīng)試驗必需)
	dat = 0;
	//下面開始讀取轉換后的數(shù)據(jù)，從最高位開始依次輸出（D7~D0） 
	for(i = 0;i < 8;i++)
	{
	dat <<= 1;
	ADCLK=1;//拉高時鐘端
	_nop_();
	_nop_();
	ADCLK=0;//拉低時鐘端形成一次時鐘脈沖
	_nop_();
	_nop_();
	dat |= ADDO;
	}
	ndat = 0; //記錄D0
	if(ADDO == 1)
	ndat |= 0x80;
	//下面開始繼續(xù)讀取反序的數(shù)據(jù)（從D1到D7）
	for(i = 0;i < 7;i++)
	{
	ndat >>= 1;
	ADCLK = 1;//拉高時鐘端
	_nop_();
	_nop_();
	ADCLK=0;//拉低時鐘端形成一次時鐘脈沖
	_nop_();
	_nop_();
	if(ADDO==1)
	ndat |= 0x80;
	}
	ADCS=1;//拉高CS端,結束轉換
	ADCLK=0;//拉低CLK端
	ADDI=1;//拉高數(shù)據(jù)端,回到初始狀態(tài)
	if(dat==ndat)
	return(dat);
	else
	return 0;
}
/*****定時器0中斷服務程序*****/
void timer0(void) interrupt 1
{
	uint j;
	TL0 = (65536-10000)/256; //定時10ms
	TH0 = (65536-10000)%256;
	LED=1; //開啟傳感器的ＬＥＤ
	x++;
	for (j=0;j<30;j++); //0.28ms //延時0.28ms
	abc=ADC0832(1,0); //開啟ADC采集
	FlagStart=1;
	TR0 = 0; //先關閉定時器0
	EA = 0;
	LED=0;//關閉傳感器LED
}
//中值濾波
//算法：先進行排序，然后將數(shù)組的中間值作為當前值返回。
uchar Error_Correct(uchar *str,uchar num)
{
	unsigned char i=0;
	unsigned char j=0;
	unsigned char Temp=0;
	//排序
	for(i=0;i<num-1;i++)
	{
	for(j=i+1;j<num;j++)
	{
	   if(str[i]<str[j])
		{
		Temp=str[i];
		str[i]=str[j];
		str[j]=Temp;
		}
	}
}

	//去除誤差，取中間值
	return str[num/2];
}
/*****主函數(shù)*****/
void main(void)
{
	InitTimer(); //初始化定時器
	BEEP=1;
	lcd_init();//初始化顯示
	delay1ms(500);
	while(1)
	{

	 checkkey();//按鍵檢測
	if(set_st==0)
	{
		//wr_com(0x0c);
		if(FlagStart==1) //1次數(shù)據(jù)采集完成
		{
		num++;
		ADC_Get[num]=abc;
		if(num>9)
		{
		num=0;
//		DUST=Error_Correct(ADC_Get,10); //求取10次AD采樣的值 
//		DUST_Value=(DUST/256.0)*5000; //轉化成電壓值MV
//		DUST_Value=DUST_Value*0.17-100; //固體懸浮顆粒濃度計算 Y=0.17*X-0.1 X--采樣電壓V
	
		DUST=Error_Correct(ADC_Get,10);
	    DUST_Value=(DUST/256.0)*5;//轉化成電壓值
	    DUST_Value=(DUST_Value*0.17-0.1)*1000;//固體懸浮顆粒濃度計
	
		if(DUST_Value<0) DUST_Value=0;
		if(DUST_Value>760) DUST_Value=760; //限位
		DUST=(uint)DUST_Value;
		}
		TL0 = (65536-10000)/256;
		TH0 = (65536-10000)%256;
		TR0 = 1; //開啟定時器0
		EA = 1;
		FlagStart=0;
		}
		Alarm(); //報警檢測
	}

		if(set_st==1)//報警值閃動
		{
//		wr_com(0xca);
//		wr_com(0x0d);
//		delay1ms(150);
		}
	}
}

設計報告

報告格式規(guī)范，字數(shù)13739，含各種框圖。

1.1、設計的主要內容和意義

1.1.1、設計的主要內容

本設計提出的檢測空氣質量PM2.5的方案最基本的實現(xiàn)方法是由單片機、粉塵監(jiān)測傳感器、顯示模塊、報警模塊等組成的電路， GP2Y1010AU0F粉塵傳感器采集空氣中PM2.5的濃度值，經(jīng)過51單片機處理后，在LCD1602液晶上顯示，并通過LED和蜂鳴器提示濃度狀態(tài)。

1.1.2、設計的主要意義

21世紀的今天，科學技術的發(fā)展日新月異，科學技術的進步同時也帶動了測量技術的發(fā)展，現(xiàn)代控制設備不同于以前，它們在性能和結構發(fā)生了翻天覆地的變化。我們已經(jīng)進入了高速發(fā)展的信息時代，測量技術是當今社會的主流，廣泛地深入到應用工程的各個領域。

因為空氣質量的惡化，陰霾天氣現(xiàn)象出現(xiàn)增多，危害現(xiàn)象加重。中國不少地區(qū)把陰霾天氣現(xiàn)象并入霧一起作為災害性天氣預警預報。統(tǒng)稱為“霧霾天氣”。霧霾主要由PM2.5、PM10、PM0.1以及重金屬鎳砷鉻鉛等顆粒組成。在空氣動力學和環(huán)境氣象學中，顆粒物是按直徑大小來分類的，粒徑小于100微米的稱為TSP(TotalSuspendedParticle)，即總懸浮物顆粒；粒徑小于10微米的稱為PM10(PM為ParticulateMatter縮寫)，即可吸入顆粒物；粒徑小于2.5微米的稱為PM2.5，即可入肺顆粒物，它的直徑僅相當于人的頭發(fā)絲粗細的1/20。雖然PM2.5只是地球大氣成分中含量很少的組分，但它與較粗的大氣顆粒物相比，粒徑小，富含大量的有毒、有害物質且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠，因而對人體健康和大氣環(huán)境質量影響更大。

世界衛(wèi)生組織發(fā)布的報告顯示，無論是發(fā)達國家還是發(fā)展中國家，目前大多數(shù)城市和農(nóng)村人口均遭受到顆粒物對健康的影響。高污染城市中的死亡率超出相對清潔城市的15%至20%。據(jù)統(tǒng)計，在歐洲，PM2.5每年導致386000人死亡，并使歐盟國家人均期望壽命減少8.6個月。人體的生理結構決定了對PM2.5沒有任何過濾、阻攔能力，而PM2.5對人類健康的危害卻隨著醫(yī)學技術的進步，逐步暴露出其恐怖的一面。氣象專家和醫(yī)學專家認為，由細顆粒物造成的灰霾天氣對人體健康的危害甚至要比沙塵暴更大。粒徑10微米以上的顆粒物，會被擋在人的鼻子外面；粒徑在2.5微米至10微米之間的顆粒物，能夠進入上呼吸道，但部分可通過痰液等排出體外，另外也會被鼻腔內部的絨毛阻擋，對人體健康危害相對較??；而粒徑在2.5微米以下的細顆粒物，直徑相當于人類頭發(fā)的1/10大小，不易被阻擋。被吸入人體后會直接進入支氣管，刺激呼吸道，干擾肺部的氣體交換，從而引發(fā)咳嗽、呼吸困難、哮喘、慢性支氣管炎等呼吸系統(tǒng)的疾病并導致心律不齊、非致命性心臟病等心血管方面的疾病。其中，老人、小孩以及心肺疾病患者是PM2.5污染的敏感人群。

因此，對PM2.5的監(jiān)測與治理便顯得越來越重要。

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