多功能雾霾检测器的设计

2018-06-08曹志旭李红金石刘春雨

科技视界 2018年8期

曹志旭　李红　金石　刘春雨

中圖分类号： X851 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）08-0044-002

0 引言

近年来，关于长期处于粉尘含量超标的环境中而导致重大疾病产生的报道屡见不鲜，因此，环境中粉尘含量成为空气质量好坏的重要标准之一。事实证明，粉尘在很大程度上正在威胁着人们的健康和安全，如何能快速有效的避免粉尘污染对环境和人类的危害，这也使人们对于粉尘浓度的检测开始了关注。

通过雾霾检测器与互联网的有机结合，使得粉尘的浓度可以实现远程检测与监控，通过对浓度的变化趋势进行分析，实现提前预警等诸多功能，对改善空气质量、保证人们的健康与安全具有重要现实意义。

1 硬件系统设计

基于红外激光的多功能雾霾检测器由控制模块，粉尘检测模块，显示模块、报警模块、WIFI模块组成。其中，为了使系统能够便于携带，应尽量选择体积小、低功耗单片机作为控制芯片，将传感器模块所采集的相关数据进行分析处理后，将检测结果通过显示模块予以显示。当检测结果超过设定标准时，控制模块向报警模块发送命令，产生报警提示音，提醒用户环境出现潜在危险。

空气质量检测仪的WIFI功能，可以将所采集的数据进行无线传输，送至路由器与网络服务器进行分析和记录。系统框图如图1所示。

图1 雾霾检测器系统框图

1.1 控制模块选择

选择STC公司的8位单片机STC12C5A60S2作为系统的控制核心。STC12C5A60S2具有增强型8051内核，单时钟机器周期。同时，具有可编程时钟输出功能，2个全双工异步串行口，1个高速同步通信端口，8通道10位ADC。其内部还具有高可靠上电复位电路和硬件看门狗。由于其低廉的价格、简单的使用方式和很强的控制、运算性能，被广泛运用于商业设备研制。

1.2 粉尘检测模块选择

粉尘检测模块选用ZH03A激光PM2.5粉尘传感器。此传感器是一个通用性、小型化模组。利用激光散射原理，对空气中存在的粉尘颗粒物进行探测，具有良好的选择性、稳定性。ZH03A激光粉尘传感器模组具有数字输出和模拟输出，方便使用，体积小，便于集成，可广泛应用于空气净化器、新风系统、便携式仪表、空气质量监测设备、空调、智能家居设备等场所。

1.3 WIFI模块选择

通过对多种WIFI模块的比较，最后选择安信可科技公司的ESP8266作为本系统的WIFI模块。

ESP8266是一个完整且自成体系的WIFI网络解决方案，能够独立运行，此芯片具有高度片内集成，包括天线开关balun、电源管理转换器，因此可以减少外部电路，节约空间，广泛应用于在物联网应用领域。此模块有三种模式：

（1）STA 模式：ESP8266模块通过路由器连接互联网，手机或电脑通过互联网实现对设备的远程控制。

（2）AP 模式：ESP8266模块作为热点，实现手机或电脑直接与模块通信，实现局域网无线控制。

（3）STA+AP 模式：两种模式的共存模式，即可以通过互联网控制可实现无缝切换，方便操作。

1.4 显示模块

显示模块的功能是对粉尘浓度及报警信息予以显示。通过对比，最终选择了TFT液晶屏作为显示模块。TFT可以做到高速度、高对比度、高亮度显示屏幕信息。可以16位真彩色RGB显示，并且支持按钮控件、进度条控件、文本控件、指针控件等多种组态控件，支持BMP、JPG、JPEG等多种图片格式。

2 软件系统设计

在软件设计中预留雾霾气体标准，在系统初始化后，雾霾传感器开始检测数据并进行输出，并控制器将此数据与设定值进行比较，当设定值高于当前值时，通过显示模块显示当前值并继续检测，当设定值低于当前值时，通过显示模块显示当前值并通过WIFI模块发出警报，继续测量，直到关闭。

3 结语

此多功能雾霾检测器，在技术上涉及单片机、无线通信、光电检测等技术。通过多方面的研究，我们已经完成了对元器件的选择，对系统硬件设计和软件流程设计。可以预见多功能雾霾检测器具有操作简单，功能丰富，性能可靠的特点，与同类产品比较其性价比较高。