张恒奕

（郑州中学，河南郑州，450001）

0 绪论

自改革开放以来，我们国家的科技、教育以及工业等诸多领域都得到了很高速的发展，但是在另一方面，工业的快速发展也给环境带来了很大的负担。对于一些地区，已经造成了水资源匮乏、污染以及土壤污染等严重情况，并且大气污染也非常严重，有害物质超标，甚至有的地方会天降酸雨，对植物、建筑等造成了很严重的影响。虽然我们国家的工业仍然需要大力发展，但是利用资源环境作为代价就显得非常不可取，中国不能走先发展、后治理这样的歪路。并且环境直接关系到人们的身体健康安全，近年来我们国家的癌症发病率正在逐年上升，并且癌症已经开始显现出年轻化的趋势，这不得不说与环境的恶化有着诸多的关系。

目前我们国家一直都在号召要建设环境友好型、资源节约型社会，要走可持续发展之路，已经开始对很多的工业生产企业进行整顿，但是由于我们国家的工业企业基数大，牵扯到的人员多，管理难度大，因此效果并不完全理想。但是也不能因此就减弱整治的力度。在各项污染指标中，大气污染是最为关键的一项，各种工业废气、有毒气体威胁着大多数人的健康安全。PM2.5是检测空气质量的最新标准，其中当PM2.5在0～35μg/m³时，空气为优。当PM2.5为35～75μg/m³时，空气为良。而我们国家很多地区的空气质量为严重污染。虽然人们能够了解到国家每天发布的每个地区的空气质量，但空气质量在不同范围内是不一样的，因此对于身边的空气质量检测是非常必要的。本设计就是在这样的背景之下产生的，本设计旨在设计一款便携式的PM2.5测量仪器，实时的检测身边的空气质量情况，并且能够实时进行报警。本设计要解决的问题主要有以下几个方面：

（1）空气质量的检测问题；

（2）空气质量的显示问题；

（3）报警问题。

1 总体设计

该设计的目的是能够随时随地方便的检测空气质量，并且在空气质量低于设定值时及时的发出警报。这些工作都需要系统自动完成。对于自动控制系统的实现，现在应用的比较多的就是单片机控制以及PLC控制的方法。PLC多用于工业控制领域中一些对体积功耗等要求不高的一些场所。但是本设计要求随时随地的进行检测，所以本设计采用单片机控制的方法。本设计利用单片机作为主控系统，接收来自检测模块的信息。对于空气质量的检测，本设计采用PM2.5传感器。对于空气质量信息的显示，本设计采用的是液晶显示器，其接收单片机发送的指令并进行显示。对于报警系统，本设计采用蜂鸣器进行声音报警。本设计的系统结构图如图1所示。

图1 系统结构图

本设计中单片机的型号为STC89C51，液晶显示器的型号为LED1602，传感器采用的为PM2.5传感器，则本设计的系统流程图入图2所示。

2 硬件设计

单片机：单片机是本设计的核心，负责的是接收检测系统传递过来的信息，并且发送命令给执行系统的作用。单片机发明自二十世纪七十年代，自发明之日起，就作为了各项系统的控制核心，并且其功能一直都在被完善。现如今的单片机相对于发明之初，性能在各方面都得到了极大的提升，已经不可与之前同日而语了。现在的单片机已经广泛应用于航空航天、军事、仪器仪表以及各种智能设备上面，一直都是作为中枢神经的存在，发挥着极其关键的作用。

图2 系统流程图

PM2.5传感器：本设计采用PM2.5传感器作为空气质量信息检测的装置，用于检测周围空气中的粉尘浓度。粉尘可进入人体的肺部、血液等，会对人体健康造成非常大的危害。PM2.5传感器利用的原理是光的散射原理，在PM2.5传感器的内部，安装有红外发光二极管和光电晶体管，他们对角安装，光轴相交，当带灰尘的气流通过光轴相交的交叉区域，粉尘对红外光反射，反射的光强与灰尘浓度成正比。当单色光照射到被测颗粒场时，会被散射以及吸收，光强会减弱。光电晶体管能够探测空气中的尘埃反射光，输出信号，根据输出信号光强的大小判断粉尘的浓度。

液晶显示器：液晶显示器负责接收单片机的指令，显示相应的信息。液晶介于固体与液体之间，其分子排列与固体晶体一样非常规则，但是在常态下却成液态。假若给液晶施加一个电场，它的分子排列就会改变，再配合偏振光片，就能阻止光线通过产生图案。本设计采用的液晶显示器的型号为LED1602，该种显示器可以显示两排信息，并且其可以显示字母、数字、符号，虽然不能显示汉字，由于本设计只需要显示PM2.5的信息，所以对于本设计来说LED1602已经完全够用了。

蜂鸣器：蜂鸣器在本设计中的作用就是接到命令之后发出声音进行报警。本设计采用的有源蜂鸣器模块，其采用的三极管驱动模块为S8550，工作电压为5V，只需要对I/O输入低电平，就能控制蜂鸣器发声。

3 软件设计

本设计制作的是一款方便的测量空气质量的装置，要实现的目的是能够随时随地方便的检测空气质量，并且在空气质量低于设定值时及时的发出警报。具体的工作是PM2.5传感器负责检测空气质量，并将该信息传递给单片机，单片机发送命令给液晶显示器显示信息，并且在必要的情况下命令蜂鸣器进行报警。该设计的系统流程图如图3所示。

图3 系统流程图

对于报警的功能的实现，本设计采用的是利用蜂鸣器发声进行报警。本设计采用的是蜂鸣器模块，供电之后，只需要对输入端输入低电平，就可以使蜂鸣器发声。通过高低电平之间的转换，就可以发出报警的声音，并且改变高低电平之间的频率，就能够控制报警声音的节奏。本设计中蜂鸣器的输入端与单片机的P3^7端口相连接，故只需要当空气质量污染严重时，利用程序命令P3^7输出低电平就能很好的完成报警工作。

4 结论

本设计利用检测系统、主控系统以及显示系统、报警系统的相互配合，完成了预期目标，对于空气质量的检测非常的方便。并且现在的空气质量问题一直是困扰广大民众的难题，对空气质量的随时随地检测，对于整个国家的空气质量治理也是非常具有积极意义的。同时也希望国家在发展经济的时候，空气质量也能够得到进一步的优化。