智能实时雾霾检测仪的设计

2019-11-05黄臻浩谢旭坚朱静宜

科技视界 2019年28期

黄臻浩　谢旭坚　朱静宜

【摘要】智能实时雾霾检测通常采用PM2.5和PM10指标衡量，根据在室外进行环境指数监测的要求，利用控制器实时检测空气中PM2.5、PM10含量和温湿度情况，并将数据显示在LCD显示屏上，实现数据的无线传输与报警等功能，通过检测仪实时检测、显示和记录数据更新状况。

【关键词】智能;雾霾;检测仪;设计

中图分类号： X831 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）28-0027-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.28.008

【Abstract】Intelligent real-time haze detection is usually measured by PM2.5 and PM10 indicators.According to the requirements of environmental index monitoring outdoors，temperature，humidity and PM2.5 and PM10 contents are detected in the controller.While LCD display and alarm are carried out，data can be transmitted wirelessly.Real-time detection，display and record of data can be realized by the detector.

【Key words】Intelligence;Haze;Detector;Design

0 引言

近些年來，伴随着我国经济快速增长，工业化、城市化进程不断加快。然而，“雾霾”这个词的频繁出现，好似铅块般压在政府和民众的心头。空气的恶化已经成为我国经济发展的瓶颈和制约条件，特别是在城市化进程快速发展的时下，大城市的空气污染，特别是雾霾污染（大城市的PM2.5污染）实时检测是一个必须面对的问题。有估算表明，由于受到大气污染的危害，我国每年约有17.8万人过早死亡，随之造成的经济损失更是高达500多亿美元[1]。空气污染问题及其造成的巨大公众健康损失，引起了社会的广泛关注。

自2016年1月1日新颁布的《环境空气质量标准》规定在全国实施以来，人们越来越关注和关心环境空气质量的高低，特别是对雾霾污染下的空气指标，即PM2.5的关注。PM2.5是指空气动力学当量直径（俗称粒径）小于2.5μm的大气颗粒物[2]。PM2.5的主要来源是日常发电、工业生产、汽车尾气排放等经过燃烧而排放的残留物，大多为有毒物质，对人们身体健康（尤其是儿童和老年人）危害尤为明显。因而，对环境空气质量进行实时监测，根据监测结果改善空气质量和生态环境，具有十分重要的意义。本文为满足用户在日常生活中随时检测雾霾即空气质量和温湿度等，设计开发智能实时雾霾检测仪。

1 系统总体设计

智能实时雾霾检测仪的设计主要由4个模块组成，分别为CPU控制模块、PM2.5和PM10粉尘模块、温湿度模块以及LCD显示模块，其中重要部分为CPU控制模块。CPU开发板作为系统的核心控制，根据需要选择供电方式，负责数据的处理及各传感器的控制。粉尘传感器和温湿度传感器两个模块主要采集环境数据，将数据输送给CPU控制模块进行清洗处理，最后CPU将处理后的检测结果数据发送给显示模块，通过LCD显示屏进行显示。检测仪的系统框架如下图1所示。

2 系统硬件设计

2.1 主机原理图设计

系统按实现功能需要，主机电路划分为以下几部分，电源充电电路和升压电路、AD电路、MCU、lcd显示屏电路、看门狗电路、232串口通信电路、norflash存取和读取电路。主机原理图设计如图2所示。

各部分主要的功能包括：

①电源：通过USB接口进行对锂电池充电，锂电池或者USB外部电源通过升压电路和稳压芯片，提供各电路工作需要的电源：分为5V和3.3V。

②MCU：是控制各个功能模块工作，以及与zigbee模块通信。

③AD电路：对温湿度信号进行采集。

④JTAG：是产品仿真调试时使用。

④看门狗电路：防止产品意外死机，可自动复位。同时有外部的复位按键能进行手动复位。

⑤串口通信电路：MCU和PM2.5传感器之间的通信。

2.2 CPU单元设计

CPU单元包括以下主要功能：信号处理、控制信号输出、显示数据输出、看门狗等。CPU单元由NORFLASH存读取电路、ZigBee模块、PM2.5传感器、温湿度传感器等母板单元以及STM32ZET6、串行电路、看门狗电路模块等组成。其主要模块如图3所示。