【正文】 居民現(xiàn)在買車的在一直增加，汽車尾氣的排放，空氣中粉塵濃度大量增加，導(dǎo)致現(xiàn)在中國好多地區(qū)產(chǎn)生了大量的霧霾現(xiàn)象，尤其以北上廣等大城市較為嚴(yán)重。 研究背景 我國是世界上人口多地域廣的大國。 在國際上， 定義粉塵的標(biāo)準(zhǔn)是粒徑范圍，這個范圍是小于 75μm的固體懸浮物。 飄在大氣中的有些粉塵一般會含有許多有毒的成分，比如含有一些重金屬，如果人體吸入后，很容易深入肺部，使人得中毒性肺炎或矽肺 ，有時嚴(yán)重時更會使人得肺癌。 粉塵在人們的生活當(dāng)中還有著其他的一些危害，比如，在歷史上曾發(fā)生過粉塵的爆咋事故，導(dǎo)致了很多人的死亡，大量的經(jīng)濟財產(chǎn)遭受到了損失，嚴(yán)重的威脅著人們的生存與健康。另外，在管理的基礎(chǔ)上，建立必要的規(guī)章制度是非常必要的。 就目前來看，過個國家都對粉塵濃度的測量做了一定量的研究， 也有了較大的成果，研究制造除了一系列不同的檢測儀器。然而 由于相分布和流型變化都會影響到電容的測量，并且粉塵的濃度以及測量值之間也并不是直接的一一對應(yīng)的關(guān)系，所以導(dǎo)致電容法存在一定的缺陷，測得的值并不是很準(zhǔn)確。雖然我國的技術(shù)人員以及研究人員進行了大量的努力以及辛苦，可是就目前來看，由于上述的原理我們還并不特別的成熟，還不能生產(chǎn)出來所對應(yīng)的產(chǎn)品，所以生成的產(chǎn)品在市場上并不是主要的，并且還得有待于完善。 粉塵濃度傳 感器就是在測量探測變化的光信號，再經(jīng)過轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)粉塵濃度的測量。我們稱這種關(guān)系是朗伯 —— 比爾關(guān)系 。運動著的顆粒與插入流暢的金屬電極之間會發(fā)生碰撞、摩擦， 從而產(chǎn)生一些靜電荷，他們的符號相反，我們研究的這種方法就是對這些靜電荷進行測量 ，用來反映粉塵濃度的關(guān)系。 國內(nèi)現(xiàn)在由于起步比國外要晚，導(dǎo)致我們現(xiàn)在的技術(shù)也是比國外要稍稍落后，大多還都是用直讀式和采樣式測試儀。他實現(xiàn)了多種功能于一體的情況，這樣就使人們更加便捷的能夠使用傳感器來測量粉塵，更好的滿足了更大的需求。 斷電后， 40組粉塵顆粒分布和粉塵濃度數(shù)據(jù)可以被存儲。當(dāng)一些顆粒物被一束平行光照射到時，顆粒旁邊就會出現(xiàn)散射以及吸收的現(xiàn)象，安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 4 這樣的話光的強度就會被減弱。 與 本系統(tǒng)主要分為三個部分：一是 電源 模塊，二是 粉塵傳感器采集粉塵以及對粉塵濃度的顯示 ，三是 把顯示的濃度與標(biāo)準(zhǔn)合格的濃度對比，超過的話會產(chǎn)生報警 。在控制方面，我們可以使用單片機來控制，由于所需的控制較為簡單，我們采用 51 單片機來進行控制就可以了。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 5 2 粉塵濃度檢測儀的硬件 原理 粉塵濃度檢測儀的功能和技術(shù)指標(biāo) 所設(shè)計的系統(tǒng)的功能 1）在顯示屏上可以直接顯示出所測得的當(dāng)前的粉塵濃度 2）當(dāng)所測得的濃度超過一定值時，系統(tǒng)會發(fā)生報警 系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo) 所測地的環(huán)境溫度： C?0 ～ 70C? 測量誤差： 177。 本論文打算采用 光學(xué)原理的檢測方法，這種檢測方法比較方便簡單，誤差比較小，符合我們設(shè)計的要求，方法就是 濁度發(fā)。因此， 要的到入射光和出射光之間的關(guān)系， 我們利用上面現(xiàn)象將 一束平行光照射到需要檢測 的均勻分布 粉塵濃度的區(qū)域， 再利用定律，就可以得到 ： I ? ? ? ?)2/(3e x pe x p dQ W LILANQI OO ???????? (21) 式中： Q 表示消光系數(shù)，它的大小 和 粉塵 顆粒 直徑 d、入射光波長λ以及粉塵物質(zhì)折射率 m 相 關(guān)，一些專用算法程序 和 Mie理論可以用來 計算。由公式 22 得 : ),(ln 11 110 dmQdwII Mi ???? (23) 在入射光為單色光時可以得到 式 23。 ? ?TMWWWW ......., 21? 代表著粉塵濃度的分布情況。 信號幅值 U 是根據(jù)粉塵顆粒具有的散射特性確定的，并且通過最小粒徑潛質(zhì)輸出端輸出的。 A/D 轉(zhuǎn)換、按鍵的輸入、 LCD 顯示電路是系統(tǒng)的外圍電路。 2) 顯示 :粉塵濃度。 5) 報警電路：模擬如果粉塵超過限定值時，開啟換氣裝置或者啟動噴霧使用報警安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 7 電路。我們先將 12V 的電壓降到 5V，將電壓接到傳感器上。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 9 3 粉塵 測試儀硬件設(shè)計 單片機部分 系統(tǒng) CPU 器件選擇 粉塵檢測器的核 心是微處理器，它的特性以及功能對于整臺的一起具有至關(guān)重要的作用， 完成采集數(shù)據(jù)、處理、輸出 以及 顯示等功能 ，因此可以看出它的重要性。 自從最初的 8031 開始，單片機也僅過了一段時間的發(fā)展， 隨著時代的進步，科技的發(fā)展，人們對于單片機的要求也越來越高，在這種情況下， Flash rom 應(yīng)用 技術(shù) 得到了較快的進步，在此基礎(chǔ)上 ， 8031 系列出現(xiàn)了較快的發(fā)展，成為了在當(dāng)時最流行的八位單片機之一。因此， AT89S52 作為 CPU 芯片在 在本系統(tǒng)中作為控制器件是我們的首選 。它完全兼容 工業(yè) 80C51 引腳和 產(chǎn)品 。 1） AT89S52功能特性： AT89S52具有 的 標(biāo)準(zhǔn)功能 是 ： 兩個數(shù)據(jù)指針；全雙工串行口； 8k字節(jié) Flash； 定時器是 看門狗； 單片機能夠調(diào)到省電的模式，并且可以降低到 0赫茲。 片內(nèi)振蕩器是單片內(nèi)部的一個重要部分，它是由放大器所組成。 RST: 復(fù)位輸入。 P0口 ： P0口 是 八 位漏極開路并且是雙向的輸入輸出口。 P1 口 ： 這是入輸出口， 具有雙向的輸入輸出功能，它 作為 地址接收 ，若是想要用作輸入，則應(yīng)該對其輸入高電平。 主要的構(gòu)成是外圍芯片。 下面是兩種存儲器的簡介。 單片機引腳分配及連接 1）振蕩器電路 89S52 單片機 如果使用外部振蕩器， XTAL1 引腳應(yīng)接地 ， 外部振蕩信號的輸入 接XTAL2 引腳。 圖 33 振蕩器電路 2）復(fù)位 電路 復(fù)位的操作是比較重要的，能夠?qū)纹瑱C初始化，當(dāng)然也能夠使其重新啟動。 圖 34 復(fù)位電路 I/O 口功能分配： C11 0 uC21 0 uX11 2 M安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 13 ～ 八 位數(shù)字信號經(jīng) 轉(zhuǎn)換器傳入系統(tǒng) ～ 完成數(shù)碼管的段選 ～ 完成數(shù)碼管的位選 ～ 連接鍵盤電路 3P 口主要完成 控制外圍電路 信號采集電路 敏感元件 GP2Y1010AU0F 粉塵濃度傳感器的結(jié)構(gòu)特征如圖 35 所示， GP2Y1010AU0F 是一種光學(xué)空氣質(zhì)量感應(yīng)器。當(dāng)一些顆粒物被一束平行光照射到時，顆粒旁邊就會出現(xiàn)散射以及吸收的現(xiàn)象，這樣的話光的強度就會被減弱。 我們?nèi)羰窍胍浪鶞y量的 空氣中 灰 塵的濃度，我們只需要得到經(jīng)過一些轉(zhuǎn)換后得到光 電脈沖數(shù)就好了。 在正常運行狀態(tài)下所需要的電壓是 至 7V 之間，流過儀器的電流是 20MA。 輸出脈沖模式的電壓信號。 （ 2）清洗請不要做清潔，因為有這個設(shè)備是不是通過清潔滿意，它的特點的情況下。以及當(dāng)灰塵附著時，請考慮維護諸如由空氣抽真空或吹脫塵。 （ 50 ％降解 / 5年）。即使該裝置被重新組裝，它可能無法滿足規(guī)格。從電源線噪聲的頂部還可能會影響傳感器的輸出。 （ 11）入射光的影響有，當(dāng)外光通孔上打印的一面是通過灰塵傳感器輸出可能會受到影響的情況下。 GP2Y1010AU0F 內(nèi)部示意圖 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 15 圖 35 由 GP2Y1010AU0F 內(nèi)部示意圖中的①②③④⑤⑥，可以得到 GP2Y1010AU0F 粉塵傳感器的接線方式。1 MS 脈沖寬度 Pw 177。但是由于由傳感器得到的信號是模擬信號，單片機不能夠?qū)@種模擬信號進行直接的整合處理。 圖 37 粉塵濃度傳感器 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 18 38單片機與粉塵傳感器簡易硬件連接圖 A/D 轉(zhuǎn)換電路 由于單片機不能識別模擬信號，所以我們必須要借助一定的方法將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。 有 8 個模擬通道 ，能夠一次性送入 8 個模擬量，且能夠一起被轉(zhuǎn)換。 ULSB b）可鎖存三態(tài)輸出，能 和 8 位微處理器接口 c）輸出與 TTL 兼容 d） 滿度調(diào)整和零點 步驟可以省略 e）單電源供電，供電電壓為 +5V 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 19 圖 39 ADC0809 內(nèi)部結(jié)構(gòu) ADC0809 芯片的引腳圖及引腳功能 ADC0809 引腳功能說明如圖 310 所示。 VREF：參考電壓負(fù)端。地址輸入和控制線： 4條 控制線 及 數(shù)字量輸出 ： 11條 表 31 ADC0809 通道選擇 C B A 選擇的通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 ADC0809 數(shù)據(jù)采集時序圖 ADC0809時序 圖： 圖 311 ADC0809時序圖 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 21 ADC0809 與 AT89S52 單片機的接口設(shè)計 兩者之間 存在 三種方式。當(dāng)選通時為 0，這時 ～ 設(shè)置為011，來保證 ADC0809 選 IN3 為輸入信號端。 74LS74是一個 由 6 個與非門構(gòu)成的觸發(fā)器。 輸入 輸出 PR CLR CLK D Q Q L H X X H L H L X X L H L L X X H H H H ↑ H H L H H ↑ L L H H H L X 0Q 0Q 7） SN74LS74 與單片機之間的連接如圖所示 314。而 373 則不同，它是有著兩種的構(gòu)成方式的 8D 透明鎖存器，這兩種結(jié)構(gòu)方式均可以在系統(tǒng)中和系統(tǒng)總線相連接，且也為三態(tài)輸出。 圖 315 74LS373 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 74LS373 引腳 如圖 316 所示。 表 34 74LS373 鎖存器功能 OE C 功能 0 0 直通 Qi=Di 0 1 保持（ Qi保持不變） 1 X 輸出高阻 74LS02 介紹 74LS02 為四組 2輸入或非門（正邏輯），內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 317 所示，引出端符號： 1A～ 4A 輸入端 1B～ 4B 輸入端 1Y～ 4Y 輸出端 圖 317 74LS02 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 25 功能： BAY ?? ，功能表如表 35所示。 就現(xiàn)在來看此數(shù)碼管在我們所涉及的系統(tǒng)中還是比較常用的。 LED 數(shù)碼管概述 LED數(shù)碼管是 能夠在通電的狀態(tài)下顯示出我們所需要的字母或者數(shù)字的一種器件。 不同組合的二極管導(dǎo)通 都可由 LED數(shù)碼管來 控制 ，以 顯示 出 各種字符和 數(shù)據(jù) 。另外一種就是共陽極連接，就是把數(shù)碼管中的所有二極管中的陽極連接在一起。 我們的操作中，每個字節(jié)都是有著 8位的。同樣，如果我們要是想要數(shù)碼管顯示出字幕的話，則也應(yīng)該換算成 8位的二進制，然后使對應(yīng)的發(fā)光二極管發(fā)光，就能顯示出對應(yīng)的字母了。 圖 320 4聯(lián)共陽 LED 數(shù)碼管 LED 數(shù)碼管動態(tài)顯示方式 LED 顯示器的 點亮 有兩種 辦 法 ：一為 靜態(tài)顯示；二 為動態(tài)顯示。 這種電路的優(yōu)點 和缺點都是比較明顯的，即能夠顯示出不同的字符在同一時間內(nèi)，但需要較多的占用端口資源。 圖 321 靜態(tài)顯示圖 使 動態(tài)掃描每位 輪流點亮各位顯示器 再加上使用段選端口為 8 位，以此用在要顯示的顯示器上，這就是所謂的動態(tài)顯示 。 通過位選碼的控制 可以顯示出 要顯示 的不同字符。 采用相同的方法我們就可以把 678 三個數(shù)字同樣的顯現(xiàn)在數(shù)碼管的顯示屏上。 表 38 模擬過程表 顯示接口設(shè)計 我們在了解 LED的結(jié)構(gòu) 和其 工作原理 后得到 ， 必須把需要顯示的字母或者數(shù)據(jù)，通過轉(zhuǎn)換成 LED的代碼，才可以顯示出我們想要顯示出的數(shù)據(jù)。要顯示出粉塵的濃度，四個數(shù)碼管就足夠了。 四個 LED數(shù)碼管的位選 由 、 、 、 。電路 如圖 所示。再根據(jù)我們儀器的監(jiān)測，我們得出不同的數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)我們就可以制定出相應(yīng)的應(yīng)對措施。在進行測試后，我們還可以通過 按鍵來切換參考值與測量值。下面簡要介紹掃描方法的工作原理。方法是向列線輸出 00H，讀行狀態(tài)。 (b) 去除鍵的抖動影響。一種是基于軟件的消除按鍵抖動，一種是基于硬件的，在硬件電路中，使用觸發(fā)器來完成相應(yīng)的抖動消除。那么換算的范圍是小于 A/D 轉(zhuǎn)換器 轉(zhuǎn)換的電壓在換算成八位后，再通過輸入輸出口時就會轉(zhuǎn)換成為十進制。 注 ：單片機的 按順序 接 在 百位，十位，個位 ，且分別由 key key key3 表示。它通常應(yīng)用在 計算機 、報警器 、打印機 、電話機等電子產(chǎn)品中 。 本設(shè)計中 提示報警 采 用蜂鳴器 ，當(dāng) 檢測時 設(shè)定值 小于 粉塵的 粒度 或濃度 時 ， 蜂鳴器就會發(fā)出警報。 看門狗有 硬件狗和軟件狗 (1) 軟件狗 也就是 軟件指令 ,若是 程序跑飛 ,并且這些地址被程序指針指到時，想要程序正常執(zhí)行，就要使其跳轉(zhuǎn)到開頭或者另外其他一些地方。 其工作原理是：由脈沖發(fā)生電路發(fā)出 脈沖，計數(shù)器對脈沖進行計數(shù)。想要使處理器及時的進行一些操作和保持著電源的穩(wěn)定，最好的方法就是在電源電壓降低，并達(dá)到一定值時能及時的發(fā)出某種信號到達(dá)單片機和電