簡易室內(nèi)溫度及空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.3 GP2Y1010型粉塵傳感器

　　可吸入肺顆粒物濃度檢測傳感器模塊選用的是夏普公司的GP2Y1010AU0F，該模塊是使用感光原理工作的，其中有一個(gè)紅外發(fā)光二極管和一個(gè)光電晶體管對角布置。如圖3所示，通過產(chǎn)生一定時(shí)間長度、一定電壓值的脈沖信號(hào)，即檢出灰塵濃度。采樣信號(hào)出現(xiàn)高脈沖之后經(jīng)過一定的延時(shí)再進(jìn)行采樣，數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，輸出的信號(hào)有0.28ms的上升時(shí)間，避免在這個(gè)時(shí)間段，對輸出脈沖進(jìn)行采樣。

　　一般情況下，香煙的煙粒子細(xì)微、密度高，會(huì)大范圍漂移并呈擴(kuò)散式。與此相比，灰塵顆粒分散且大，密度低，斷斷續(xù)續(xù)通過的檢出區(qū)。煙輸出電壓是連續(xù)的，灰塵則是間隔的。

　　可吸入肺顆粒物濃度檢測模塊即PM2.5模塊的輸出電壓與灰塵濃度的曲線存在分段的近似線性。將相近的數(shù)學(xué)函數(shù)表達(dá)式，編入程序，即可和搭建的硬件模塊進(jìn)行室內(nèi)環(huán)境可吸入肺顆粒物濃度的檢測。

　　本設(shè)計(jì)的GP2Y1010模塊電路圖如圖4所示。其中2SC2815型的NPN管是為了增加GP2Y1010的3號(hào)引腳LED的驅(qū)動(dòng)能力，2SC2815型的NPN管基極引腳。P35號(hào)接線，是連接2SC2815的NPN管的基極與單片機(jī)的15號(hào)引腳的接線，即為GP2Y1010提供輸入脈沖，GP2Y1010的模擬輸出接一個(gè)20K的電阻，直接給模數(shù)轉(zhuǎn)換器PCF8591，又因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/單片機(jī)">單片機(jī)也用的是+5V直流電壓，所以其6號(hào)引腳不需要接分壓電阻即可。

4.4 A/D模塊的設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)中由于GP2Y1010是模擬信號(hào)傳感器，所以這個(gè)部分的轉(zhuǎn)換需要A/D模塊，本設(shè)計(jì)選擇用PCF8591 這個(gè)8位的多位模擬輸入單片集成芯片。PCF8591是8位的單片獲取數(shù)據(jù)的器件。其中1號(hào)引腳、2號(hào)引腳和3號(hào)引腳可用于硬件編程，均為地址引腳，其上的信號(hào)是通過I2C總線，傳輸方式為串行。

　　具體的本設(shè)計(jì)的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的電路就如圖5所示。

　　其中，PCF8591芯片的1號(hào)引腳接PM2.5檢測的模塊GP2Y1010的模擬輸出端，9號(hào)、10號(hào)引腳則用來與單片機(jī)相連。

5 軟件設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)

　　Keil C51是本次設(shè)計(jì)編寫軟件程序應(yīng)用的工具軟件。為了調(diào)試程序時(shí)比較方便，對整個(gè)設(shè)計(jì)的軟件分模塊進(jìn)行了編程，其中室內(nèi)溫度及空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的軟件總體結(jié)構(gòu)包括溫濕度數(shù)值采集子程序、可吸入肺顆粒物濃度采集子程序、液晶顯示子程序、鍵盤掃描子程序、輸出控制子程序，具體結(jié)構(gòu)如圖6所示。

6 小結(jié)

　　本設(shè)計(jì)將室內(nèi)空氣溫濕度的檢測信號(hào)、空氣中可吸入肺顆粒物濃度即PM2.5數(shù)值的檢測信號(hào)通過單片機(jī)進(jìn)行處理后，在LCD1602液晶顯示屏上進(jìn)行顯示?？晌敕晤w粒物濃度值即PM2.5值超上限設(shè)定值時(shí)的報(bào)警功能，通過軟件與硬件中的蜂鳴器相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)的。

　　設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)溫度的采集和實(shí)時(shí)的顯示，通過可行的溫度算法及支持人工與智能兩種溫控模式，完成了可吸入肺顆粒物濃度及PM2.5的數(shù)值的檢測模塊的基本方案和硬件選型。

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