摘 要

随着18世纪工业革命的掀起，现代工业和交通迅速发展，各种污染愈发严重。这所带来的不良影响超出人们的预计情况。如今人们必须面对这些负面影响，其中包括土壤污染、水源污染和空气污染等。而其中每一项污染都时刻威胁着人类的生存发展，这引起人们的重视。人类每天生活在这样的环境中，不可能对这些污染置身事外，必须想出一些能够改善环境问题的良策，以及实施一些具体措施来减少环境污染。对于空气污染的问题，各国发出从源头控制污染源以及增加空气质量监控的号召,各城市将PM2.5作为天气预报的一项重要指标，并时刻提醒市民做好防护准备。

本设计选用STC89C51，使用此单片机作为整个电路的控制基础。以GP2Y1010AU0F来实时监测粉尘在空气中所占定的比例，将其自身所接收变换的模电信号数据经过ADC0832芯片转变为数电信号再传输至单片机中，从而进行处理。再由LCD1602显示当前的粉尘浓度，并且显示按键设计好的预警值，且根据浓度值在对应范围将相应指示灯点亮。超过预警值时驱动报警装置并根据实时浓度值进行不同速度风扇。本设计中，无论是各部分电路还是总电路设计稳定性都较高，系统对数据处理速度快，经过不断测试，发现一些干扰项对设计影响不大，并且操作容易上手，较为方便。由于此能够及时反映粉尘浓度并且对此进行处理，认为此设计用途较广，实际运用价值较高，值得提倡。

关键字：PM2.5；单片机；粉尘浓度；报警；风扇调速

Design of Air Purifier Control System Based on STC Single Chip Microcomputer

ABSTRACT

With the rise of the industrial revolution in the 18th century, modern industry and transportation developed rapidly, and various pollution became more serious. The negative impact of this is beyond the expectations of people. Today, people must face these negative effects, including soil pollution, water pollution and air pollution. And each of these pollution threatens the survival and development of human beings at all times, which has attracted people's attention. Human beings live in such an environment every day. It is impossible to stay out of these pollution. We must come up with some good strategies to improve environmental problems and implement specific measures to reduce environmental pollution. Regarding the problem of air pollution, countries have issued a call to control pollution sources from the source and increase air quality monitoring. Each city regards PM2.5 as an important indicator of weather forecast, and always reminds the public to prepare for protection.

This design is based on STC89C51 single-chip microcomputer as the control core. The Sharp GP2Y1010AU0F dust sensor is used to monitor the concentration of dust in the air in real time. After the ADC0832 conversion chip converts the sensor's analog signal into a digital signal and transmits it to the MCU for processing, the LCD 1602 displays the current dust. The concentration value, and the warning value of the button design is displayed, and the corresponding indicator light is illuminated according to the concentration value in the corresponding range. When the warning value is exceeded, the alarm device is driven and the fan is driven at different speeds according to the real-time concentration value. The system has high working stability, strong anti-interference ability, fast system response processing speed, high test accuracy, convenient debugging, and has certain practical value, and can reflect the dust concentration in real time for processing.

Key words: PM2.5; single chip microcomputer; dust concentration; alarm; fan speed

目 录

第一章 绪论 - 1 -

1.1、课题设计背景 - 1 -

1.2、课题设计的主要目的和意义 - 2 -

1.3、课题设计的主要内容 - 3 -

第二章 系统设计方案选择 - 5 -

2.1、控制系统结构总设计 - 5 -

第三章 硬件电路设计方案 - 7 -

3.1、单片机的最小系统 - 7 -

3.1.1、单片机选型 - 7 -

3.1.2、最小系统电路 - 8 -

3.2、电源转换电路 - 10 -

3.3、粉尘检测模块 - 11 -

3.4、ADC0832模数转换模块 - 13 -

3.5、LCD1602显示模块 - 15 -

3.6、预警值按键电路 - 16 -

3.7、LED预警电路 - 17 -

3.8、蜂鸣器报警电路 - 17 -

3.9、电机（风扇）调速驱动模块 - 18 -

3.10、本章小节 - 21 -

第四章 软件程序设计 - 22 -

4.1、程序总流程 - 22 -

4.2、ADC0832芯片转换流程 - 23 -

4.3、LCD1602显示流程 - 23 -

4.4、按键模块流程 - 24 -

4.5、报警流程 - 26 -

4.6、PWM调速流程 - 27 -

4.6.1、单片机输出PWM信号 - 27 -

4.6.2、风扇调速 - 28 -

4.7、本章小结 - 28 -

结论 - 29 -

致谢 - 30 -

参考文献 - 31 -

附录A - 33 -

第一章 绪论

1.1、课题设计背景

在当今世纪,无论是人民素质还是科学水平,都有了极大的提高。同时也促进了检测技术的发展。与以往相比，现代控制设备在性能和结构上发生了巨大的改变，这一变化给许多工程带来更大的便利。如今我们所处的时代，各领域都在以极快的速度进步着。而检测技术是当今人类社会工程项目领域发展的重要组成部分，并广泛运用到不同工程的各个项目领域。

如今社会工业迅速发展，造成空气污染的源头越来越多。这影响着空气质量的变化，每多一点排放，空气质量就会恶化，这不仅也对人类起居生活带来各种不便，危及到人类身心健康，同时对工业发展也起到了一定的威胁。空气质量与工业发展起到相辅相成的作用，如果有一方没有控制好，将会给另一方带来不便。如今雾霾天气也随着污染物控制不当逐渐增加。在中国的许多地区，雾霾天气现象的增多也带来不同的危害。轻则交通堵塞影响人类生活的进度，造成各领域工作滞留，重则造成事故，伤及人类性命，这是所有人都不想发生遇见的。雾霾主要包括PM2.5、PM10等可吸入颗粒物，其中有些物质可被人类腔毛所抵挡，但还是会吸入部分危害物。同时工业排放的许多重金属物质例如铅、铬、镍等，也在空气中进行危害传播，这更加不容易预防，需在源头稳定污染。空气中弥漫的颗粒物大致分为三种，根据自身直径进行相对分类。将粒径小于100微米的归类于TSP，这也叫做总悬浮物颗粒，这往往可以通过一定措施抵御危害。而粒径小于10微米的为PM10，即可吸入颗粒物,这种物质吸入时，经过人类自身腔毛可进行相对数量的抵挡。还有一种即是PM2.5，此物质直径小于10微米，过于微小，此颗粒物会被吸入人体内内部进入肺中。由于其直径非常细小，肉眼几乎无法识别，人类往往无法抵御。虽然PM2.5在地球的大气组成部分中所占比例很小，但是该污染物比较于粒径大一些的颗粒物，其所造成大的危害更大，正因为其粒径小不易发觉，且其中包含了许多有害物质，给人类身体健康造成很大的负担。除此之外，由于PM2.5能够长久滞于空气中，并且根据其他外在因素，进行长时间远距离流动漂浮，因此，其对空气质量危害也更加严重。

根据世界卫生组织发布的一份报告显示，无论出于欧洲还是亚洲以及其他地区，只要是经济水平以及工业发展相对较好的国家，其生活的人民都受到了这些能够被人体吸收颗粒的影响。但是虽然都处于被这些物质影响的环境中，但是将污染较为严重的城市与相对清新的城市比较，据调查显示，污染严重的城市其死亡率高于洁净的城市甚至达到20%，这比率反应出的危害是显而易见的。科技进步带动医疗水平的发展，在医疗研究中检测出PM2.5对人类生理健康影响很大。根据对人类的生理研究发现，人体对PM2.5吸入的危害不具备一定的抵抗能力，也不具备将其过滤出体外的功能。一次性吸入也许显示不出其所带来的危害，但是当人类一直处于这种环境中，危险程度将极大程度提升，给身体带来的负担会造成一系列的临床反应。据调查人员发现，那些处于欧洲的工业发展领先的国家，每年因为空气污染，PM2.5的影响，都会导致将近四十万人类的死亡，而且数量居高不下。这一影响导致欧盟国家对人类寿命做大数据统计时发现比预期寿命平均缩短八个多月。医学家研究后表示，一直处于PM2.5的环境中，其给人类身体健康所带来的负担甚至是危害比沙尘暴所带来的危害还要严重。据研究表明，吸入物直径为10微米或以上的物质可以被人体自身阻挡在体外，也可借助于口罩帮助抵御。而粒径小于10微米大于2.5微米的颗粒会通过鼻腔以及嘴部进入到身体的呼吸道中，这已经对身体造成些许负担，但值得庆幸的是，部分吸入颗粒会通过人体自身本能排出，例如打喷嚏，吐痰等方式。而其中部分物质即便无法排出，自身内部腔毛会协助阻挡，从而减轻身体负担，保护免疫系统，造成危害较小。值得注意的是，有些颗粒的直径小于2.5微米，这种物质极难察觉也不易预防抵挡，由于其过于微小，和容易进入人类身体内部，经过支气管，逐渐给器官造成危害，逐渐伤害呼吸道，对免疫系统进行侵害，降低人类身体系统的自主呼吸功能。逐渐使患者供氧不足，呼吸急促，污染物无法及时排除，造成残留堆积，造成恶性循环导致各种呼吸道疾病，并由此引发各种临床疾病。长时间处于这种环境会造成心肌缺血，血压升高等一系列连锁反应。因此抵抗力较弱的能更加对PM2.5更加敏感，孕妇，孩童，老人对此更易感染，因此必须做好监测预防措施，尽早控制污染物扩散并时刻警醒。

1.2、课题设计的主要目的和意义

在21世纪的今天，人类社会的工业水平迅速发展。人民在工业水平提升的同时渐渐高手到其所带来的一些危害。人们对身心健康愈发重视，从而对环境问题也越来越看重。由于工业的迅速发展，空气质量也受到更多人的关注。空气污染指数即是空气质量的反映。空气质量的好坏是根据空气中污染物所占比重来检测认定的。污染物分为流动源以及固定源，每种分类又包含不同的各种污染物质，这严重影响了环境空气质量。空气质量检测类型包括装修污染，锅炉气氛和工业炉检，食堂烟雾检测，工地所有有害物质的检查，以及工厂废气的工业废物检查。目前，在工业生产中排放各种大量有害气体，这些气体对环境的污染愈发严重，各种污染气体的挥发泄露也严重威胁着许多工作人员的生命。为了能够有效地遏制这些有害污染气体泄漏事故的发生，因此设计出一种能够监测的装置并且将所测数据进行显示的装置，是预防污染的一种良策。