簡(jiǎn)易室內(nèi)溫度及空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.3 GP2Y1010型粉塵傳感器
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/280687.htm可吸入肺顆粒物濃度檢測(cè)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(duì)角布置。如圖3所示,通過(guò)產(chǎn)生一定時(shí)間長(zhǎng)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(guò)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(duì)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(guò)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(cè)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(cè)。
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://www.ex-cimer.com/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(guò)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(cè)的模塊GP2Y1010的模擬輸出端,9號(hào)、10號(hào)引腳則用來(lái)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(duì)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(cè)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(cè)信號(hào)、空氣中可吸入肺顆粒物濃度即PM2.5數(shù)值的檢測(cè)信號(hào)通過(guò)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(guò)軟件與硬件中的蜂鳴器相結(jié)合來(lái)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(guò)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(cè)模塊的基本方案和硬件選型。
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