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基于单片机的环境监测系统设计

作者：李轩李姿

来源：《卫星电视与宽带多媒体》2019年第18期

【摘要】随着空气污染的日严重，监测空气中污染物的含量也是越来越重要。此次设计的

基于AT89C51的环境监测系统就可以通过检测空气中PM2.5粉尘的数据检测来实现对空气质

量的检测。LCD1602显示粉尘监测数据。可以通过监测数据来区分空气质量优良中差。

【关键词】AT89C51;模数转换;液晶显示

设计背景1.

在当今，社会的发展进步越来越快，如发电、冶金、石油、化学、纺织印染等各种工业过

程，或者冬天供热、家居烹调过程中燃煤与燃气或燃油无法完全燃烧所排放的烟尘。各类交通

工具在行驶过程中使用燃料时向大气中排放的尾气。从而造成了环境污染的日益严重，然而空

气污染是环境污染的主要因素，空气污染主要成分是PM2.5，所以我们基于此因素设计了环境

监测系统。

设计2.原理

本次设计是以AT89C51单片机为核心的环境监测设计，该设计利用了的单片机最小系

统、LCD1602液晶显示、PM2.5粉尘监测模块、ADC0832模数转换、按键、蜂鸣器报警和

LED指示灯组成。各个模块通过单片机所编写的程序来实现相应的工作，最后通过所有模块

的整合形成一套完整的系统。此次设计中是将PM2.5粉尘量作为检测量，检测到的模拟量由

ADC0832转换成数字量信号发给单片机，LCD1602将监测到的数值显示出来。

ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量

转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0～5V之间。芯

片转换时间仅为32μS，具有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳

定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI数据输

入端，可以轻易的实现通道功能的选择。

GP2Y1010AUOF粉尘检测传感器是由红外发光二极管，光电晶体管，粉尘通入孔，灵敏

度调节按钮和放大电路组成。GP2Y1010AUOF粉尘检测传感器内部结构图如图1所示。

当空气流过，它里面的红外发光二极管和光电晶体管，红外发光二极管向外发送红外光，

当空气中有PM2.5阻碍红外光时，红外光则可以反射，光电晶体管接收到红外光，所以信号

输出引脚电压发送变化，则可以检测PM2.5的数量。

在可视听部分中，可视部分采用LCD1602来显示空气中PM2.5的值，第一行显示测量

值，第二行显示设定值。当监测到的PM2.5粉尘数量值小于报警值一半或一半以上时，绿色

LED指示灯亮，当监测到的PM2.5粉尘数量值大于报警值一半时，绿色LED指示灯熄灭，黄

色LED指示灯亮，当監测到的PM2.5粉尘数量值大于报警值时，绿色LED指示灯和黄色LED

指示灯熄灭，红色指示灯亮，同时蜂鸣器报警，实现声光报警。监测系统实物照片如图2所

示。

结论3.

在此次环境检测系统设计中，使用了基于keil软件进行单片机编程。在调试的过程中，整

个程序经过了多次的调整和改进，使测试数据程序更加完美，使系统的运行方式更加流畅。单

片机作为主要的核心控制芯片，它可以完成对数据源的分析并且对各个模块进行控制，并且能

显示实时数据和报警。此次设计的环境监测新系统是一套完好的监测系统，可以完好的实时监

测空气中的PM2.5数值并且反馈，具有良好的操作使用空间，操作简单没有危险，使用范围

广，有良好的市场价值。

参考文献：

孟晓艳[1];魏桢;王瑞斌;李健军;余予;;灰霾试点城市PM_（2.5）浓度特征及其影响因素分

析[J];环境科学与技术;2013年09期

杨新兴[2];冯丽华;尉鹏;;大气颗粒物PM2.5及其危害[J];前沿科学;2012年01期

作者简介：李轩（1997.05.14），内蒙古赤峰市人，现学习于电气工程及其自动化专业。

通讯作者：李姿，（1982-），女，辽宁沈阳人，讲师，硕士研究生，沈阳工学院信息与控制

学院，电气教研室主任，现主要从事电类基础、电气工程及其自动化专业的相关教学工作。