一种基于单片机的智能粉尘监测报警系统

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1、一种基于单片机的智能粉尘监测报警系统摘要：传统粉尘监测报警系统的阈值固定，无法满足不同生产过程的需求。在传统的粉尘浓度监测系统上加入单片机及遥控设备，可以实现对报警阈值的远程设定，不但能够解决上述问题，还实现了人机空间隔离。文章从研究背景、系统设计、工作原理、应用前景四个方面对这一系统进行了介绍。中国8/vie　　关键词：粉尘监测；浓度报警；单片机控制；遥控控制；人机空间隔离文献标识码：A　　中图分类号：TP368：1009-2374（2017）05-0009-03DOI：10.13535/j.ki.11-4406/n.2017.05.005　　1

2、研究背景　　粉尘是指悬浮在空气中的固体微粒。国际标准化组织规定，粒径小于75μm的固体悬浮物定义为粉尘。粉尘中往往含有多种有毒成分，如铬、锰、镉、铅等。小于5μm的微粒极易深入肺部，引起中毒性肺炎或矽肺，严重影响人体健康。此外，过量的粉尘还会对工业生产造成严重的影响。　　传统粉尘监测仪最大的缺点是无法自行设定报警浓度阀值，在不同的生产生活条件下需要特制不同的探测报警器，造成了资源浪费。此外，传统粉尘监测报警系统接收端与监测端未分离，而在某些特殊的生产环境下，人员需对粉尘浓度监测仪进行远程控制，这也是一个亟待解决的问题。　　在传统系统上加入单片机及遥

3、控设备，可以实现阈值的在线远程设定，能够较好地解决上述问题。显示设备还可以将浓度信息显示，便于使用者的观察与记录。此外，本系统还在系统中加入温度湿度的监测传感器，使其成为一个更加全面的监测仪，能够对于所处环境状况做出更多方面的评估。　　2系统设计　　2.1系统综述　　经过对研究背景中提到的问题的仔细分析后，设计了如图1所示的单片机及遥控系统。　　该系统由两部分组成：接收端与监测端。接收端的核心模块为接收端单片机，接收端还包含按键、数码管、蜂鸣器，分别用于控制及报警。监测端的核心模块为监测端单片机，监测端还包含传感器（集成AD模块）。接收端与监测端通

4、过红外通讯设备进行数据的传输，实现了远程控制。　　2.2接收端设计　　2.2.1单片机。经过对问题的分析和对不同产品的筛选，我们采用ATMEL公司的ATMega16作为接收端单片机，其指令集先进，高数据吞吐率，并且还具有成本低、功耗低的特点，完全满足本系统的性能要求。单片机在接收端所实现的主要功能有接收按键模块发来的控制信号、接收红外通信设备发来的测量数据、对测量数据进行分析与处理、向蜂鸣器与数码管发送显示与报警信号。此外，单片机还承担着存储报警阈值数据、存储红外编码信息等任务。ATMega16的引脚配置如图2所示：　　2.2.2按键模块。接收端按

5、键模块化，将四个按键集成到一块电路板上，并加入滤波电容实现防抖。按键模块在接收端所实现的功能为人机交互。使用者通过按键来改变报警阈值，按键模块将响应信号发给单片机进行进一步处理。　　2.2.3数码管模块。在数码管的选择上，采用了MAX7219作为本系统使用的模块。MAX7219是一种集成化的串行输入/输出共阴极显示驱动器，它拥有指令简单、驱动方便、亮度可调以及方便级联等优点。接收端数码管用于显示由单片机传输来的当前浓度数之和用户自定义的报警阈值。　　2.2.4蜂鸣器模块。蜂鸣器是一种采用直流电压供电的发声装置，在本系统内加入了控制引脚，其主要用途为

6、声音报警。　　2.3监测端设计　　2.3.1单片机。监测端同样选择了ATMega16作为单片机。单片机在监测端所实现的主要功能有接收传感器模块发来的数据信号并对其进行处理、将处理后的数据编码，发给红外传输设备，同样，在监测端的单片机内也存储着红外编码信息。　　2.3.2�鞲衅鳌８�据系统功能要求，监测端的传感器有两种，用于检测粉尘浓度的传感器以及用于检测环境温湿度的传感器。我们选用了夏普公司的GP2Y1051AU0F粉尘浓度传感器。这款传感器相比于上一版本1010AU0F，不但在精度和耐用性方面进行了优化，而且不需要搭建外围电路，数据的传输也可以用

7、USART完成，因此我们决定选用这一款传感器。　　而在温湿度传方面，我们选用了精度高、工作条件广泛的DHT22作为本系统使用的温湿度传感器。　　这两个传感器都自带模数转换模块，并且出厂时都经过了校正，因此由这两个模块得到的数据是基本可靠，符合本系统设计要求的。　　2.4红外通信模块设计　　红外通信模块的目的是实现接收端与监测端之间的信号传输，从而实现人机隔离及远程操控。我们选择了NEC红外模块通讯对，该模块集成编解码系统及调制系统，传输可靠、运行稳定，与单片机之间只需要USART进行通讯就可以实现数据传输，减少了对单片机资源的占用。　　3工作原理　

8、　3.1工作原理综述　　整个系统的工作周期如图3所示。左侧为接收端的工作流程框图，右侧为监测端的工作流程框图。接收端工作流