基于单片机的粉尘检测仪控制电路

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1 绪论

1.1 前言

随着现代工业的发展，工业化水平的提高，人们的生活和工作有了很多便利。然而人们享有方便生活和工作的同时，不得不面对，由于对自然的不合理开发，对自然环境的污染等，使生态环境遭到严重破坏，生存环境越来越差的现实。人类必须采取相应的措施，合理利用开发自然资源，与自然和谐共生。我们的环境污染越来越严重，尤其是空气质量日益下降。维护生态环境质量越来越成为社会的迫切要求。除废气、废水外，颗粒状粉尘、烟尘向大气排放所造成的污染已成为一个十分突出的问题。粉尘是空气质量的重要指标，粉尘的检测就愈重要。已有研究表明，大气中的可吸入颗粒物对人体健康和生态环境有很大的影响。我国空气质量超标的城市中68%都存在可吸入颗粒物的问题。

我们必须要做到“知己知彼”，既要做到监控和额检测。知道病灶所在才能对症下药，从而药到病除。因此市面上出现了各种各样形形色色的环境测试仪。

1.2 选题背景及研究意义

1.2.1 选题背景

粉尘是指悬浮在空气中的固体微粒，是保持地球温度的主要因素之一，大气中过多或过少的粉尘都将对环境产生灾难性的影响。但在生活和工作中，生产性粉尘是人类健康的天敌，是诱发多种疾病的主要原因之一，特别是煤矿粉尘，一方面严重危害工人的身体健康，致使工人患尘肺病；另一方面粉尘浓度过高还潜伏着爆炸的危险。每年因为粉尘灾害而造成的人员伤亡数量极大，也给国家造成了巨大的经济损失。粉尘又称可以入颗粒物（inharable particular matter），粉尘作为病菌的载体，一同散入空气中，极易传播疾病。生产中许多及其工作环境对粉尘浓度也有要求。目前，国家环保部和煤矿安全监察局对粉尘危害非常重视，对作业场所的粉尘排放浓度制订了相关标准，严格控制粉尘浓度，以减少粉尘危害。因此，及时有效地对作业场所的粉尘浓度进行监测，能更好地掌握粉尘浓度状况，进行有效的除尘和降尘，对确保人身安全和提高环境质量发挥着极其重要的作用。由此可以看出粉尘对人类健康和生产危害十分严重。因此，粉尘浓度测试仪意义很重大[8]。 1.2.2 研究意义

粉尘检测仪主要用于检测环境中的粉尘浓度，适用于工矿企业劳动部门生产现场粉尘浓度的测定、环境环保监测部门大气飘尘检测和污染源调查等【9】。

2 1.3 国内外相关发展情况

国内外有很多种粉尘检测仪。粉尘检测仪主要由信号采集，信号处理，数字显示以及对参数的控制和设置等几部分构成。

以89S52单片机为主控制器，对粉尘传感器检测到的粉尘数据进行处理后并显示同时与PC机进行数据通信，PC机可更改用户参数完成不同情况测量同时可输出存储的数据测量方法也各不相同。

目前，世界各国对粉尘浓度的测量技术都做了大量研究，研制了一系列粉尘监测仪

器，如粉尘采样器、直读式测尘仪、粉尘浓度传感器等。特别是粉尘浓度传感器的出现，解决了粉尘采样器、直读式测尘仪不能实时监测作业场所粉尘浓度的问题[8]。

国外有代表性的产品为英国的Sims lin系列监测仪以及其升级产品OSIRIS粉尘传感器和计算机粉尘监测系统；德国丁达尔公司生产的TM系列粉尘仪；俄国研制的Ⅱ-101型自动测尘仪；日本柴田LV一5E、P5系列微电脑粉尘仪；美国研制的RAM系列实时粉尘监测仪、粉尘雷达和Auburn公司生产的3400型粉尘监测仪。其中Sims lin系列监测仪、TM系列粉尘仪、LV-5E、P5系列微电脑粉尘仪采用光散射法，Ⅱ-101型自动测尘仪采用光吸收法，3400型粉尘监测仪采用摩擦电法测量粉尘浓度。

国内粉尘浓度在线监测技术的发展较晚，主要以采样器、直读式测尘仪为主，但最近几年，随着信息技术的发展及光电子技术、计算机技术的提高，煤炭科学研究总院重庆研究院最先在国内开发出了GCG500型粉尘浓度传感器。国内其他厂家也陆续引进、开发出了粉尘浓度传感器，其生产厂家有郑州光力科技股份有限公司、江苏三恒科技集团、南京富邺科技股份有限公司等。

国内外粉尘浓度在线监测技术大多采用光散射法原理，但在其测量误差、测量范围和工作电流上有所差别。国外仪器大多采用分段方式测量，而且工作电流较小，除Sims lin-Ⅱ之外，其他测尘仪的测量准确度较高，但粉尘浓度测量范围偏小。国内仪器测量范围宽、准确度低、工作电流大，其中GC1000型粉尘浓度传感器测量误差达到了25%。

通过现场调查和查阅相关资料，国内粉尘浓度传感器主要是煤炭科学研究总院重庆研究院生产的GCG500型粉尘浓度传感器在市场上的应用较多，先后在安徽、山东、山西、甘肃、贵州、河南、辽宁、内蒙等多个省份使用。同时以该传感器为核心部件的ZPA-63S型粉尘浓度超限喷雾降尘装置，可根据作业场所粉尘浓度大小进行设限喷雾：当作业场所粉尘浓度高于设定值时开始喷雾，低于设定值时停止喷雾，从而实现了高效的喷雾降尘，节约了水、电。 1.3.1 粉尘测量方法

国外对粉尘浓度在线监测技术研究较早，主要有电容法、β射线法、光散射法、光单，但电容测量值与浓度之间并非一一对应的线性关系，电容的测量值易受相分布及流型变化的影响，导致较大的测量误差[1]；β射线法虽然测量准确，但需要对粉尘进行

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采样后对比测量，很难实现粉尘浓度的在线监测；超声波法、微波法测量粉尘浓度还处于试验研究阶段，市场上成型产品较少。目前市场上主要采用光散射法、光吸收法、摩擦电法进行粉尘浓度在线监测，形成的产品较多，并成功地应用于烟道粉尘浓度测量和煤矿井下粉尘浓度测量上。

按照粉尘测量方法的不同，粉尘测量方法主要有光学法、采样称重法和静电法三种。 a) 采样称重法不适合于在线测量。 b) 静电法易受干扰, 国内技术并不成熟。

c) 光学法又进一步分为浊度法和散射法, 而浊度法是目前国外普遍采用的用来测

量烟尘( 粉尘) 浓度的方法, 这种国外仪器在国内许多单位也都得到了成功应用。光学法测量的缺点是需要保持光学镜头的相对清洁。对于烟道中烟尘的测量,实践证明, 通过微正压的清洁保护风, 就可实现对光学镜头的可靠保护。

1.3.2 粉尘检测仪的性能与优点

1）智能采样与去噪数字滤波算法相结合, 测量和信号处理灵活性强, 因而在一套装置

可以进行不同变量和浓度的测量, 可排除个别的不正常值, 同步计算平均值。 2）采用嵌入式单片机内核技术, 将计算机嵌入到烟尘粉尘测量对象中, 实现智能化控制, 依据烟尘粉尘测量环境要求, 充分考虑了物理环境(小型) 、电气/气氛、环境(可靠) 、成本(价廉) 的要求; 充分考虑了最小软、硬件配置和相应的接口电路。采用内核技术, 提供了一个裸设备与应用程序间的抽象层, 可以在更高的层次上读写磁盘; 允许多个程序看起来在同时运行, 将处理器在其间共享。

3）可选用GPRS 网络技术, 以智能烟尘粉尘测量仪软件为平台, 通过中文短信的方式,用自动群呼和列队接收办法, 形成了崭新的环保监测网络。

4）可远程进行参数设置及数据传输, 通过中心控制软件, 方便地输入用户参数、校准仪器, 并可输出存储的测量数据。

1.4 本文主要研究内容

1.4.1 硬件电路

该粉尘测试仪是以采集5V的模拟信号并通过ADC0809转换成数字信号，再将比较过的数字信号动态显示在LCD上，若超过最高时报警。通过键盘来设定最高值。同时将市电转换成5V给各器件供电。我主要完成硬件电路的设计，只检测、显示分成的浓度。

1.4.2 系统联调

实现Protues和Keil的联调。在PROTEUS绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HEX，可以在PROTEUS的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。

4 目标代码文件：*.HEX由Keil编译生成。最终模拟出显示结果。