基于51单片机的pm2.5空气质量监测仪仿真设计

51单片机pm2.5监测仪仿真设计( proteus仿真+程序+报告+讲解视频）

仿真图proteus 7.8及以上

程序编译器：keil 4/keil 5

编程语言：C语言

设计编号：S0032

主要功能：

1.设计要求

采用51单片机作为核心控制器，检测pm2.5浓度。

简要设计内容：

1、pm2.5的检测与显示；

2、当pm2.5>100时报警；

3、其他创新内容

具体功能：

1.通过ADC0832检测pm2.5的值，仿真通过滑动变阻器改变PM2.5数值。

2.LCD1602第一行显示PM2.5实时检测值，第二行显示报警值。

3.默认当pm2.5>100时蜂鸣器报警。

4.可以通过按键设置pm2.5的报警值。

以下为本设计资料展示图：

讲解演示视频

仿真

开始仿真

1.通过ADC0832检测pm2.5的值，仿真通过滑动变阻器改变PM2.5数值。

2.LCD1602第一行显示PM2.5实时检测值，第二行显示报警值。

3.默认当pm2.5>100时蜂鸣器报警。

4.可以通过按键设置pm2.5的报警值。

程序

#include <reg52.h>
#include <intrins.h>
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char //宏定义
sbit RS=P1^6;//液晶接口
sbit EN=P1^7;

sbit LED = P2^0;//粉尘传感器控制接口

sbit ADCS = P3^7;//AD0832接口
sbit ADCLK =P3^5;
sbit ADDI = P3^6;
sbit ADDO = P3^6;		  

sbit SET= P1^1;//按键接口
sbit ADD= P1^2;
sbit DEC= P1^3;

sbit BEEP=P2^1;//蜂鸣器接口

uchar set_st;
uchar tab[5];
uint DUST_SET=100; //固体颗粒的阈值

//bit shanshuo_st; //闪烁间隔标志
bit beep_st; //蜂鸣器间隔标志
uchar x=4; //计数器
//定义标识
uchar FlagStart = 0;
float DUST_Value;
uint DUST;
uchar num=0;
uchar mm;
uchar abc;
uchar ADC_Get[10]={0}; //定义AD采样数组
uchar str[5]={0};

/*****初始化定时器0*****/
void InitTimer(void)
{
	TMOD = 0x01;
	TL0 = (65536-10000)/256; //定时10ms
	TH0 = (65536-10000)%256;
	TR0 = 1;
	ET0 = 1;
	EA = 1;
}
/*************************lcd1602程序**************************/
void delay1ms(uint ms)//延时1毫秒
{ 
    uint i,j;
	for(i=0;i<ms;i++)
	for(j=0;j<100;j++);
}

void wr_com(uchar com)//写指令//
{ 
    delay1ms(1);
	RS=0;
//	RW=0;
	EN=0;
	P0=com;
	delay1ms(1);
	EN=1;
	delay1ms(1);
	EN=0;
}
void wr_dat(uchar dat)//写数据//
{ 
    delay1ms(1);;
	RS=1;
//	RW=0;
	EN=0;
	P0=dat;
	delay1ms(1);
	EN=1;
	delay1ms(1);
	EN=0;
}
/*****************************液晶初始化
*********************************************/
void lcd_init()//初始化设置//
{ 
	delay1ms(15);
	wr_com(0x38);
	delay1ms(5);
	wr_com(0x01);
	delay1ms(5);
	wr_com(0x06);
	delay1ms(5);
	wr_com(0x0c);
	delay1ms(5);

	wr_com(0x80);
	wr_dat('P');//
	wr_com(0x81);
	wr_dat('M');//:
	wr_com(0x82);
	wr_dat('2');//
	wr_com(0x83);
	wr_dat('.');//:
	wr_com(0x84);
	wr_dat('5');//:
	wr_com(0x85);
	wr_dat(':');


	wr_com(0x8b);
	wr_dat('u');
	wr_com(0x8c);
	wr_dat('g');
	wr_com(0x8d);
	wr_dat('/');
	wr_com(0x8e);
	wr_dat('m');
	wr_com(0x8f);
	wr_dat('3');
	


/

	wr_com(0xc0);
	wr_dat('A');
	wr_com(0xc1);
	wr_dat('l');
	wr_com(0xc2);
	wr_dat('a');
	wr_com(0xc3);
	wr_dat('r');
	wr_com(0xc4);
	wr_dat('m');
	wr_com(0xc5);
	wr_dat(':');

	wr_com(0xcb);
	wr_dat('u');
	wr_com(0xcc);
	wr_dat('g');
	wr_com(0xcd);
	wr_dat('/');
	wr_com(0xce);
	wr_dat('m');
	wr_com(0xcf);
	wr_dat('3');
}
/*****************显示函数******************************/
void disp(unsigned int Data)//PM2.5值显示
{
	uint Temp;
	Temp=Data%10000;
	str[0]=' ';//Temp/1000+0x30; //千位
	Temp%=1000;
	str[1]=' ';
	str[2]=Temp/100+0x30; //百位
	Temp%=100;
	str[3]=Temp/10+0x30; //十位
	str[4]=Temp%10+0x30; //个位
	wr_com(0x86);
	wr_dat(str[0]);
	wr_com(0x87);
	wr_dat(str[1]);
	wr_com(0x88);
	wr_dat(str[2]);
	wr_com(0x89);
	wr_dat(str[3]);
	wr_com(0x8a);
	wr_dat(str[4]);

}
/************************报警值显示************************************/ 
void baojing()
{
	wr_com(0xc6);
	wr_dat(tab[0]);
	wr_com(0xc7);
	wr_dat(tab[1]);
	wr_com(0xc8);
	wr_dat(tab[2]+0x30);
	wr_com(0xc9);
	wr_dat(tab[3]+0x30);
	wr_com(0xca);
	wr_dat(tab[4]+0x30);
}
/*****延时子程序*****/
void Delay(uint num)
{
while( --num );
}
/**************************按键检测
*******************************************/
void checkkey()
{
	if(SET==0)
	{
	Delay(2000);
	do{}while(SET==0);
	set_st++;
	if(set_st>1)set_st=0;
	}
	if(set_st==0)
	{
	}
	else if(set_st==1)
	{
	if(DEC==0)
	{
	Delay(2000);
	do{}while(DEC==0);
	if(DUST_SET>0)DUST_SET--;
	if(DUST_SET==0)DUST_SET=0;
	}
	if(ADD==0)
	{
	Delay(2000);
	do{}while(ADD==0);
	DUST_SET++;
	if(DUST_SET>800)DUST_SET=800;
	}
	}
	tab[0]=' ';//DUST_SET/1000;
	tab[1]=' ';
	tab[2]=DUST_SET%1000/100;
	tab[3]=DUST_SET%100/10;
	tab[4]=DUST_SET%10;
}
/*****报警子程序*****/
void Alarm()
{
	if(x>=10){beep_st=~beep_st;x=0;}
	if(DUST>DUST_SET&&beep_st==1)BEEP=0;
	else BEEP=1;
//	if(DUST>0&&DUST<100){LED2=0;LED3=1;LED4=1;}
//	if(DUST>=10&&DUST<300){LED2=1;LED3=0;LED4=1;}
//	if(DUST>=300){LED2=1;LED3=1;LED4=0;}
	}
/**************************AD0832转换程序
***********************************************/
uchar ADC0832(bit mode,bit channel) //AD转换，返回结果
{
	uchar i,dat,ndat;
	ADCS = 0;//拉低CS端
	_nop_();
	_nop_();
	ADDI = 1; //第1个下降沿为高电平
	ADCLK = 1;//拉高CLK端
	_nop_();
	_nop_();
	ADCLK = 0;//拉低CLK端,形成下降沿1
	_nop_();
	_nop_();
	ADDI = mode; //低电平为差分模式，高电平为单通道模式。
	ADCLK = 1;//拉高CLK端
	_nop_();
	_nop_();
	ADCLK = 0;//拉低CLK端,形成下降沿2
	_nop_();
	_nop_();
	ADDI = channel; //低电平为CH0，高电平为CH1
	ADCLK = 1;//拉高CLK端
	_nop_();
	_nop_();
	ADCLK = 0;//拉低CLK端,形成下降沿3
	ADDI = 1;//控制命令结束(经试验必需)
	dat = 0;
	//下面开始读取转换后的数据，从最高位开始依次输出（D7~D0） 
	for(i = 0;i < 8;i++)
	{
	dat <<= 1;
	ADCLK=1;//拉高时钟端
	_nop_();
	_nop_();
	ADCLK=0;//拉低时钟端形成一次时钟脉冲
	_nop_();
	_nop_();
	dat |= ADDO;
	}
	ndat = 0; //记录D0
	if(ADDO == 1)
	ndat |= 0x80;
	//下面开始继续读取反序的数据（从D1到D7）
	for(i = 0;i < 7;i++)
	{
	ndat >>= 1;
	ADCLK = 1;//拉高时钟端
	_nop_();
	_nop_();
	ADCLK=0;//拉低时钟端形成一次时钟脉冲
	_nop_();
	_nop_();
	if(ADDO==1)
	ndat |= 0x80;
	}
	ADCS=1;//拉高CS端,结束转换
	ADCLK=0;//拉低CLK端
	ADDI=1;//拉高数据端,回到初始状态
	if(dat==ndat)
	return(dat);
	else
	return 0;
}
/*****定时器0中断服务程序*****/
void timer0(void) interrupt 1
{
	uint j;
	TL0 = (65536-10000)/256; //定时10ms
	TH0 = (65536-10000)%256;
	LED=1; //开启传感器的ＬＥＤ
	x++;
	for (j=0;j<30;j++); //0.28ms //延时0.28ms
	abc=ADC0832(1,0); //开启ADC采集
	FlagStart=1;
	TR0 = 0; //先关闭定时器0
	EA = 0;
	LED=0;//关闭传感器LED
}
//中值滤波
//算法：先进行排序，然后将数组的中间值作为当前值返回。
uchar Error_Correct(uchar *str,uchar num)
{
	unsigned char i=0;
	unsigned char j=0;
	unsigned char Temp=0;
	//排序
	for(i=0;i<num-1;i++)
	{
	for(j=i+1;j<num;j++)
	{
	   if(str[i]<str[j])
		{
		Temp=str[i];
		str[i]=str[j];
		str[j]=Temp;
		}
	}
}

	//去除误差，取中间值
	return str[num/2];
}
/*****主函数*****/
void main(void)
{
	InitTimer(); //初始化定时器
	BEEP=1;
	lcd_init();//初始化显示
	delay1ms(500);
	while(1)
	{

	 checkkey();//按键检测
	if(set_st==0)
	{
		//wr_com(0x0c);
		if(FlagStart==1) //1次数据采集完成
		{
		num++;
		ADC_Get[num]=abc;
		if(num>9)
		{
		num=0;
//		DUST=Error_Correct(ADC_Get,10); //求取10次AD采样的值 
//		DUST_Value=(DUST/256.0)*5000; //转化成电压值MV
//		DUST_Value=DUST_Value*0.17-100; //固体悬浮颗粒浓度计算 Y=0.17*X-0.1 X--采样电压V
	
		DUST=Error_Correct(ADC_Get,10);
	    DUST_Value=(DUST/256.0)*5;//转化成电压值
	    DUST_Value=(DUST_Value*0.17-0.1)*1000;//固体悬浮颗粒浓度计
	
		if(DUST_Value<0) DUST_Value=0;
		if(DUST_Value>760) DUST_Value=760; //限位
		DUST=(uint)DUST_Value;
		}
		TL0 = (65536-10000)/256;
		TH0 = (65536-10000)%256;
		TR0 = 1; //开启定时器0
		EA = 1;
		FlagStart=0;
		}
		Alarm(); //报警检测
	}

		if(set_st==1)//报警值闪动
		{
//		wr_com(0xca);
//		wr_com(0x0d);
//		delay1ms(150);
		}
	}
}

设计报告

报告格式规范，字数13739，含各种框图。

1.1、设计的主要内容和意义

1.1.1、设计的主要内容

本设计提出的检测空气质量PM2.5的方案最基本的实现方法是由单片机、粉尘监测传感器、显示模块、报警模块等组成的电路， GP2Y1010AU0F粉尘传感器采集空气中PM2.5的浓度值，经过51单片机处理后，在LCD1602液晶上显示，并通过LED和蜂鸣器提示浓度状态。

1.1.2、设计的主要意义

21世纪的今天，科学技术的发展日新月异，科学技术的进步同时也带动了测量技术的发展，现代控制设备不同于以前，它们在性能和结构发生了翻天覆地的变化。我们已经进入了高速发展的信息时代，测量技术是当今社会的主流，广泛地深入到应用工程的各个领域。

因为空气质量的恶化，阴霾天气现象出现增多，危害现象加重。中国不少地区把阴霾天气现象并入雾一起作为灾害性天气预警预报。统称为“雾霾天气”。雾霾主要由PM2.5、PM10、PM0.1以及重金属镍砷铬铅等颗粒组成。在空气动力学和环境气象学中，颗粒物是按直径大小来分类的，粒径小于100微米的称为TSP(TotalSuspendedParticle)，即总悬浮物颗粒；粒径小于10微米的称为PM10(PM为ParticulateMatter缩写)，即可吸入颗粒物；粒径小于2.5微米的称为PM2.5，即可入肺颗粒物，它的直径仅相当于人的头发丝粗细的1/20。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它与较粗的大气颗粒物相比，粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量影响更大。

世界卫生组织发布的报告显示，无论是发达国家还是发展中国家，目前大多数城市和农村人口均遭受到颗粒物对健康的影响。高污染城市中的死亡率超出相对清洁城市的15%至20%。据统计，在欧洲，PM2.5每年导致386000人死亡，并使欧盟国家人均期望寿命减少8.6个月。人体的生理结构决定了对PM2.5没有任何过滤、阻拦能力，而PM2.5对人类健康的危害却随着医学技术的进步，逐步暴露出其恐怖的一面。气象专家和医学专家认为，由细颗粒物造成的灰霾天气对人体健康的危害甚至要比沙尘暴更大。粒径10微米以上的颗粒物，会被挡在人的鼻子外面；粒径在2.5微米至10微米之间的颗粒物，能够进入上呼吸道，但部分可通过痰液等排出体外，另外也会被鼻腔内部的绒毛阻挡，对人体健康危害相对较小；而粒径在2.5微米以下的细颗粒物，直径相当于人类头发的1/10大小，不易被阻挡。被吸入人体后会直接进入支气管，刺激呼吸道，干扰肺部的气体交换，从而引发咳嗽、呼吸困难、哮喘、慢性支气管炎等呼吸系统的疾病并导致心律不齐、非致命性心脏病等心血管方面的疾病。其中，老人、小孩以及心肺疾病患者是PM2.5污染的敏感人群。

因此，对PM2.5的监测与治理便显得越来越重要。

资料清单以及下载方式

见视频