基于单片机和DSM501测量PM2.5
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【摘要】设计了一种基于51单片机的灰尘检测仪，主要的元器件有AT89C52，dsm501 ，还有简单的液晶显示模块LCD1602。此设备可用于检测室内的PM2.5的单位时间内的数目，使使用者对室内的PM2.5的含量有一个直接的认识。
【关键词】PM2.5检测仪;单片机;DSM501
PM2.5，最近大家都在讨论的一个名词，雾霾现象的频发，使人们对PM2.5的关注度越来越高。PM2.5有可以叫做可如肺颗粒物，它在空气动力学当量直径小于等于2.5um的颗粒，且能够较长时间的悬浮于空气之中，它在空气中的浓度越高时，就代表发生雾霾的可能性越大。
2013年2月，全国科学技术名词审定委员会将PM2.5的中文名称命名为细颗粒物。细颗粒物的主要化学成分主要包括有机碳（OC）、元素碳（EC）、硝酸盐、硫酸盐、铵盐、钠盐（Na+）等粒子。
雾霾不仅对我们的环境有很大的危害，对我们身体造成的危害更加不可忽视。由于PM2.5粒子半径径小，表面积大，活性强，易附带有毒、有害物质（如，重金属、微生物等），且在大气中的停留时间较长，就可以直接进入我们的肺部，将传染病等带入我们的体内，对我们的健康造成直接的危害。PM2.5既可以源于自然，也可以源于人为。自然来源不是造成PM2.5超标的主要原因。绝大部分的来源东都是人为的，我们主要介绍长沙PM2.5的主要来源。其来源可以分为两类。第一直接排放的颗粒物，包括汽车尾气，道路扬尘，以及秸秆的焚烧。第二类是二次颗粒物的污染，主要是前体物氮氧化物、SO2、挥发性有机物等排放到空气中，通过化学反应产生的硝酸盐、硫酸盐、二次有机气溶胶等。对于这些人为造成的超标，我们无法在短时间内解决。因此暂时先只能设计一种PM2.5的测量装置。在一定程度上保护我们自己。
1.总体框图设计
该检测仪的芯片选用的是AT89C52的单片机，该单片机与传感器DSM501，蜂鸣器，LCD1602构成的系统。利用DSM501进行数据的采集，AT89C52进行数据的处理。可实现如下的功能：LCD1602进行当前pm2.5浓度的实时显示，当被测量对象的值大于阈值时，蜂鸣器进行报警，提醒人们对室内环境进行处理。
图1 检测仪系统框图
2.硬件电路介绍
2.1 系统电路
因为DSM501采用的PWM脉宽的调制输出，因此能和单片机进行很好的兼容，也就是说：DSM501采集到的信号能够直接被单片机使用，进行运算。电路图如图2所示。
2.2 LCD1602液晶显示
LCD1602采用长沙太阳人公司生产的产品。该产品它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。1602LCD是指显示的内容为16X2，即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。
图2 简略电路图
图3 输出波形
图4 粒子数目与低脉冲率
2.3 DSM501传感器
DSM501是韩国SYHITECH专利产品，其特点是：采用PWM脉宽调制输出、采用粒子计数原理、可以灵敏检测到空气中的粒子直径在1um以上悬浮物、其中有一个内置的加热器，可以将周围的空气自动的吸入其中进行检测、并且尺寸很小，重量很轻，容易安装使用。
DSM501共有5个引脚，其中输出脚为2脚和4脚，区别在于2脚的粒子检测的最小值为1微米，而4脚的检测最小值为2.5微米，3脚接5V的电源，5脚接地，1脚作为控制脚，外接电阻调节4脚的灵敏度。
DSM501的工作电压是5.0V?±0.5，最大工作电流为90mA。当检测到1微米以上的粒子时，会输出0.7V左右的低电平，当没有粒子时，输出的是4.5V左右的高电平。可以通过低脉冲率计算出单位时间内空气中的粒子数目。输出波形如图3所示。
通过低脉冲率可以计算出当前空气中的粒子数目（低脉冲率计算公式RT=LT/UT*100%）。图4为低脉冲率与粒子数目之间的关系。
图5 流程图
3.软件介绍
该软件的功能就是实现对DSM501数据的处理，将低脉冲率经过单片机的处理变成空气中粒子的数目，再通过LCD1602显示出来。软件主要包括如下几个部分：
（1）单片机，DSM501，LCD1602的初始化;
（2）单片机对数据的处理;
（3）数据的进制转化;
（4）将数据送到LCD1602进行显示。
软件编写采用的汇编语言进行编写，虽然汇编语言的可移植性不高，但是它也有它自己的优点，比较的安全，稳定。程序流图如图5所示：
4.结束语
此设计主要的特点是能够实时的检测空气中PM2.5的粒子数，为人们的提供一个较为准确的数值。特点是：实时检测，实时报警，且价格低廉，体积小，携带方便，便于安装，检测结果清晰，直观。是一种低成本，高使用价值的产品。
参考文献
[1]徐惠民.单片微型计算机原理接口及应用[M].北京：北京邮电大学出版社，2000：260-262.
[2]沙占友.数字化测量技术与应用[M].北京：机械工业出版社，2004：59-63.
全国大学生创新性实验项目（国家）（项目编号：201310536006）多参数室内环境检测仪的设计与研究。
指导教师：文卉。