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1、 河南科技大学毕业设计（论文）毕 业 设 计（论 文） 题目：基于单片机空气PM2.5浓度检测系统设计河南科技大学毕业设计开题报告课题名称基于单片机空气PM2.5浓度检测系统设计学生姓名于海洋专业班级机电114课题类型硬件设计指导教师徐莉萍职称教授课题来源科研1. 设计（或研究）的依据与意义设计的依据：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，他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。监测PM2.5的原理以及硬件都在明显的改善，软件的简化功能的
2、增加。本课题的背景是根据基于专业的精细的检测仪基础上，来设计便携式的PM2.5检测仪，携带方便，现在具有粉尘传感器，单片机，LCD液晶,及蜂鸣报警器，模拟信号的转化为数字信号，数据采集电路采集PM2.5的浓度值，并由微控制器分析处理数据，最后由液晶显示屏显示相应的结果，小巧的装置可以应对现在人们的监测，以及微机原理的接口技术单片机原理，显示屏的装置技术，信号的转换与放大技术，调理电路的器件实现，调理电路的原理误差减少等明显的提高，单片机的仿真软件的出现单片机电子电路的仿真大大改善了现在的设计困难程度。设计的意义：近年来，雾霾问题引起了大家的重视，也影响了民众的生活，灰蒙蒙的天气也引起了大家的恐
3、惧。因为空气质量的恶化，雾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并入雾以其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,以及重金属珅铬铅等颗粒组成。有关雾霾的重大事件层出不穷，如1952年伦敦烟雾事件，伦敦杀人雾在四天内夺走了4000多天人命；还有2013年初北京肆虐横行的雾霾事件，轰动一时。因此，对PM2.5的测量显得越来越重要。让大家了解雾霾的成因及危害，雾霾天气应该注意的事项，保护好自己。普及雾霾问题和了解PM2.5的简单测定，并且符合环保保护的要求。而央视前记者柴静拍摄的记录片苍穹之下就是对现在问题的根本性的揭露，我们不仅要
4、为了我们自己能够生活在一个更加明媚，更加阳光，白云万里的世界里而奋斗，而且还要保证以后的子孙后代都应该享受这样的天空。其次，雾霾会引发很多的疾病，尤其是肺部方面的疾病，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疾病并导致心律不齐、非致命心脏病等心血管方面的疾病。也会引发很多的综合性疾病，检测雾霾天气的危害，并使之达到环境保护要求已经刻不容缓。2. 国内外同类设计（或同类研究）的概况综述国内外的设计主要是在下面方法的基础上实现的重量法所谓重量法是指将PM2.5直接截留在滤膜上，然后用天平称重。滤膜并不能把所有的PM2.5都收集
5、到，一些极细小的颗粒还是能穿过滤膜。但只要滤膜对于0.3m以上的颗粒截留效率大于99%，就算合格。因为所损失的极细小颗粒物对PM2.5的重量贡献很小，对分析结果影响不大。目前按照重量法设计的采样设备较多，如中国生产的TH150型智能中流量颗粒物采样器、四通道PM2.5采样器（PR2300）、美国URG公司生产的通用型大气污染物采样仪（URG3000k）、德国GRIMM分析仪等。这些采样器利用Teflon膜或PTEE滤膜对PM2.5进行采样，再采用称重法计算颗粒物质量浓度。重量法是最直接、最可靠的方法，是验证其他方法是否准确的标杆。然而重量法需要人工称重，程序比较繁琐而费时。因此，这种方法及仪器
6、多应用于进行单点、某时间段内的采样与监测，为大气污染调查、研究提供数据。射线吸收法将PM2.5收集到滤纸上，然后照射一束射线，射线穿过滤纸和颗粒物时由于被散射而衰减，衰减的程度与PM2.5的重量成正比。根据射线的衰减就可以计算出PM2.5的重量。由于这种方法可实现自动、连续监测，因此多应用于大气环境监测业。这种方法一般要求都比较高，设备比较昂贵，适用于大型的研究设备以及大型的研究场合。微量振荡天平法基于微量振荡天平法研制的采样器由空心玻璃管、滤芯等组成。该空心玻璃管一头粗一头细，粗头固定，细头装有滤芯。工作原理为：空气从粗头进，细头出，PM2.5就被截留在滤芯上。在电场的作用下，细头以一定频率
7、振荡，该频率和细头重量的平方根成反比，于是，根据振荡频率的变化算出收集到的PM2.5的重量。该方法可实现自动、连续监测。因此，近年来我国多个地区采用微量振荡天平法测定PM2.5浓度。例如，2011年沈阳市环境监测中心站采用“赛默飞世尔”的1405型振荡天平法颗粒物监测仪对PM2.5进行了长期的监测和分析。除了以上三种PM2.5重量测定方法外，还有利用光散射的原理测定颗粒物浓度的方法。但是，这种方法并没有被各国环保部门采纳为标准方法，虽然目前有依据此原理制成的专业仪器在某些科研中时有运用。该测定方法的原理是：空气中的颗粒物浓度越高，对光的散射就越强；测定光的散射后，理论上就可以算出颗粒物浓度。但
8、在实际运用中，由于光的散射与颗粒物浓度之间的关系是受到诸多因素的影响，例如颗粒物的化学组成、形状、比重、粒径分布等，而这些都取决于污染源的组成。这意味着光散射和颗粒物浓度之间的换算公式随时随地都可能在变，需要仪器使用者不断地用标准方法进行校正。有研究者做过理论计算：利用光散射仪测定PM2.5，至少有3040%的不确定性。这种不确定性是这类仪器固有。所以需要其不断地去校正，为以后的测量能够更加的准确，得有相对接近事实的数据。3. 课题设计（或研究）的内容首先通过PM2.5粉尘传感器及检测电路对周围环境中的PM2.5的浓度值数据进行采集，由模数转换电路将PM2.5检测电路输出的模拟量转换成数字量，
9、并将数据传送给微控制器，并由微控制器对数据进行处理分析。一方面将处理的结果显示在LCD1602液晶显示屏上，使PM2.5的检测结果一目了然，方便人们随时随地的了解周围的PM2.5的状况。另一方面，如果PM2.5的浓度过高，便由微控制器通过报警电路进行必要的提醒，报警部分主要由LED指示灯和蜂鸣器组成。并设计其外壳的形状，便于携带，小巧并且美观。4. 设计（或研究）方法 通过看视频及查看资料对单片机、LCD、微控制器、模数转换的应用学习，熟悉芯片的功能,学习相应的函数，程序设计等，用芯片实现模数/数模转换及音频的噪音处理和压缩，编码，解压，解码等。通过查资料，看相关的作品，分析模数转换的相对转换
10、，如何实现报警的相关程序，理解并编好需要的程序，逐步实现本课题需要的功能。通过仿真软件的仿真看时候能够实现需要的要求，逐步的改进其需求。然后按照要求做出实物，做实验验证其合理性及实用性并查找资料设计其外观的几何形状的设计。5. 实施计划1、第34周： 查阅资料，完成开题报告，确定总体方案；2、第512周 ： 设计硬件电路、编写程序，联机调试；3、第1314周 ：编制设计说明书；组装实物并试验；准备答辩；4、第15周 ： 答辩。指导教师意见指导教师签字： 年 月 日教研室意见教研室主任签字： 年 月 日毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我
11、个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利
12、为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入
13、有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文
14、原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订基于单片机空气PM2.5浓度检测系统设计摘 要随着柴静的纪录片苍穹之下的播放，现在的人们对PM2
15、.5已经变得更加的熟悉了。了解它的危害以后，监测PM2.5已经变得具有非常重要的意义，尤其是小型便携式的让能够让我们我们随时随地的对空气质量进行检测，确保我们周围环境的质量。同时现代社会的经济和社会得到了充分地发展，高科技技术应用于社会的例子已经屡见不鲜，尤其在单片机快速发展的今天，单片机应用于现今检测设备已经越来越多，形成了一定的规模，越来越小型化和多样化。本课题主要是采用单片机对空气浓度PM2.5的测量系统。此系统把传感器技术与单片机的控制技术，AD转换技术相结合,实现对空气颗粒浓度的采集。把模拟量转换成数字量，经过单片机的处理计算后，在显示屏上显示。 实践证明，该设计系统电路便于人们对身边的空气质量进行
