殷兆彬
海北州建设工程检测试验中心 青海省门源县 810200
摘要：随着社会经济的快速发展，大气污染日益严重，已成为影响人类健康的主要因素之一。如果空气中二氧化碳浓度偏高，吸入过多会引起二氧化碳中毒、头晕、乏力等症状。高浓度的PM2.5会增加呼吸道感染、哮喘和支气管炎等疾病的症状。为了了解空气质量，改善生活环境，人们对空气质量检测仪的需求越来越大。市场上虽然有PM2.5、有毒气体等多种国产空气质量检测仪，但其功能相对简单，性价比相对较低，在一定程度上降低了人们的购买欲望。因此，设计一种多功能经济适用的空气质量检测仪具有良好的应用前景，对改善居住环境空气质量，提高健康水平具有重要意义。
关键词：单片机控制；空气质量；检测系统；设计；分析
1系统总体设计
1.1设计要求。
设计一个简单实用的空气质量检测报警系统，要求至少能对两种空气质量指标进行检测，并实时检测和显示，超限报警报警，成本低，性能稳定。
1.2系统框图。
系统采用模块化设计，主要分为六个模块。PM2.5粉尘传感器和SGP30气体传感器可以实时检测空气中PM2.5、二氧化碳和挥发性有机化合物VOC的浓度。测量数据可由ADC0832转换成数字量显示在液晶屏上。如果检测值超过设定阈值，蜂鸣器报警，提醒人们注意室内通风，厨房炒菜时要注意开门开窗，尽量避免室内吸烟，有条件的可以打开空气净化器，当各种检测值低于阈值时可以关闭，避免不必要的浪费。
2系统硬件设计
本文设计的空气质量检测系统硬件采用STC89C52单片机、GP2Y1014UPM2.5传感器、DHT11温湿度传感器、Ze08-ch2o甲醛传感器、LCD1602液晶显示器、ADC0832模数转换器等。
2.1 SCM最小系统。
STC89C52单片机是新一代单片机，具有速度快、功耗低、抗干扰能力强等优点。Stc89c52单片机的指令系统与传统的8051单片机完全兼容，有两种时钟周期供用户选择，即12时钟机周期和6时钟机周期。其工作电压范围为5.5v～3.3v或3.8v～2.0v，工作频率范围为0～40mhz，相当于普通80510～80mhz。实际工作频率高达4848mhz。单片机最小系统是保证单片机正常工作的最小单元。单片机最小系统由电源电路、时钟电路和复位电路组成，最小系统的电源电路为单片机的正常工作提供电源电压，时钟电路分为内部时钟和外部时钟两种工作模式，复位电路在单片机工作异常时提供了一种恢复初始状态的方法，是单片机系统的重要组成部分。
2.2 gp2y1014upm2.5传感器。
GP2Y1010AU0F是一种基于光学传感原理的粉尘传感器系统。红外发射二极管（IRED）和传感转换器呈对角线布置在装置上。它探测空气中灰尘的反射光。特别是，它可以探测到空气中非常细小的颗粒物，如香烟烟雾。另外，该传感器可以通过不同的电压波形来区分室内灰尘和烟雾。因此GP2Y1014U型PM2.5传感器可以有效捕获室内气体中的细颗粒物。
2.3模数转换器。
ADC0832是美国国家半导体公司开发的一种双通道模数转换器，因其性价比高而被引进，ADC083因其兼容性强、体积小、转换速度快、稳定性高等优点而被用户广泛应用。ADC083具有8位分辨率，最大分辨率可达256级。该传感器采集的数据经ADC0832转换成数字量，由单片机进行处理。
2.4 LCD1602液晶显示器。
液晶显示器是一种非常流行的电子通用器件，可用于家电、电子日历、电子手表等电子设备的屏幕显示，显示的主要是数字、特殊符号和图形。长沙尚曼电子有限公司的字符型LCD1602液晶显示器因其显示质量高、体积小、重量轻、功耗低等优点而得到广泛应用，LCD1602是一种设计用于显示字母、数字、符号等的点阵液晶显示器。通过LCD1602液晶显示屏，可以显示空气温湿度、PM2.5和甲醛浓度。
3系统软件设计
空气质量检测系统由硬件部分设计和软件部分设计共同完成，软件部分用于控制和驱动硬件系统，根据系统功能的不同，在软件部分设计了以下功能模块：，包括：系统主程序设计、温湿度检测子程序设计、PM2.5检测子程序设计、甲醛检测子程序设计、LCD显示子程序设计。以下是一些节目。
3.1主程序设计。
单片机上电后工作进入主程序，主程序在第一次初始化时，初始化单片机的主要参数子程序，包括液晶显示初始化、中断程序初始化、时钟初始化和传感器参数初始化，初始化后，进入数据采集阶段，各传感器采集相关数据，然后通过ADC0832将采集到的数据送入单片机进行数字量处理，并在LCD1602液晶显示器上显示。单片机将采集到的数据与设定的阈值进行比较，当超过阈值时，系统进行声光报警。按键动作会产生系统中断，执行相应的按键加减程序。
3.2温湿度检测子程序。
温湿度检测采用DHT11型温湿度传感器。在传感器采集温度和湿度之前，先将数据引脚分别拉下18ms，总线和主机分别拉下20us，然后将主机设置为输入模式，等待数据输入，然后判断下位机是否有信号响应，如果没有响应信号，然后返回上拉并继续等待，确定是否有响应信号，如果有响应信号，程序继续向下执行，进入数据接收模式，开始接收温湿度传感器采集的温湿度数据，接收的是16位数据，其中接收到的数据为高8位整数，低8位小数，然后通过单片机的处理，显示在液晶显示屏上。
3.3pp2.5检测子程序设计。
PM2.5传感器为GP2Y1014UPM2.5。PM2.5传感器通过单片机的串口与之通信。单片机接收到数据后，判断接收到的数据是否包含PM2.5的数据信息，通过识别关键标记确定确认，如果包含“0XAA”关键字，则认为包含PM2.5的数据信息，并通过液晶显示器从显示器中提取PM2.5值。如果没有“0XAA”关键字，则返回继续接收GP2Y1014UPM2.5传感器数据采集、检测。
4对于改善空气质量建议
为改善空气质量，建议大气污染物主要来自装饰材料、油漆等。装饰材料中所含的污染物会缓慢向外迁移挥发，污染室内空气，且过程相对较长。目前，净化空气污染的方法主要有以下几种：一是对室内木质材料和墙面喷涂清洁剂。第二种是放置在木地板和房间内的吸附剂。三是利用生物方法，在植物中吸收污染物。喷涂剂只能清除空气中吸附在表面的污染物，其内部污染物会不断扩散出去，无法从根本上解决。在放置吸附剂时只能吸附少量与之接触的污染物，非接触时不能被吸附。植物被怀疑吸收空气中的污染物。因此，后处理改善室内空气质量的效果有限。建议全过程控制大气污染隐患。一是从源头上控制装修材料质量，购买符合《关于贯彻执行室内装饰装修材料有害物质限量10项强制性国家标准的通知》（国家质检总局第392号）要求的绿色环保、有害物质含量低的装饰材料标准信函[2002]）。二是装修完成后，开窗通风，待验收合格后再入住。三是入住后保持室内通风，有利于减少污染物对人体健康的影响。
5结论
设计了一种基于Stc89c52的空气质量检测报警系统，可实时检测空气中PM2.5、二氧化碳和挥发性有机物的浓度，经模数转换后显示在LCD液晶显示器上，具有超限蜂鸣器报警功能。该设计具有实现简单、成本低的优点，打破了目前市场上探测器功能单一的缺陷，易于被普通家庭所接受。由于检测系统采用模块化设计，可扩展性强，可以增加相应的模块，使本系统具有一定的智能功能。
参考文献
[1]马须敬.室内空气质量检测设备的设计[J].青岛科技大学学报(自然科学版),2017,38(S1):76-77+80.
[2]马传彬,王志坤.空气质量检测与传感器的应用[J].电子世界,2017(11):143.
[3]李雪莲.室内空气质量检测与新风机控制系统的设计[D].山东科技大学,2017.
[4]杨薇薇.环境空气自动监测中的质量保证与质量控制[J].节能,2017,36(04):78-79.