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摘 要

PM2.5、PM10、SO2和重金属铅砷镍铬为雾霾的主要成分，PM2.5的空气动力学当量直径小于2.5 µm，它是可吸入颗粒物，它不仅属于严重的空气污染物，而且还是多种重金属以及其他粉尘的载体。PM2.5常常可以长时间的在空气中漂浮，随风移动，因此其具有污染距离长范围广的特性。由于PM2.5的强传播性、长停留性、使空气能见度变低、重金属和有毒物质易附性、强污染性等特性导致它严重影响城市和地区的环境空气质量和正常的居民日常生产生活，因此实时监PM2.5是十分重要的。本设计通过使用夏普GP2Y1010AU0F芯片检测PM2.5的浓度电压，再由模数转换芯片ADC0832将检测的模拟电压转换为数字电压输入AT89C51单片机最小系统，最后把测量值显示在显示器上，显示器使用LCD1602液晶显示，当检测浓度大于预设浓度时LED灯亮并且蜂鸣器报警。

关键词：PM2.5，单片机，夏普GP2Y1010AU0F，检测，报警。

第二章 主要元器件选择

2.1、AT89C51单片机
AT89C51是一种高效率高灵活性的单片机，它内带4 K字节的flash存储器的C MOS 8位微处理器，并且内带2 K 字节的可编程/擦除只读存储器，其可以擦除超过999次。AT89C51之所以灵活是因为它的制造使用ATMEL（爱特梅尔）公司高密度且不容易丢失的制造技术，所以AT89C51兼容MCS-51系列单片机的指令集和I/O口。AT89C51之所以高效是因为它将8位CPU和FLASH存储器集成在一块芯片中，这样使得CPU运算速度和读取数据的速度加快，因此AT89C51单片机很适合作为嵌入式系统的核心单片机。
AT89C51单片机有4 K B的Flash memory，低128 B的用户RAM，32个输入/输出接口，2个16位计数器/定时器，中断结构，串行通信口以及内部振荡和时钟电路等多种标准功能。其中中断结构是5向量两级的，串行通信口是全双工的。当振荡为0赫兹时AT89C51为静态逻辑操作，并且可以在CPU停止运行的时候保持随机存取存储器，定时器和计数器，中断和串行通信口工作。芯片停止供电时随机存取存储器的数据会被保存，此时晶振电路停止运行而且除了RAM 以外的所有部分都停止运行，除非出现复位。AT89C51和其他的单片机一样，都是将CPU等多种计算机最小系统所必须的器件集中在一块小芯片上，AT89C51单片机有以下几个部件：
（1）1个8位CPU。
（2）1个时钟电路和1个片内振荡器。
（3）4 KB ROM程序储存器。
（4）128 字节 随机存取数据存储器。
（5）2个16位Counter / timer。
（6）可寻址64KB外部数据存储器（External data memory）。
（7）32条可编程输入/输出接口，其中有4个8位的并行输入/输出接口。
（8）1个可编程双工串行接口。
（9）5个中断源、2个优先级嵌套中断。

AT89C51的DIP封装如图2.1：

图 2.1 AT89C51引脚图

第三章 设计各模块电路介绍

3.1、电路设计框图和原理图
电路设计框图如图3.1：

图3.1 电路设计框图

电路原理图如图3.2：

图3.2 电路原理图
如图3.2为基于单片机的PM2.5浓度检测报警系统的设计电路原理图，左上角的RV1为滑动变阻器，它的作用是模拟传感器芯片GP2Y1010AU0F，连接滑动变阻器的芯片是模数转换芯片ADC0832，中间位单片机最小系统，下面是按键模块，右上角是显示模块LCD1602液晶显示器，液晶显示模块包括上拉电阻R,右下角是报警模块，通过仿真显示本设计电路原理和连接都是正确的。
3.2、单片机最小系统介绍
单片机的最小系统就是由最少的电路器件构成的能正常运作的系统，一般情况下MCS-51系列的单片机的最小系统由单片机，晶振电路和复位电路组成。
本设计的单片机最小系统如图3.3：

图3.3 单片机最小系统
第四章 软件和流程图
4.1、keil 软件简介
Keil C51是America Keil软件company研发的专门为51系列单片机做C语言编程开发的软件。相对于汇编语言来说，C语言有很多优势，比如容易学学习，编程指令简单易理解，功能强大，结构清晰，便于维护，嵌入性高。此软件由C语言编译，宏汇编，库管理以及仿真调试等多个实用性极强的部分组成。Keil C51的数据库里面含有许多函数，所以在C语言编程的时候能轻易调用,而且其生成汇编代码的效率非常的高，并且紧凑，所以在进行超大规模的软件开发上拥有更好的优势。综上所述，本的程序语言选择C语言，编译软件设计选择Keil C51。
Keil C51的操作界面如图4.1所示：

图4.1 Keil C51的操作界面
4.2、proteus设计仿真软件介绍
本设计选择Proteus作为仿真软件，Proteus是由United Kingdom的实验室中心电子公司研发的电子设计自动化工具软件。Proteus拥有三大功能；（1）电路仿真；（2）PCB设计；（3）电路虚拟模型仿真。本设计不选择multisim作为仿真软件而选择Proteus软件是因为Proteus不仅有其他的电子设计自动化软件的仿真功能，它还能仿真单片机，并且Proteus使用简单方便运行功能强。Proteus还有以下功能：
（1）原理布图
（2）PCB自动或人工布线
（3）SPICE电路仿真
Proteus的革命性特点：
（1）互动的电路仿真电路可采用LED,LCD，模数/数模转换，RAM，ROM，一些SPI和IIC元件。
（2）仿真处理器及其外围电路
Proteus能仿真像MCS-51系列、A V R、P I C、A R M这些使用率高的单片机。也能在原理电路图的虚拟模型上直接编程，由输出显示，示波器和分析器显示并且通过分析运行电路的输入输出结果。Proteus拥有完善成熟的EDA开发前提，它是一个大型的电子电路设计平台。
Proteus操作界面如图4.2所示：

图4.2Proteus操作界面
4.3、程序流程图
主程序框图如图4.3所示：

图4.3 设计的主程序框图

第五章 仿真测试及分析

5.1、PM2.5浓度检测与报警系统的功能仿真
对系统的仿真结果如图5.1、图5.2：

图5.1 当测量值大于预设值时电路仿真

图5.2 当测量值小于预设值时电路仿真

仿真结果显示，如图5.1所示调整滑动变阻器使测量值为76大于报警预设值35所以LED灯亮蜂鸣器响，LCD1602液晶显示屏上显示76的测量值，预设值为35；图5.2显示当调整滑动变阻器测量值为25时小于预设值35时LED不亮蜂鸣器不响LCD1602液晶显示屏上显示测量值为25，预设值为35。所以本设计仿真基本实现功能。

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