简易室内温度及空气质量监测系统设计

4.3 GP2Y1010型粉尘传感器

　　可吸入肺颗粒物浓度检测传感器模块选用的是夏普公司的GP2Y1010AU0F，该模块是使用感光原理工作的，其中有一个红外发光二极管和一个光电晶体管对角布置。如图3所示，通过产生一定时间长度、一定电压值的脉冲信号，即检出灰尘浓度。采样信号出现高脉冲之后经过一定的延时再进行采样，数据稳定可靠，输出的信号有0.28ms的上升时间，避免在这个时间段，对输出脉冲进行采样。

　　一般情况下，香烟的烟粒子细微、密度高，会大范围漂移并呈扩散式。与此相比，灰尘颗粒分散且大，密度低，断断续续通过的检出区。烟输出电压是连续的，灰尘则是间隔的。

　　可吸入肺颗粒物浓度检测模块即PM2.5模块的输出电压与灰尘浓度的曲线存在分段的近似线性。将相近的数学函数表达式，编入程序，即可和搭建的硬件模块进行室内环境可吸入肺颗粒物浓度的检测。

　　本设计的GP2Y1010模块电路图如图4所示。其中2SC2815型的NPN管是为了增加GP2Y1010的3号引脚LED的驱动能力，2SC2815型的NPN管基极引脚。P35号接线，是连接2SC2815的NPN管的基极与单片机的15号引脚的接线，即为GP2Y1010提供输入脉冲，GP2Y1010的模拟输出接一个20K的电阻，直接给模数转换器PCF8591，又因为单片机也用的是+5V直流电压，所以其6号引脚不需要接分压电阻即可。

4.4 A/D模块的设计

　　本系统中由于GP2Y1010是模拟信号传感器，所以这个部分的转换需要A/D模块，本设计选择用PCF8591 这个8位的多位模拟输入单片集成芯片。PCF8591是8位的单片获取数据的器件。其中1号引脚、2号引脚和3号引脚可用于硬件编程，均为地址引脚，其上的信号是通过I2C总线，传输方式为串行。

　　具体的本设计的模数转换模块的电路就如图5所示。

　　其中，PCF8591芯片的1号引脚接PM2.5检测的模块GP2Y1010的模拟输出端，9号、10号引脚则用来与单片机相连。

5 软件设计的总体结构

　　Keil C51是本次设计编写软件程序应用的工具软件。为了调试程序时比较方便，对整个设计的软件分模块进行了编程，其中室内温度及空气质量监测系统的软件总体结构包括温湿度数值采集子程序、可吸入肺颗粒物浓度采集子程序、液晶显示子程序、键盘扫描子程序、输出控制子程序，具体结构如图6所示。

6 小结

　　本设计将室内空气温湿度的检测信号、空气中可吸入肺颗粒物浓度即PM2.5数值的检测信号通过单片机进行处理后，在LCD1602液晶显示屏上进行显示。可吸入肺颗粒物浓度值即PM2.5值超上限设定值时的报警功能，通过软件与硬件中的蜂鸣器相结合来实现的。

　　设计实现了多点温度的采集和实时的显示，通过可行的温度算法及支持人工与智能两种温控模式，完成了可吸入肺颗粒物浓度及PM2.5的数值的检测模块的基本方案和硬件选型。

参考文献：

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