基于ARM单片机的粉尘浓度检测装置设计(3)

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1.2 粉尘浓度测试的国内外发展现状

1.2.1 国内发展现状

1.2.2 国外发展现状

1.3 论文的研究内容

本课题主要集中在粉尘的监测、显示、报警三个方面，基本任务安排如下：

第一章：粉尘检测课题的提出及意义，介绍国内外研究现状。

第二章：粉尘浓度检测仪系统设计方案（1）检测装置的功能和技术指标；（2）确定工作原理；（3）设计方案的确立。

第三章和第四章：粉尘检测浓度装置各个硬件模块设计，介绍在实际中的价值，以及整个系统的软件和硬件组成。

第五章:基于ARM单片机的粉尘浓度检测装置的开发与调试。实物在各地点的检测结果。

2 粉尘浓度测试系统设计方案

2.1 系统的功能和技术指标

2.1.1 系统功能功能

1）数码管显示测得粉尘浓度值；

2）超过设定的最大报警值时报警蜂鸣。

2.1.2 主要技术指标

测试环境温度：10～50C；

精度：±8%；

输入电压的范围：0V～5V。

2.2 粉尘检测方法原理

2.2.1 粉尘测量方法

粉尘的在线检测方法主要有β射线法、电容法、超声波法、微波法、光散射法，β射线法检测优点是测试准确，不过缺点是操作麻烦，需要采样比对，也不适合实时的在线检测；电容法的电容测量值和浓度间不是线性关系，电容的测量值受影响因素多，容易有较大的测量误差；超声波法、微波法测量粉尘浓度还处于试验研究阶段，技术不成熟；所以当前市场上主要用的是光散射法、光吸收法进行粉尘浓度在线监测，可用的产品也比较多，在煤矿和烟道的粉尘浓度检测上有了比较成功的应用。其中最适合在线检测的就是光学法，光学法又可以分成浊度法和散射法，浊度法在国内外都得到了广泛的应用。

2.2.2 粉尘检测原理

本此设计的测试原理是用粉尘尘采样器或是粉尘采集器来采集一定的空气，空气通过滤膜的时候就会被捕捉到滤膜上，然后通过光学的原理测得粉尘颗粒的大小。光学测粉尘用到两个原理,朗伯特-比尔（Lambert-Beer）定律和米（Mie）理论。此次设计装置用的是浊度法。原理是被测物质透过测试的光，因为光的散射吸收会使光强减弱，所以可以用光束通过被测介质前后的光强比来定量测试粉尘浓度[4]。从中可以看出，设备测试的时候，通过测出各粒径粉尘的质量浓度，经过计算得到总的粉尘浓度，所以可以实时检测，提高了测试精度。同时还可以测得粉尘的分散度。

2.2.3 粉尘检测的性能与优点

1）采样方便，测量和信号处理灵活；

2）操作方便，仪器简单，成本低廉；

3）检测实时性强，有比较强的精度和准确度。

2.3 系统工作原理

本系统的工作原理是：将电源开关打开，当给一个由测尘原理将粉尘浓度转换得来的0～5V的电压信号时，信号经过开发板，通过内部DA转换电路，经过转换，得到32位的二进制数进入单片机，经过内部处理转换后转变为四位十进制数，通过I/O口在数码管上显示出精确数值。数值量随输入电压的改变而波动。于此同时，通过键盘输入报警浓度最大值到单片机，当采集的当前粉尘浓度大于最大设定值时，蜂鸣器触发报警。

2.4 系统硬件设计框图

本次设计的硬件用到不多，主要是stm32开发板来接收外围的一些信号，并且通过内部设定的程序来驱动各个外部电路来实现，相对于51单片机，stm32无需外接的A/D转换电路，内部自带，就可以进行模数转换，非常方便实用。硬件设计的中心控制模块就是stm32的开发板，外设电路就是另外一部分，包括传感器电路设计，按键电路设计，报警电路设计和四位数码管显示电路，结构简单，容易制作携带