基于51单片机的空气质量检测PM2.5粉尘检测设计

1 基于51单片机的空气质量检测PM2.5粉尘检测设计

本设计基于STC89C52单片机，集成空气质量检测、PM2.5粉尘浓度显示、声光报警及自动风扇控制功能。系统能够实时采集PM2.5数据，显示测量值和设定报警阈值，并在浓度超过阈值时发出声光报警，同时自动控制风扇运转，以改善空气质量。该系统结构紧凑，响应迅速，操作简便，适合家庭、办公室及小型公共场所空气监测使用。

2 系统功能介绍

PM2.5浓度测量与显示：系统通过GP2Y1010AU0F粉尘传感器采集空气中的PM2.5浓度，并显示在LCD1602液晶屏上，同时显示当前设定的浓度报警阈值。
报警功能：当PM2.5浓度超过设定阈值时，系统通过蜂鸣器和红色LED发出声光报警，同时控制风扇开启；低于阈值时根据浓度范围显示绿色或黄色指示灯，提供直观空气质量反馈。
报警阈值设置功能：通过按键可进入阈值设置模式，第二、三按键用于增加或减少阈值，并支持长按连加连减功能，设置完成后按指定按键退出设置模式。
自动风扇控制功能：当空气质量超过设定阈值时，自动打开风扇进行空气净化；空气质量恢复到正常范围时关闭风扇，实现智能空气调节。

3 系统电路设计

系统电路设计主要由STC89C52单片机核心模块、PM2.5粉尘传感器模块、ADC0832模数转换模块、LCD1602液晶显示模块、蜂鸣器与LED报警模块、按键模块、风扇驱动模块以及电源模块组成。以下对各模块进行详细介绍。

3.1 STC89C52单片机核心模块

STC89C52单片机作为系统核心控制器，负责采集粉尘传感器数据、处理报警逻辑、控制蜂鸣器和LED、驱动风扇以及管理按键输入。单片机具备丰富的GPIO接口，可实现多模块同时控制，并支持ADC0832接口读取粉尘传感器输出的模拟信号。

3.2 PM2.5粉尘传感器模块

GP2Y1010AU0F粉尘传感器用于实时检测空气中的颗粒物浓度，通过光学散射原理产生模拟电压信号，输出与空气粉尘浓度成正比的模拟电压。该信号通过ADC0832转换为数字信号供单片机处理。传感器响应速度快，可实时反映空气质量变化。

3.3 ADC0832模数转换模块

ADC0832是一款双路8位模数转换芯片，用于将GP2Y1010AU0F传感器输出的模拟电压转换为单片机可处理的数字信号。ADC0832通过SPI接口与单片机通信，确保采样数据的稳定性和精度，为系统的报警和显示提供可靠依据。

3.4 LCD1602液晶显示模块

LCD1602液晶显示屏用于实时显示PM2.5浓度值及设定的报警阈值。显示模块通过单片机GPIO口进行数据和指令传输，支持字符显示，便于用户直观了解空气质量。显示内容包括当前粉尘浓度、设定阈值及空气质量状态指示。

3.5 蜂鸣器与LED报警模块

蜂鸣器和LED组成声光报警系统。当PM2.5浓度超过阈值时，蜂鸣器发出报警声，红色LED闪烁提示，提醒用户空气质量异常。根据浓度不同，绿色LED表示空气质量良好，黄色LED表示空气质量中等，提供直观状态指示。蜂鸣器和LED通过单片机GPIO口控制，响应快速。

3.6 按键模块

按键模块用于设置报警阈值及进入设置模式。系统设计了多按键操作：第一个按键进入设置模式，第二和第三按键进行加减操作，支持长按连加连减功能，最后一个按键用于退出设置模式。按键信号通过GPIO口接入单片机，并经过消抖处理，保证输入稳定可靠。

3.7 风扇驱动模块

风扇驱动模块通过继电器或三极管控制风扇通断，实现空气质量自动调节功能。当PM2.5浓度超过设定阈值时，单片机输出控制信号开启风扇，浓度恢复正常后关闭风扇。风扇驱动模块保证负载大电流供电稳定，提升系统实用性。

3.8 电源模块

系统采用稳定的直流电源为单片机、传感器、LCD及蜂鸣器供电，设计需保证低噪声和稳定输出，防止影响传感器测量精度和系统稳定性。

4 程序设计

程序采用模块化设计，包括主程序、PM2.5采集模块、液晶显示模块、按键处理模块、报警控制模块以及风扇控制模块，确保各功能独立且互不干扰。

4.1 主程序

主程序负责系统初始化、各功能模块调用及循环执行。

c 复制代码

#include "STC89C52.h"
#include "ADC0832.h"
#include "LCD1602.h"
#include "Key.h"
#include "Buzzer_LED.h"
#include "Fan.h"

void main() {
    System_Init();
    ADC0832_Init();
    LCD_Init();
    Key_Init();
    Buzzer_LED_Init();
    Fan_Init();

    while(1) {
        int pm_value = PM2_5_Read();
        LCD_Display(pm_value, alarm_threshold);
        Key_Handle();
        Alarm_Control(pm_value);
        Fan_Control(pm_value);
    }
}

4.2 PM2.5采集模块

通过ADC0832采集粉尘传感器的模拟信号，转换为数字值用于判断空气质量状态。

c 复制代码

int PM2_5_Read() {
    int adc_value = ADC0832_Read(PM_CHANNEL);
    int pm_concentration = Convert_ADC_to_PM(adc_value);
    return pm_concentration;
}

4.3 液晶显示模块

LCD1602显示模块用于显示实时PM2.5值及报警阈值，同时根据浓度范围显示空气质量状态。

c 复制代码

void LCD_Display(int pm_value, int threshold) {
    LCD_Clear();
    LCD_Print("PM2.5:");
    LCD_PrintInt(pm_value);
    LCD_SetCursor(1,0);
    LCD_Print("Threshold:");
    LCD_PrintInt(threshold);

    if(pm_value < 100) {
        LED_Green_On();
        LED_Yellow_Off();
        LED_Red_Off();
    } else if(pm_value < threshold) {
        LED_Green_Off();
        LED_Yellow_On();
        LED_Red_Off();
    } else {
        LED_Green_Off();
        LED_Yellow_Off();
        LED_Red_On();
    }
}

4.4 按键处理模块

处理按键输入，实现报警阈值设置和模式切换。

c 复制代码

void Key_Handle() {
    if(Key_Scan(KEY_MODE)) {
        Enter_Setting_Mode();
    }
    if(Key_Scan(KEY_INC)) {
        alarm_threshold++;
    }
    if(Key_Scan(KEY_DEC)) {
        alarm_threshold--;
    }
    if(Key_Scan(KEY_EXIT)) {
        Exit_Setting_Mode();
    }
}

4.5 报警控制模块

当PM2.5浓度超过设定阈值时，蜂鸣器报警，同时LED红灯闪烁。

c 复制代码

void Alarm_Control(int pm_value) {
    if(pm_value >= alarm_threshold) {
        Buzzer_On();
        LED_Red_On();
    } else {
        Buzzer_Off();
        LED_Red_Off();
    }
}

4.6 风扇控制模块

根据PM2.5浓度控制风扇开启与关闭，实现空气净化。

c 复制代码

void Fan_Control(int pm_value) {
    if(pm_value >= alarm_threshold) {
        Fan_On();
    } else {
        Fan_Off();
    }
}

5 总结

本系统以STC89C52单片机为核心，集成PM2.5粉尘检测、LCD显示、报警提示及风扇自动控制功能。系统通过GP2Y1010AU0F传感器实时采集空气中PM2.5浓度，通过ADC0832转换为数字信号供单片机处理，LCD1602显示实时浓度及阈值，按键实现阈值设置和模式切换，蜂鸣器与LED提供声光报警提示，风扇模块自动净化空气。程序采用模块化设计，各功能独立且响应迅速，能够实现空气质量的实时监测和智能控制。系统具有操作简便、反应及时、适用范围广等特点，适合家庭、办公室及公共场所使用，为空气质量管理提供可靠保障。