本實(shí)用新型涉及ARM處理器、傳感器等相關(guān)技術(shù)，主要針對(duì)環(huán)境中存在的PM2.5顆粒，利用PM2.5傳感器，設(shè)計(jì)了一種PM2.5檢測(cè)儀。
背景技術(shù)：
霧霾是環(huán)境病態(tài)的體現(xiàn)，PM2.5顆粒嚴(yán)重影響人們的生活與健康，吸入過(guò)多的PM2.5顆?？烧T發(fā)肺癌等多種疾病。實(shí)時(shí)獲取活動(dòng)周圍環(huán)境的PM2.5含量，采取有效的防霾措施，減少PM2.5對(duì)人類健康的威脅。
目前市場(chǎng)上的PM2.5產(chǎn)品存在功能或單一或復(fù)雜兩種極端設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)一款功能實(shí)用、性價(jià)比高、便攜型、滿足不同人群需要的PM2.5檢測(cè)儀是內(nèi)在的社會(huì)需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提出一種PM2.5檢測(cè)儀，可檢測(cè)環(huán)境中顆粒物濃度與環(huán)境溫濕度值，且進(jìn)行顯示及語(yǔ)音播報(bào)；且根據(jù)環(huán)境中PM2.5的不同濃度值，通過(guò)三種不同顏色的LED燈來(lái)顯示當(dāng)前PM2.5的濃度值級(jí)別。
一種PM2.5檢測(cè)儀，包括主控制器，以及和主控制器相連的PM2.5傳感器、溫濕度傳感器、電子時(shí)鐘、液晶顯示屏、語(yǔ)音播報(bào)器、語(yǔ)音播報(bào)按鍵、級(jí)別警戒燈與供電電源。
其中,PM2.5傳感器用于獲取環(huán)境中PM2.5顆粒物濃度,與主控制器芯片的UART串口0相接。溫濕度傳感器用于檢測(cè)當(dāng)前環(huán)境的溫濕度值，與主控制器芯片的I2C串行總線0相接。主控制器芯片的I2C串行總線1與電子時(shí)鐘芯片的串行數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)硬件連接，通過(guò)電子時(shí)鐘同步所在地區(qū)實(shí)時(shí)時(shí)間。液晶顯示屏與語(yǔ)音播報(bào)器分別用于顯示及廣播當(dāng)前環(huán)境的PM2.5濃度值、溫濕度值及實(shí)時(shí)時(shí)鐘；液晶顯示屏由UartGPU35c串口與主控制器芯片的UART串口1相接；語(yǔ)音播報(bào)器與主控制器芯片的UART串口2相接；語(yǔ)音播報(bào)按鍵用于語(yǔ)音播報(bào)的觸發(fā)事件，與主控制器芯片的一個(gè)通用輸入輸出GPIO引腳相連。級(jí)別警戒燈用于對(duì)PM2.5含量高低進(jìn)行警戒，包括三個(gè)不同顏色的警戒燈，對(duì)應(yīng)三種警戒級(jí)別；主控制器芯片的三個(gè)通用輸入輸出GPIO引腳分別經(jīng)放大電路后分別與三個(gè)警戒燈相連；供電電源采用+5V電源為檢測(cè)儀供電，并通過(guò)AS2830AT芯片將+5V電壓轉(zhuǎn)換成+3.3V電壓，為主控制器、溫濕度傳感器、電子時(shí)鐘、語(yǔ)音播報(bào)器和語(yǔ)音播報(bào)按鍵供電；供電電源還采用FAN2558芯片將+5V電壓轉(zhuǎn)換為+1.2V電壓，為主控制器芯片的VDDC引腳和LDO引腳提供+1.2V工作電壓。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：
1、本實(shí)用新型PM2.5檢測(cè)儀，利用PM2.5傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)環(huán)境中PM2.5顆粒的質(zhì)量及個(gè)數(shù)；
2、本實(shí)用新型PM2.5檢測(cè)儀，利用溫濕度傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫濕度的實(shí)時(shí)檢測(cè)；
3、本實(shí)用新型PM2.5檢測(cè)儀，利用時(shí)鐘芯片進(jìn)行時(shí)間同步；
4、本實(shí)用新型PM2.5檢測(cè)儀，檢測(cè)的環(huán)境參數(shù)及時(shí)間，由液晶屏實(shí)時(shí)顯示；
5、本實(shí)用新型PM2.5檢測(cè)儀，采用紅、黃、藍(lán)指示燈對(duì)PM2.5進(jìn)行等級(jí)警示；
6、本實(shí)用新型PM2.5檢測(cè)儀，利用按鍵對(duì)系統(tǒng)檢測(cè)的環(huán)境參數(shù)及時(shí)間進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)。
附圖說(shuō)明
圖1為本實(shí)用新型PM2.5檢測(cè)儀整體結(jié)構(gòu)框圖。
1-主控制器 2-PM2.5傳感器 3-溫濕度傳感器
4-電子時(shí)鐘 5-液晶顯示屏 6-語(yǔ)音播報(bào)器
7-語(yǔ)音播報(bào)按鍵 8-級(jí)別警戒燈 9-供電電源
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
本實(shí)用新型PM2.5檢測(cè)儀，包括主控制器1、PM2.5傳感器2、溫濕度傳感器3、電子時(shí)鐘4、液晶顯示屏5、語(yǔ)音播報(bào)器6、語(yǔ)音播報(bào)按鍵7、級(jí)別警戒燈8與供電電源9。
其中，主控制器1采用ARM Cortex-M3芯片，型號(hào)為L(zhǎng)M3S9B96。ARM Cortex-M3處理器為高性能、低成本的平臺(tái)提供滿足小存儲(chǔ)要求解決方案、簡(jiǎn)化管腳數(shù)、低功耗三方面要求的內(nèi)核、具有出色的計(jì)算性能和優(yōu)越的系統(tǒng)中斷響應(yīng)能力。主控制器1由電源電路、JTAG仿真接口電路、時(shí)鐘電路與復(fù)位電路組成。主控制器1的電源電路工作電壓由供電電源9提供。時(shí)鐘電路是LM3S9B96芯片處理數(shù)字信息的基礎(chǔ)，本實(shí)用新型的時(shí)鐘電路采用16MHz無(wú)源晶振，時(shí)鐘信號(hào)穩(wěn)定，電磁干擾小，該無(wú)源晶振兩個(gè)引腳分別通過(guò)濾波電容接入LM3S9B96芯片主晶體振蕩器輸入引腳和主晶體振蕩器輸出引腳即可。以太網(wǎng)外設(shè)的晶振選用25MHz無(wú)源晶振，該無(wú)源晶振兩個(gè)引腳分別通過(guò)濾波電容接入LM3S9B96芯片的以太網(wǎng)晶體振蕩器輸入引腳和以太網(wǎng)晶體振蕩器輸出引腳即可。復(fù)位電路確保本實(shí)用新型PM2.5檢測(cè)儀上電過(guò)程中，在主控制器1電壓和各擴(kuò)展設(shè)備(PM2.5傳感器2、溫濕度傳感器3、電子時(shí)鐘4、液晶顯示屏5、語(yǔ)音播報(bào)器6、語(yǔ)音播報(bào)按鍵7、級(jí)別警戒燈8)電壓達(dá)到要求之前，LM3S9B96芯片始終處于復(fù)位狀態(tài)，直到主控制器1和擴(kuò)展設(shè)備的電壓達(dá)到所要求的電平。若供電電源9電壓一旦降到門限值以下，則由復(fù)位電路強(qiáng)制LM3S9B96芯片進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，確保本實(shí)用新型PM2.5檢測(cè)儀穩(wěn)定工作。本實(shí)用新型中復(fù)位電路應(yīng)確保復(fù)位低電平時(shí)間足夠長(zhǎng)(一般需要20ms以上)，保證LM3S9B96芯片可靠復(fù)位，且應(yīng)保證穩(wěn)定性良好，防止LM3S9B96芯片誤復(fù)位；復(fù)位電路中，復(fù)位按鍵的復(fù)位引腳接LM3S9B96芯片的復(fù)位引腳，LM3S9B96芯片的復(fù)位引腳通過(guò)上拉電阻接至3.3V電壓，且經(jīng)充電電容與復(fù)位按鍵的地連接即可。JTAG仿真接口是一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試協(xié)議，主要用于芯片內(nèi)部測(cè)試及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真、測(cè)試。本實(shí)用新型中LM3S9B96芯片的JTAG仿真接口滿足IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)，用來(lái)連接LM3S9B96芯片和外部測(cè)試工具，實(shí)現(xiàn)對(duì)LM3S9B96芯片的實(shí)時(shí)訪問(wèn)。
所述PM2.5傳感器2采用攀藤G5型號(hào)PM2.5傳感器，G5是一款數(shù)字式通用顆粒物濃度傳感器，可以用于獲得單位體積內(nèi)空氣中懸浮顆粒物的質(zhì)量和數(shù)量，并以數(shù)字接口形式輸出。本傳感器采用激光散射原理，即令激光照射在空氣中的懸浮顆粒物上產(chǎn)生散射，同時(shí)在某一特定角度收集散射光，得到散射光強(qiáng)隨時(shí)間變化的曲線，進(jìn)而微處理器利用基于米氏(MIE)理論的算法，得出顆粒物的等效粒徑及單位體積內(nèi)不同粒徑的顆粒物數(shù)量。上述PM2.5傳感器2與LM3S9B96芯片的UART串口0相接，實(shí)現(xiàn)LM3S9B96芯片與PM2.5傳感器2間的數(shù)據(jù)通信。PM2.5傳感器2的工作電壓為+5V。
所述溫濕度傳感器3用于檢測(cè)當(dāng)前環(huán)境的溫濕度值；采用SHT11溫濕度傳感器，傳感器包括一個(gè)電容性聚合體測(cè)濕敏感元件、一個(gè)用能隙材料制成的測(cè)溫元件，兩者在同一個(gè)芯片上，與14位的A/D轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。上述SHT11溫濕度傳感器3與LM3S9B96芯片的I2C串行總線0相接，實(shí)現(xiàn)LM3S9B96芯片與SHT11溫濕度傳感器間的數(shù)據(jù)通信。STH11溫濕度傳感器3的工作電壓為+3.3V。
所述電子時(shí)鐘4用于同步所在地區(qū)實(shí)時(shí)時(shí)間，采用超高精度I2C實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)芯片DS3232M，帶有236字節(jié)電池備份SRAM。DS3232M芯片集成了電池輸入，當(dāng)DS3232M芯片主電源斷電時(shí)可保持精確計(jì)時(shí)。RTC提供秒、分、時(shí)、星期、日期、月和年信息，自帶閏年修正功能；且通過(guò)高精度、經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)碾妷夯鶞?zhǔn)和比較器電路來(lái)監(jiān)測(cè)VCC狀態(tài)，檢測(cè)電源故障，提供復(fù)位輸出，并在必要時(shí)自動(dòng)切換到備份電源。利用LM3S9B96芯片的I2C串行總線1與DS3232M實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片的串行數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)硬件連接，利用電子時(shí)鐘4中的電源監(jiān)控芯片MAX708，監(jiān)視DS3232M實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片的電源供電，并實(shí)現(xiàn)外部供電電源與內(nèi)部電池供電的電路切換，保證DS3232M實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片不掉電工作。DS3232M實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片采用由供電電源9進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生的+3.3V電壓供電，內(nèi)部電池供電采用+3V紐扣電池。
所述液晶屏單元5用于顯示當(dāng)前環(huán)境的PM2.5濃度值、溫濕度值及實(shí)時(shí)時(shí)鐘；采用UartGPU35c串口屏模塊，此屏尺寸為3.5寸；UartGPU35c串口屏模塊與LM3S9B96芯片的UART串口1相接，實(shí)現(xiàn)LM3S9B96芯片與液晶屏單元5間的數(shù)據(jù)通信。液晶屏供電電壓為+5V。
所述語(yǔ)音播報(bào)器6用于語(yǔ)音播報(bào)當(dāng)前環(huán)境的PM2.5濃度值、溫濕度值及實(shí)時(shí)時(shí)鐘；采用高集成度語(yǔ)音合成芯片XFS5152，可實(shí)現(xiàn)中文、英文語(yǔ)音合成，并集成語(yǔ)音編碼、解碼功能。上述語(yǔ)音播報(bào)器6與LM3S9B96芯片的UART串口2相接，實(shí)現(xiàn)LM3S9B96芯片與語(yǔ)音播報(bào)器6間的數(shù)據(jù)通信。語(yǔ)音播報(bào)器6可采用耳機(jī)或揚(yáng)聲器播報(bào)，XFS5152芯片工作電壓為+3.3V。
所述語(yǔ)音播報(bào)按鍵7用于語(yǔ)音播報(bào)的事件觸發(fā)按鈕，每按一下按鍵，語(yǔ)音播報(bào)器語(yǔ)音播報(bào)當(dāng)前環(huán)境的PM2.5濃度值、溫濕度值及實(shí)時(shí)時(shí)鐘；采用外部按鍵與LM3S9B96芯片的一個(gè)通用輸入輸出GPIO引腳相連，此GPIO引腳通過(guò)上拉電阻與由供電電源9進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生的+3.3V電壓相連。
所述級(jí)別警戒燈8具有紅色LED燈、黃色LED燈和綠色LED燈。LM3S9B96芯片的三個(gè)通用輸入輸出GPIO引腳分別經(jīng)放大電路后與紅色LED燈、黃色LED燈和綠色LED燈相連。根據(jù)實(shí)用新型PM2.5檢測(cè)儀實(shí)時(shí)檢測(cè)的PM2.5含量，來(lái)確定當(dāng)前PM2.5含量所對(duì)應(yīng)的警示級(jí)別，同時(shí)該警示級(jí)別對(duì)應(yīng)的LED燈亮起。警示級(jí)別由綠色LED燈、黃色LED燈至紅色LED燈表示PM2.5預(yù)警級(jí)別增加。
所述供電電源9通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)進(jìn)行供電方式切換，采用內(nèi)置+5V鋰電池組供電或外部+5V電源供電，+5V電源直接為PM2.5傳感器2、液晶顯示屏5、級(jí)別警戒燈8供電。供電電源9通過(guò)AS2830AT芯片將+5V電壓轉(zhuǎn)換成+3.3V電壓，+3.3V電壓為主控制器1的VDD引腳(為I/O及部分邏輯供電的電源正端)、溫濕度傳感器3、電子時(shí)鐘4、語(yǔ)音播報(bào)器6和語(yǔ)音播報(bào)按鍵7供電。供電電源9通過(guò)FAN2558芯片將+5V電壓轉(zhuǎn)換為+1.2V電壓，為主控制器1中LM3S9B96芯片的VDDC引腳和LDO引腳提供+1.2V工作電壓；VDDC引腳為主要的邏輯部分(包括處理器內(nèi)核以及大部分片上外設(shè))供電的電源正端；LDO引腳為穩(wěn)壓器輸出端，此引腳需要在外部與地之間連接大于1μF的電容器，當(dāng)LM3S9B96芯片采用片內(nèi)LDO為邏輯部分供電時(shí)，LDO管腳必須連接到VDDC上，并添加去耦電容。供電電源9的供電模式可滿足用戶室內(nèi)室外不同場(chǎng)合需求。