Ｉ丝． 发展…………………………． ＰＭ２．５粉尘颗粒检测仪的研制 南京铁道职业技术学院王啸东 【摘要】ＰＭ２．５粒径小，含有大量的有毒、有害物质，严重影响人体健康。ＰＭ２．５粉尘颗粒的即时检测，是有效防治ＰＭ２．５污染的前提和重要保障。本文介绍了ＰＭ２．５粉尘 颗粒检测仪的研制方法，主要包括设计原理、结构组成、技术指标等。 【关键词】ＰＭ２．５；灰尘传感器；单片机；Ａ／Ｄ转换 １．引言 ＰＭ２．５是指大气中直径小于或等于２．５微 米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。ＰＭ２．５粒 径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中 的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康 和大气环境质量的影响很大。据有关部门统计 调查显示，２Ｏｌ２年北京、上海因ＰＭ２．５污染分 别造成早死人数为２３４９、２９８０人，分别占当年 死亡总人数的比例为１．ｇ％、１．６％，经济损失分 别为ｌ８．６、２３．７亿元。而２０１２年北京、上海因 交通意外死亡人数分别为９７４人和１００９人。可 见，ＰＭ２．５对人类的危害极大。 ＰＭ２．５粉尘颗粒的即时检测，是有效防 治ＰＭ２．５污染的前提和重要保障。为此，本文 介绍了ＰＭ２．５粉尘颗粒检测仪的研制方法，主 要包括设计原理、结构组成、技术指标等。 ＰＭ２．５粉尘颗粒检测仪可用于：室内、汽车内 空调排风口粉尘浓度检测：环保监测部门大气 飘尘检测，污染源调查；建筑或爆破等生产现 场粉尘浓度的测定；精密仪器等高清洁生产环 境的空气检测等。 ２．ＰＭ２．５粉尘颗粒检测仪的设计原理 ＰＭ２．５粉尘颗粒检测仪设计原理如下：灰 尘传感器实时的检测空气中直径小于或等于 ２．５微米的颗粒物的含量，并根据含量比例输 出模拟电压信号，该信号经过Ａ／Ｄ转换后，由 单片机进行采集、计算、数据处理后，在ＬＥＤ 显示屏上，显示出ＰＭ２．５的数值。当ＰＭ２．５超过 仪器设定值时，产生声光报警，并存储当前 ＰＭ２．５值和时间参数等。 ３．ＰＭ２．５粉尘颗粒检测仪的结构组成 ＰＭ２．５粉尘颗粒检测仪（如图１）由单片 机、灰尘传感器单元、用户输入单元、Ａ／Ｄ转 换单元、ＬＥＤ显示屏、电源单元、监控复位单 元、时钟单元和报警单元等九部分构成。 一 …… …… ３．１灰尘传感器单元 日本ＳＨＡＲＰ灰尘传感器ＧＰ２ＹＩＯＩＯＡＵＯＦ是一 款光学空气质量传感器，设计用来感应空气中 的尘埃粒子，其内部对角安放着红外线发光二 极管和光电晶体管，使得其能够探测到空气中 尘埃反射光，即使非常细小的如烟草烟雾颗粒 也能够被检测到，通常在空气检测系统中应 用。 ４．ＰｌＩ２．５粉尘颗粒检测仪的技术指标 ＰＭ２．５粉尘颗粒检测仪的主要技术指标： 浓度测量范围：（０．５～ｉ０００）ｍｇ／ｍ３；采样流 量：２Ｌ／ｍｉｎ；采样流量误差：≤２．５％；稳定性 相对误差：±２．５％；测量误差：≤１０％；显示 方式：数码ＬＥＤ ５．结束语 ………… 害传謦髓 ｉｔ －ｉＬｌＥ 堡 跨 ： …一…… Ｍ噬姆尊磊 ｉ电旗董羌｛Ⅲ 茧 奉门１ ．一擐蟹尊嚣 一 蝮毽鬓位粤霾ｉ 一 时钟单霉 该传感器具有非常低的电流消耗（最大 ２０ｍＡ，典型值１ｉｍＡ），可使用高达７ＶＤＣ。该 传感器输出为模拟电压，其值与粉尘浓度成 正比。可测量０．８微米以上的微小粒子，体积 小，重量轻。 ３．２用户输入单元 系统的用户输入单元有６个按键组成， 分别为“系统设置键”、“确定键”、“灰 尘浓度上限加１Ｏ键”、“灰尘浓度上￣，ｉｏｏ 键”、“灰尘浓度上限减１０键”与“灰尘浓度 上限减１００键”。这几个按键用于设置ＰＭ２．５ １－ 下限报警值，其中，“系统设置键”用于告诉 系统进入中断，设置灰尘浓度超限值；“设置 键”用于选择设置上下限值；“确定键”用于 告知系统设置完成。 ３．３ Ａ／Ｄ转换单元 Ａ／Ｄ转换单元采用Ａ／Ｄ转换器ＡＤＣ０８０９对传 感器单元测定的模拟量数据进行转换，转换成 处理单元能够识别处理的数字量。 ３．４处理单元 处理单元采用ＡＴ８９Ｃ５１微处理单元， 进行采集、计算、数据处理产生浓度结果数 据，并对数据结果进行超限比较。当被测气体 的浓度超过设定的报警下限时，仪器产生声光 报警，并在显示屏上显示当前ＰＭ２．５的值，同 时保存数据结果。 ３．５电源单元 电源单元负责为系统的其他单元供电，其 中传感器单元不但需要工作电压，还需要加热 电压，使气室维持一个理想的温度，使测量结 果尽量准确。 ３．６声光报警单元 声光报警单元由蜂鸣器与发光二极管组 ＰＭ２．５粉尘颗粒检测仪主要适用于工矿企 业劳动部门防尘监测、卫生检疫检测、环境环 保检测（污染源调查）、市政监烟、现场工厂 环境、车间粉尘浓度测定、排气口粉尘浓度 监测、临时在线除尘／造粒工艺研究总浓度检 测、煤矿井下作业场所的总粉尘、呼吸性粉 尘、煤尘安全检测等。该系统具有性价比高， 智能化程度高，工作稳定可靠的优点。 参考文献 ［Ｉ】张志良．单片机原理与控制技术（第二版） ．机械工 业出版社，２００５，３． ［２］于海生微型计算机控制技术 ．北京：清华大学出版 社，１９９９，３． ［３］孟祥旭，李学庆．人机交互技术 ．北京：清华大学出版 社，２００４． 【４】陈隆昌．控制电机【Ｍ】．西安：西北电讯工程学院出版 社。１９８４． ［５】侯玉宝等．基于Ｐｒｏｔｅｕｓ的５１系列单片机设计与仿真 嗍．电子工业出版杜，２００９． 基金项目：江苏省轨道交通控制开放基金项目（项目 编号：ＫＦＪ２０１ ２０７）；南京铁道职业技术学院级课题 （课题编号：ＹＩ３０１７）。 作者简介；王啸东（１９７７一），男，大学本科，高级 工程师，讲师，现供职于南京铁道职业技术学院，主 要研究方向：铁道电气化。 ；角户ｌ褊ｌ入单赢 ： ｉ… ．：………． ： ．：…．．： ＝．．＝．．＝． ．． ：……………………… 图１项目方案简图 成。当测量气体达到报警上下限时，发光二极 管亮，蜂鸣器发出短促不连续响声。 式自动保护机构，构思巧妙，维护需求低。要 求安装于母船艉部，安装后无需人员操作。经 某型ＲＯＶ的多次湖海试验验证，满足脐带缆保 护功能要求。与张力控制绞车配合使用，可完 成脐带缆的自动收放任务，使用便捷可靠，实 现了ＲＯＶ脐带缆无人操作的智能控制。 参考文献 作及作业母船受风浪影响起伏时，始终保持脐 带缆、导缆器轴线、水下滚轮切线三者重叠。 在脐带缆收放过程中，该装置可通过水下 滚轮支架的３６０。转动、导缆器的摆动、导缆 器旋转杆的摆动以及水下滚轮、水下压轮、导 缆器导轮的转动，根据脐带缆在水下因受力而 产生的弯矩自动调整到摩擦最小的位置，保证 脐带缆收放的顺畅，且不受损伤。 水下保护装置工作示意图如图６所示。 通过Ａ轴的旋转可以实现吊臂的布放回收；通 过Ｂ轴的旋转可以减小吊臂的流阻（设计角度 为４５。），并对突变的张力起到一定的缓冲作 用。吊臂的长度根据船艉甲板高度确定，应保 证脐带缆从水下保护装置出缆点低于船底。 ４．适应性改进 脐带缆保护装置还可根据母船的特点以 及工作要求进一步进行改进。例如，若安装于 ＲＯＶ专用船只上，可在船艉加装或专门设计收 ３．３安装构架 放脐带缆保护装置安装构架的结构，以利于该 安装构架主要由甲板支撑段和吊臂组成。 装置的布放与回收；再如，若对于临时使用的 其结构图如图７所示。 干舷较高的船只，可进行适当的改进，将水下 甲板支撑段为脐带缆保护装置提供在工 保护装置移至水面以上并伸出船舷外，已避免 作母船甲板上的安装固定结构，吊臂上下分别 因安装构架过重过大导致收放困难。 连接水上保护装置和水下保护装置；脐带缆从 ５．结束语 其管状结构吊臂穿过有利于对其进行保护； 本文提出的脐带缆保护装置，是一种机械 一［１］朱克强等．随机波浪下遥控潜水嚣强非线性耦合空间 运动与缆索安全性研究田．南京：海洋工程，２０１０（２）． ［２］卢其进，杨和振．母船垂荡导致ＲＯＶ脐带缆参量共振 的研究卟天津：海洋技术，２０１１（３）． ［３］习刚，杨兴满，陈卫东．ＲＯＶ步航行水下缆索运动仿 真叩 京：舰船科学技术２ｏｉ１（５）． ９６一电子世界
