Atmega16单片机PM2.5粉尘颗粒检测仪设计+程序+电路图(3)

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1．1 PM2.5概述

PM2.5是指大气中空气动力学直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。空气中的颗粒物并不是规则的球形。在实际测量中，如果检测仪器检测到的颗粒物所表现出的空气动力学特征与直径小于或等于2.5微米并且密度为lg/cm3的球形颗粒一致，那就把它叫做PM2.5。这就决定了在测定PM2.5时，直接用孔径为2.5微米的滤膜来分离达不到预期的效果，需要借助空气动力学原理才能把PM2.5和更大的颗粒物分开。在大气环境中，直接排入空气中的一次微粒和空气中的气态污染物通过化学转化生成的二次微粒组成了PM2.5，它属于二次生成的复合型污染物[3]。一次微粒主要由植物及矿物燃料燃烧产生的碳黑粒子和由尘土性微粒两大部分组成。PM2.5在一次微粒的各个源头中所占的比例相差较大，道路和建筑所产生的扬尘都以粗颗粒为主，燃烧所产生的颗粒则以PM2.5为主。在城市的一次粒子中，虽然燃烧所产生的碳黑粒子在大气气溶胶中所占比例一般不超过20％，但因其对可见光有强烈的吸光作用，应给予足够重视。二次微粒主要成份是硫酸铵和硝酸铵。它的主要形成过程是空气中的一次气态污染物SO2与NOx经过或均相或非均相的氧化方式形成酸性气溶胶，然后与大气中唯一偏碱性气体NH3反应从而产生硫酸铵(或亚硫酸铵)与硝酸铵的气溶胶。这些化学转化过程以大气中的水滴为重要的前提条件。硫酸铵与硝酸铵都是水溶性无机盐，在水中有较高的溶解度。这样二次污染物在1000m以下的低空以大气中的水滴为重要媒介不断累积。

气象专家与医学专家均认为，与沙尘暴相比，细颗粒物所导致的灰霾天气对人体健康的危害更大。这是因为粒径大于10微米的颗粒物，不会进入人的鼻子里面：而粒径大于2.5体外，另外也可能被鼻腔内的绒毛阻挡，对人体健康危害并不太大；而粒径小于2.5微米的细颗粒物，由于其直径与人类头发丝粗细的1／20相当，不会轻易被阻挡。PM2.5被吸入人体后能够直接进入支气管，干扰肺部的气体交换，从而引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病[4]；每天每个人一般需要吸入大约1万升容量的空气，进人肺泡的微尘能够被迅速吸收、无需经过肝脏解毒，就会直接进入血液循环从而分布到身体各个部位；其次，它会损害血红蛋白输氧能力，丧失血液；这可能对贫血和有血液循环障碍的病人产生严重的后果，例如会加重呼吸系统疾病，甚至还会引起充血性心力衰竭以及冠状动脉等心脏疾病；此外，这些颗粒还可能够通过支气管与肺泡进入血液循环，如果其中的重金属、有害气体等溶解到血液中，会对人体健康造成更大的伤害，但是人体的生理结构决定了它对PM2.5无任何过滤以及阻拦能力，这就是PM2.5在人类健康防范方面所暴露出的恐怖；PM2.5还能成为细菌与病毒的载体，推动呼吸道传染病的传播。中国工程院院士、中国环境监测总站原总工程师魏复盛的研究结果还显示，PM2.5和PM10浓度与儿童及其双亲呼吸系统病症的发生率成正相关，且PM2.5的影响更加显著[5]。

中央、国务院高度重视大气污染防治工作。“十一五”以来，不但部分城市空气质量有所好转而且全国大气环境质量基本稳定。但同时也要看到，当前我国污染物排放总量依然较大，区域性大气污染问题仍非常突出，大气环境形势依然严峻，要以更大的决心、更高的标准、更有力的措施，切实加强大气污染综合防治，推动空气质量持续改善[6]。

1．2 本课题研究的内容及意义

本课题主要研究基于单片机的PM2.5粉尘颗粒检测仪，完成其原理图的硬件电路绘制和软件的编制。其设计思路如下：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LCD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。