PM2.5檢測課件

1、PM2.5Page 2PM2.5n PM是英文particulate matter（顆粒物）的首字母縮寫。PM2.5俗稱的細(xì)顆粒物是對空氣中直徑小于或等于2.5um的固體顆粒或液滴的總稱。這些顆粒如此細(xì)小，肉眼是看不到的，它們可以在空氣中漂浮數(shù)天。人類纖細(xì)的頭發(fā)直徑大約是70um，這就比最大的PM2.5還大了近三十倍。Page 3PM2.5對健康的危害n PM2.5主要對呼吸系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)造成傷害，包括呼吸道受刺激、咳嗽、呼吸困難、降低肺功能、加重哮喘、導(dǎo)致慢性支氣管炎、心律失常、非致命性的心臟病、心肺病患者的過早死，老人、小孩以及心肺疾病患者是PM2.5污染的敏感人群。n 2012年北京、

2、上海因PM2. 5污染分別造成早死人數(shù)為2349, 2980人，分別占當(dāng)年死亡總?cè)藬?shù)的比例為1. 9%, 1. 6%經(jīng)濟(jì)損失分別為18. 6, 23. 7億元，而2012年北京、上海因交通意外死亡人數(shù)分別為974人和1009人?？梢?，PM2. 5對人類的危害極大。Page 4PM2.5檢測的用途n PM2. 5粉塵顆粒的即時(shí)檢測，是有效防治PM2. 5污染的前提和必要保障。PM2. 5粉塵顆粒檢測儀可用于:室內(nèi)、汽車內(nèi)空調(diào)排風(fēng)口粉塵濃度檢測;環(huán)保監(jiān)測部門大氣飄塵檢測，污染源調(diào)查;建筑或爆破等生產(chǎn)現(xiàn)場粉塵濃度的測定;精密儀器等高清潔生產(chǎn)環(huán)境的空氣檢測等。Page 5PM2.5的化學(xué)成分 PM2.

3、5的化學(xué)成分包括無機(jī)成分、有機(jī)成分、微量金屬元素、元素碳 (EC)、生物物質(zhì) (細(xì)菌、病菌、霉菌等 )等。 大氣中的含碳粒子是由有機(jī)碳(OC)和吸光的元素碳(EC)組成，元素碳的化學(xué)結(jié)構(gòu)類似于不純的石墨，有機(jī)碳是PM2.5中含量最高的組分。Page 6PM2.5的來源PM2.5的來源分為3類：自然源、人為源和二次顆粒物。 自然源包括土壤揚(yáng)塵、海鹽、植物花粉、孢子、細(xì)菌等。自然界中的災(zāi)害事件，如火山爆發(fā)向大氣中排放了大量的火山灰，森林大火或裸露的煤原大火及塵暴事件都會(huì)將大量細(xì)顆粒物輸送到大氣層中。 人為源包括固定源和流動(dòng)源。固定源包括各種燃料燃燒源 ,如發(fā)電、冶金、石油、化學(xué)、紡織印染等各種工業(yè)

4、過程、供熱、烹調(diào)過程中燃煤與燃?xì)饣蛉加团欧诺臒焿m。流動(dòng)源主要是各類交通工具在運(yùn)行過程中使用燃料時(shí)向大氣中排放的尾氣。Page 7Page 8n美國國家航空航天局（NASA）2010年9月公布了一張全球空氣質(zhì)量地圖，專門展示世界各地PM2.5的密度。地圖由加拿大達(dá)爾豪斯大學(xué)的兩位研究人員制作。他們根據(jù)NASA的兩臺衛(wèi)星監(jiān)測儀的監(jiān)測結(jié)果，繪制了一張顯示出2001年至2006年P(guān)M 2.5平均值的地圖。 在這張圖上紅色（即PM2.5密度最高)，出現(xiàn)在北非、東亞和中國。中國華北、華東和華中PM2.5的密度，指數(shù)甚至接近每立方米80微克，甚至超過了撒哈拉沙漠。在這張2001-2006年間平均全球空氣污染

5、形勢圖上，全球PM2.5最高的地區(qū)在北非和中國的華北、華東、華中全部。 全球分布Page 9中國的PM2.5的發(fā)展及其挑戰(zhàn)n 其實(shí)，空氣質(zhì)量如何，人人心中有桿秤。即使沒有數(shù)據(jù)，憑自己的感覺就很清楚。那些灰蒙蒙的天，那些嗓子眼刺痛的感覺，是每個(gè)人的親身感受。說多少“優(yōu)良”沒有用，數(shù)據(jù)有多光鮮也沒有用，人感到舒服不舒服才是真的。下一步各大城市將逐步新增一批PM2.5的監(jiān)測站點(diǎn)，應(yīng)著重掃清公眾對選點(diǎn)的疑慮，以更專業(yè)、更透明的方式選擇監(jiān)測點(diǎn)，以負(fù)責(zé)任的態(tài)度推進(jìn)接下來的治理工作。n 河南省環(huán)境監(jiān)測中心站也是震蕩天平法設(shè)備的采購大省。2009年，河南省環(huán)境綜合整治重點(diǎn)區(qū)域空氣自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目采購震蕩天

6、平法PM10分析儀15臺。河南省環(huán)境監(jiān)測站站長許光華向記者介紹，“河南省的PM10監(jiān)測設(shè)備雖然購于2009年，但由于工作滯后的原因，設(shè)備到2011年下半年才開始使用?！盤age 10我國PM2.5污染情況Page 11國外研究現(xiàn)狀n 國內(nèi)外有很多種粉塵檢測儀。粉塵檢測儀主要由信號采集，信號處理，數(shù)字顯示以及對參數(shù)的控制和設(shè)置等幾部分構(gòu)成。 目前，世界各國對粉塵濃度的測量技術(shù)都做了大量研究，研制了一系列粉塵監(jiān)測儀器，如粉塵采樣器、直讀式測塵儀、粉塵濃度傳感器等。特別是粉塵濃度傳感器的出現(xiàn)，解決了粉塵采樣器、直讀式測塵儀不能實(shí)時(shí)監(jiān)測作業(yè)場所粉塵濃度的問題。n 國外有代表性的產(chǎn)品為英國的Sims l

7、in系列監(jiān)測儀以及其升級產(chǎn)品OSIRIS粉塵傳感器和計(jì)算機(jī)粉塵監(jiān)測系統(tǒng)；德國丁達(dá)爾公司生產(chǎn)的TM系列粉塵儀；俄國研制的-101型自動(dòng)測塵儀；日本柴田L(fēng)V一5E、P5系列微電腦粉塵儀；美國研制的RAM系列實(shí)時(shí)粉塵監(jiān)測儀、粉塵雷達(dá)和Auburn公司生產(chǎn)的3400型粉塵監(jiān)測儀。其中Sims lin系列監(jiān)測儀、TM系列粉塵儀、LV-5E、P5系列微電腦粉塵儀采用光散射法，-101型自動(dòng)測塵儀采用光吸收法，3400型粉塵監(jiān)測儀采用摩擦電法測量粉塵濃度。Page 12國內(nèi)現(xiàn)狀n 國內(nèi)粉塵濃度在線監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展較晚，主要以采樣器、直讀式測塵儀為主，但最近幾年，隨著信息技術(shù)的發(fā)展及光電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的提高

8、，煤炭科學(xué)研究總院重慶研究院最先在國內(nèi)開發(fā)出了GCG500型粉塵濃度傳感器。國內(nèi)其他廠家也陸續(xù)引進(jìn)、開發(fā)出了粉塵濃度傳感器，其生產(chǎn)廠家有鄭州光力科技股份有限公司、江蘇三恒科技集團(tuán)、南京富鄴科技股份有限公司等。n 通過查閱相關(guān)資料，國內(nèi)粉塵濃度傳感器主要是煤炭科學(xué)研究總院重慶研究院生產(chǎn)的GCG500型粉塵濃度傳感器在市場上的應(yīng)用較多，先后在安徽、山東、山西、甘肅、貴州、河南、遼寧、內(nèi)蒙等多個(gè)省份使用。Page 13PM2.5的檢測方法和測定范圍Page 14PM2.5粉塵顆粒檢測儀的技術(shù)指標(biāo)PM2. 5粉塵顆粒檢測儀的主要技術(shù)指標(biāo):n 濃度測量范圍: (0. 5一1000)mg/m3;n 采樣流

9、量:2L/min;n 采樣流量誤差:=2. 5%;n 穩(wěn)定性相對誤差:2. 5%；n 測量誤差:=10%；Page 15系統(tǒng)原理圖整個(gè)系統(tǒng)分為三個(gè)部分：數(shù)據(jù)采集和處理，建立無線通信信道和軟件開發(fā)。n 第一部分是單片機(jī)連接粉塵傳感器DSM501，采集粉塵濃度、空氣溫濕度信息;n 第二部分是使用Zigbee技術(shù)建立無線信道。前端單片機(jī)C2430與傳感器連接將數(shù)據(jù)發(fā)送到接收端單片機(jī)。n 第三部分是接收端單片機(jī)和ARM連接并傳遞數(shù)據(jù);ARM讀取數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)和顯示。Page 16PM2.5粉塵顆粒檢測的設(shè)計(jì)原理n 灰塵傳感器實(shí)時(shí)的檢測空氣中直徑小于或等十2. 5微米的顆粒物的含量，并根據(jù)含量比例

10、輸出模擬電壓信號，該信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，由單片機(jī)進(jìn)行采集、計(jì)算、數(shù)據(jù)處理后，在LED顯屏上顯示出PM2. 5的數(shù)值。當(dāng)PM2. 5超過儀器設(shè)定值時(shí)，產(chǎn)生聲光報(bào)警，并存儲當(dāng)前PM2. 5值和時(shí)一間參數(shù)等。Page 17PM2.5檢測器的機(jī)構(gòu)組成n PM2. 5粉塵顆粒檢測儀由單片機(jī)、灰塵傳感器單元、用戶輸入單元;, A/D轉(zhuǎn)換單元, 顯示屏、電源單元、監(jiān)控復(fù)位單元、時(shí)鐘單元和報(bào)警單元等九部分構(gòu)成。粉塵傳感器A/D轉(zhuǎn)換單元電源單元用戶輸入單元顯示單元報(bào)警單元監(jiān)控復(fù)位單元時(shí)鐘單元單片機(jī)Page 18粉塵傳感器的選型n PM2.5粉塵傳感器DSM501A特性：可以感知煙草產(chǎn)生的煙氣和花粉,房屋粉塵等

11、可檢測1微米以上或2.5微米以上兩種閾值的微小粒子.體積小,重量輕,便于安裝.5V的輸入電路,便于信號處理.內(nèi)藏氣流發(fā)生器,可以自行吸引外部大氣.Page 19應(yīng)用說明n 1、 加熱器：模塊內(nèi)置一個(gè)加熱器，熱引起上升氣流使外部空氣流進(jìn)模塊內(nèi)部n 2、空氣中的浮游粉塵在暗室內(nèi)受到激光發(fā)生器發(fā)出的平行光照射時(shí)，粉塵的散射光強(qiáng)度正比于質(zhì)量濃度，該散射光經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成光電流，經(jīng)主控板的光電流積分電路轉(zhuǎn)換成與散射光強(qiáng)成正比的光電脈沖數(shù)。計(jì)算脈沖數(shù)即可測出粉塵的相對質(zhì)量濃度。Page 20電氣參數(shù)Page 21n 外部空氣進(jìn)入模塊內(nèi)部，如有粉塵等粒子通過時(shí)，阻斷LED光源，光電檢測器檢測不到光源，光

12、電檢測器則低電位輸出；如無粒子通過，則光電檢測器高電位輸出，形成PMW脈沖寬度調(diào)制信號，信號經(jīng)過放大輸出。PMW信號如下圖所示：Page 22n 下圖是DSM501粉塵傳感器在30秒(一個(gè)測量周期)時(shí)間內(nèi)輸出PWM波形的例子。傳感器的低脈沖率與粉塵粒子數(shù)成線性關(guān)系。其特性曲線如圖。只要計(jì)算到一定時(shí)間內(nèi)低脈沖的比率，參照特性曲線，即可得到檢測到的粒子數(shù)，進(jìn)而計(jì)算出PM2.5的參數(shù)。Page 23無線傳輸網(wǎng)絡(luò)的建立n ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)

13、和低反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。選用Zigbee技術(shù)來建立一個(gè)用來監(jiān)測粉塵濃度無線傳感器網(wǎng)絡(luò)Page 24ARM主機(jī)單片機(jī)CC2430報(bào)警裝置報(bào)警裝置圖形顯示圖形顯示粉塵濃度計(jì)算粉塵濃度計(jì)算粉塵傳感器DSM501單片機(jī)CC2430PWM信號節(jié)點(diǎn)1節(jié)點(diǎn)2節(jié)點(diǎn)nPage 25嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)n 嵌入式開發(fā)分為軟件開發(fā)部分和硬件開發(fā)部分。嵌入式系統(tǒng)在開發(fā)過程一般都采用 “宿主機(jī)/目標(biāo)板”開發(fā)模式，即利用宿主機(jī)(PC機(jī))上豐富的軟硬件資源及良好的開發(fā)環(huán)境和調(diào)試工具來開發(fā)目標(biāo)板上的軟件，然后通過交叉編譯環(huán)境生成目標(biāo)代碼和可執(zhí)行文件，通過串口/USB/以太網(wǎng)等方式下載到目標(biāo)板上，利用交叉調(diào)試器在監(jiān)控程序運(yùn)行，實(shí)時(shí)分析，最后，將程序下載固化到目標(biāo)機(jī)上，完成整個(gè)開發(fā)過程。在軟件設(shè)計(jì)上結(jié)合ARM硬件環(huán)境及ADS軟件開發(fā)環(huán)境所設(shè)計(jì)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程圖。整個(gè)開發(fā)過程基本包括以下幾個(gè)步驟。 n (1)源代碼編寫：編寫源C/C+及匯編程序； n (2)程序編譯：通過專用編譯器編譯程序； n (3)軟件仿真調(diào)試：在SDK中仿真軟件運(yùn)行情況