淺談部隊哨崗PM2.5的監(jiān)測和防治系統(tǒng)的設(shè)計

沈浩　劉子震　吳忠新

摘 要 針對部隊當前固定哨位執(zhí)勤過程中突遇霧霾天氣或其他致使空氣中PM2.5含量超出正常值從而危害執(zhí)勤哨兵生命健康安全的狀況，加之部隊當前執(zhí)勤設(shè)施應(yīng)用大背景下無法有效解決此問題，鑒于此，本文主要探索部隊執(zhí)勤哨位PM2.5監(jiān)測與防治系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。本論文主要運用傳感器、單片機、自動控制等技術(shù)對如何有效地實現(xiàn)執(zhí)勤哨位PM2.5的智能化監(jiān)測及報警、如何有效地實現(xiàn)執(zhí)勤哨位PM2.5的簡約化防范及治理進行研究。

關(guān)鍵詞 PM2.5 監(jiān)測 防治

中圖分類號：R285.5 文獻標識碼：A

1研究目的

PM2.5 ，亦稱細顆粒物，是指自然狀態(tài)下大氣中空氣動力學當量直徑小于等于2.5微米的顆粒物。霧霾，特定氣候條件與人類活動相互作用的結(jié)果。經(jīng)濟及社會活動依賴于高密度的人口分布，其必然會排放大量的細顆粒物。而一旦排放超過大氣循環(huán)能力和承載度，細顆粒物濃度將持續(xù)積聚，假如受靜穩(wěn)天氣等因素影響，極易出現(xiàn)大范圍霧霾。近年來部隊固定哨位執(zhí)勤隨著軍改浪潮不斷向著正規(guī)化、標準化、高效化以及環(huán)保化的目標前進。在官兵執(zhí)勤過程中隨時可能遇見霧霾天氣或其他致使空氣中PM2.5含量超出正常值從而危害執(zhí)勤哨兵生命健康安全的狀況，而部隊當前執(zhí)勤設(shè)施應(yīng)用條件下無法有效解決此問題。正是基于這樣一種復(fù)雜的軍地背景下，本研究主要探索部隊執(zhí)勤哨位監(jiān)測與防治系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。

2研究意義

動人心魄的數(shù)字背后折射的是大自然發(fā)出的警告，昭示我們?nèi)祟愋枰鞒龈淖儭Ｎ覀儽仨氁蜢F霾等污染宣戰(zhàn)，因為這是社會關(guān)注的焦點問題?，F(xiàn)在許多人早晨一起來，不再關(guān)注今天晴天還是陰雨天，而是打開手機查看PM2.5的含量值，這足以說明解決霧霾已經(jīng)成為重大的民生問題。李克強總理談到霧霾時表示，“治理空氣污染”要上升為國家戰(zhàn)略。那么霧霾到底有多可怕？霧霾天氣會造成空氣質(zhì)量下降，嚴重影響生態(tài)環(huán)境，給人類出行和人體健康帶來重大危害；霧霾天氣時，空氣中會帶有很多細菌和病毒，極易導致傳染病擴散和多種疾病的發(fā)生；城市中空氣污染物不易擴散，加重了一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等物質(zhì)的毒性，危害行人健康；更有甚者，冬季遇霧霾天氣，若空氣污染嚴重可能形成煙塵或黑色煙霧等毒霧，嚴重威脅人的生命和健康。防范治理霧霾的腳步刻不容緩，無論是國家還是個人，都要有所行動。因此，為了體現(xiàn)以人為本的理念和保障執(zhí)勤任務(wù)的圓滿完成，我們有必要執(zhí)勤哨位的哨兵考慮霧霾天對于他們個人身體造成的不利影響，這具有十分的必要性。

3系統(tǒng)組成框圖

4子系統(tǒng)方案的選擇論證

4.1單片機的選擇

控制核心采用STC89C52系列單片機。該單片機的特點及性能是：（1）內(nèi)部資源完善且操作性強，在性能上支持各模塊的功能實現(xiàn)無障礙。（2）內(nèi)部系統(tǒng)可編程，無需編程器和仿真器，軟硬件調(diào)試簡單易行，高效快捷。（3）具有加密性強、超強抗干擾、超低功耗等特點。此外，52系列單片機在電子設(shè)計方面給我們帶來了很多的方便，過去近一年的專業(yè)課學習中，我對52系列單片機的了解度較其他系列單片機高得多。因此，選用此類單片機作為核心控制器，思路清晰，方法明確，能夠節(jié)約許多時間。

4.2 PM2.5監(jiān)測傳感器的選擇

采用GP2Y1010AU0F粉塵檢測傳感器模塊。其特點及性能是：（1）夏普光學灰塵傳感器（GP2Y1010AU0F）在檢測如香煙煙霧等非常細的顆粒時，是特別有效的，并且是常用的空氣凈化器系統(tǒng)。（2）該裝置中，一個紅外發(fā)光二極管和光電晶體管，對角布置成允許其檢測到在空氣中的灰塵反射光。（3）該傳感器具有極低的電流消耗（最大20mA，11毫安典型的），可以搭載高達7VDC的傳感器。（4）輸出的是一個模擬電壓正比于所測得的粉塵濃度，敏感性為0.5V/0.1mg/m3。（5）造價較低。其原理如下圖：傳感器中心有個洞可以讓空氣自由流過，定向發(fā)射LED光，通過檢測經(jīng)過空氣中灰塵折射過后的光線來判斷灰塵的含量。

5工作流程

（1）根據(jù)具體空氣環(huán)境設(shè)定任意的報警最大值和二分之一最大值。

（2）實時、快速檢測空氣中粉塵濃度（即PM2.5 濃度）。

（3）當濃度超出報警二分之一最大值發(fā)出光亮警示、超出最大值時發(fā)出聲光報警。

（4）超過最大值時驅(qū)動噴灑淋浴裝置（小水泵）工作，并啟動直流電機正轉(zhuǎn)關(guān)閉哨位門窗（電機關(guān)閉門窗后即停轉(zhuǎn)）。

（5）待執(zhí)勤哨位空氣環(huán)境恢復(fù)正常PM2.5值后，淋浴裝置關(guān)閉。

6調(diào)試結(jié)論

從分析進行霧霾治理后空氣中PM2.5含量值來看，該設(shè)計起到了一定的作用。一方面作用隨時間不同，除霾效果存在不同程度的差別；另一方面在室內(nèi)調(diào)試實驗效果要優(yōu)于室外。

綜上所述，此設(shè)計若要應(yīng)在實際工作崗位上，會發(fā)揮一定的作用，但是難以保證的是其工作的穩(wěn)定性。下步要在提高系統(tǒng)工作穩(wěn)定性上多下功夫。以期達到最佳應(yīng)用效果。該研究未來或在部隊執(zhí)勤哨位自動化領(lǐng)域發(fā)揮其一定作用。

參考文獻

[1] 劉玉賓，朱煥立.單片機與接口技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[2] 孫濱.基于光學粉塵傳感器的車載空氣凈化裝置設(shè)計[J].電子技術(shù)，2013（4）：77-80.

[3] 孫寶元.傳感器及其應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.