PM2.5检测

PM2.5Page2PM2.5PM是英文particulatematter（颗粒物）的首字母缩写。PM2.5俗称的细颗粒物是对空气中直径小于或等于2.5um的固体颗粒或液滴的总称。这些颗粒如此细小，肉眼是看不到的，它们可以在空气中漂浮数天。人类纤细的头发直径大约是70um，这就比最大的PM2.5还大了近三十倍。Page3PM2.5对健康的危害PM2.5主要对呼吸系统和心血管系统造成伤害，包括呼吸道受刺激、咳嗽、呼吸困难、降低肺功能、加重哮喘、导致慢性支气管炎、心律失常、非致命性的心脏病、心肺病患者的过早死，老人、小孩以及心肺疾病患者是PM2.5污染的敏感人群。2012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1.9%,1.6%经济损失分别为18.6,23.7亿元，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。Page4PM2.5检测的用途PM2.5粉尘颗粒的即时检测，是有效防治PM2.5污染的前提和必要保障。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。Page5PM2.5的化学成分PM2.5的化学成分包括无机成分、有机成分、微量金属元素、元素碳(EC)、生物物质(细菌、病菌、霉菌等)等。大气中的含碳粒子是由有机碳(OC)和吸光的元素碳(EC)组成，元素碳的化学结构类似于不纯的石墨，有机碳是PM2.5中含量最高的组分。Page6PM2.5的来源PM2.5的来源分为3类：自然源、人为源和二次颗粒物。自然源包括土壤扬尘、海盐、植物花粉、孢子、细菌等。自然界中的灾害事件，如火山爆发向大气中排放了大量的火山灰，森林大火或裸露的煤原大火及尘暴事件都会将大量细颗粒物输送到大气层中。人为源包括固定源和流动源。固定源包括各种燃料燃烧源,如发电、冶金、石油、化学、纺织印染等各种工业过程、供热、烹调过程中燃煤与燃气或燃油排放的烟尘。流动源主要是各类交通工具在运行过程中使用燃料时向大气中排放的尾气。Page716.40%5.60%3.30%18.10%4.50%24.60%27.50%燃煤机动车排放建筑尘扬尘生物质燃烧二次污染未知源Page8美国国家航空航天局（NASA）2010年9月公布了一张全球空气质量地图，专门展示世界各地PM2.5的密度。地图由加拿大达尔豪斯大学的两位研究人员制作。他们根据NASA的两台卫星监测仪的监测结果，绘制了一张显示出2001年至2006年PM2.5平均值的地图。在这张图上红色（即PM2.5密度最高)，出现在北非、东亚和中国。中国华北、华东和华中PM2.5的密度，指数甚至接近每立方米80微克，甚至超过了撒哈拉沙漠。在这张2001-2006年间平均全球空气污染形势图上，全球PM2.5最高的地区在北非和中国的华北、华东、华中全部。全球分布Page9中国的PM2.5的发展及其挑战其实，空气质量如何，人人心中有杆秤。即使没有数据，凭自己的感觉就很清楚。那些灰蒙蒙的天，那些嗓子眼刺痛的感觉，是每个人的亲身感受。说多少“优良”没有用，数据有多光鲜也没有用，人感到舒服不舒服才是真的。下一步各大城市将逐步新增一批PM2.5的监测站点，应着重扫清公众对选点的疑虑，以更专业、更透明的方式选择监测点，以负责任的态度推进接下来的治理工作。河南省环境监测中心站也是震荡天平法设备的采购大省。2009年，河南省环境综合整治重点区域空气自动监控系统建设项目采购震荡天平法PM10分析仪15台。河南省环境监测站站长许光华向记者介绍，“河南省的PM10监测设备虽然购于2009年，但由于工作滞后的原因，设备到2011年下半年才开始使用。”Page10我国PM2.5污染情况Page11国外研究现状国内外有很多种粉尘检测仪。粉尘检测仪主要由信号采集，信号处理，数字显示以及对参数的控制和设置等几部分构成。目前，世界各国对粉尘浓度的测量技术都做了大量研究，研制了一系列粉尘监测仪器，如粉尘采样器、直读式测尘仪、粉尘浓度传感器等。特别是粉尘浓度传感器的出现，解决了粉尘采样器、直读式测尘仪不能实时监测作业场所粉尘浓度的问题。国外有代表性的产品为英国的Simslin系列监测仪以及其升级产品OSIRIS粉尘传感器和计算机粉尘监测系统；德国丁达尔公司生产的TM系列粉尘仪；俄国研制的Ⅱ-101型自动测尘仪；日本柴田LV一5E、P5系列微电脑粉尘仪；美国研制的RAM系列实时粉尘监测仪、粉尘雷达和Auburn公司生产的3400型粉尘监测仪。其中Simslin系列监测仪、TM系列粉尘仪、LV-5E、P5系列微电脑粉尘仪采用光散射法，Ⅱ-101型自动测尘仪采用光吸收法，3400型粉尘监测仪采用摩擦电法测量粉尘浓度。Page12国内现状国内粉尘浓度在线监测技术的发展较晚，主要以采样器、直读式测尘仪为主，但最近几年，随着信息技术的发展及光电子技术、计算机技术的提高，煤炭科学研究总院重庆研究院最先在国内开发出了GCG500型粉尘浓度传感器。国内其他厂家也陆续引进、开发出了粉尘浓度传感器，其生产厂家有郑州光力科技股份有限公司、江苏三恒科技集团、南京富邺科技股份有限公司等。通过查阅相关资料，国内粉尘浓度传感器主要是煤炭科学研究总院重庆研究院生产的GCG500型粉尘浓度传感器在市场上的应用较多，先后在安徽、山东、山西、甘肃、贵州、河南、辽宁、内蒙等多个省份使用。Page13PM2.5的检测方法和测定范围类别测定范围(μg/m3)测定原理振荡天平式0～1000,0～2000因颗粒物的增加导致石英振子的振动频率降低，从而显示质量浓度值β射线吸收式0～5000,0～10000由捕集在滤纸上的颗粒物对β射线吸收值的增加，显示出质量浓度光散射式同上由颗粒物对光散射量的增加，显示出相对浓度光吸收式同上由捕集到滤纸上颗粒物对光吸收量的增加，显示出相对浓度Page14PM2.5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:(0.5一1000)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%；Page15系统原理图整个系统分为三个部分：数据采集和处理，建立无线通信信道和软件开发。第一部分是单片机连接粉尘传感器DSM501，采集粉尘浓度、空气温湿度信息;第二部分是使用Zigbee技术建立无线信道。前端单片机C2430与传感器连接将数据发送到接收端单片机。第三部分是接收端单片机和ARM连接并传递数据;ARM读取数据并进行分析、统计和显示。Page16PM2.5粉尘颗粒检测的设计原理灰尘传感器实时的检测空气中直径小于或等十2.5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值和时一间参数等。Page17PM2.5检测器的机构组成PM2.5粉尘颗粒检测仪由单片机、灰尘传感器单元、用户输入单元;,A/D转换单元,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。粉尘传感器A/D转换单元电源单元用户输入单元显示单元报警单元监控复位单元时钟单元单片机Page18粉尘传感器的选型PM2.5粉尘传感器DSM501A特性：●可以感知烟草产生的烟气和花粉,房屋粉尘等●可检测1微米以上或2.5微米以上两种阈值的微小粒子..●体积小,重量轻,便于安装.●5V的输入电路,便于信号处理.●内藏气流发生器,可以自行吸引外部大气.Page19应用说明1、加热器：模块内置一个加热器，热引起上升气流使外部空气流进模块内部2、空气中的浮游粉尘在暗室内受到激光发生器发出的平行光照射时，粉尘的散射光强度正比于质量浓度，该散射光经过光电转换器转换成光电流，经主控板的光电流积分电路转换成与散射光强成正比的光电脉冲数。计算脉冲数即可测出粉尘的相对质量浓度。Page20电气参数Page21外部空气进入模块内部，如有粉尘等粒子通过时，阻断LED光源，光电检测器检测不到光源，光电检测器则低电位输出；如无粒子通过，则光电检测器高电位输出，形成PMW脉冲宽度调制信号，信号经过放大输出。PMW信号如下图所示：Page22下图是DSM501粉尘传感器在30秒(一个测量周期)时间内输出PWM波形的例子。传感器的低脉冲率与粉尘粒子数成线性关系。其特性曲线如图。只要计算到一定时间内低脉冲的比率，参照特性曲线，即可得到检测到的粒子数，进而计算出PM2.5的参数。Page23无线传输网络的建立ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。选用Zigbee技术来建立一个用来监测粉尘浓度无线传感器网络Page24ARM主机单片机CC2430报警装置图形显示粉尘浓度计算粉尘传感器DSM501单片机CC2430PWM信号节点1节点2节点nPage25嵌入式系统的开发嵌入式开发分为软件开发部分和硬件开发部分。嵌入式系统在开发过程一般都采用“宿主机/目标板”开发模式，即利用宿主机(PC机)上丰富的软硬件资源及良好的开发环境和调试工具来开发目标板上的软件，然后通过交叉编译环境生成目标代码和可执行文件，通过串口/USB/以太网等方式下载到目标板上，利用交叉调试器在监控程序运行，实时分析，最后，将程序下载固化到目标机上，完成整个开发过程。在软件设计上结合ARM硬件环境及ADS软件开发环境所设计的嵌入式系统开发流程图。整个开发过程基本包括以下几个步骤。(1)源代码编写：编写源C/C++及汇编程序；(2)程序编译：通过专用编译器编译程序；(3)软件仿真调试：在SDK中仿真软件运行情况；(4)程序下载：通过JTAG、USB、UART方式下载到目标板上；(5)软硬件测试、调试：通过JTAG等方式联合调试程序；(6)下载固化：程序无误，下载到产品上生产。Page26ARM是目前嵌入式领域应用最广泛的RISC微处理器结构，凭借低成本、低功耗、高性能等优点占据了嵌入式系统应用领域的领先地位。ADS是ARM公司推出的ARM集成开发环境，提供了对C和C++的支持，是目前开发ARM的主要工具。