CN210953728U - 一种pm2.5浓度检测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种PM2.5浓度检测系统，属于测试测量技术领域。本PM2.5浓度检测系统，包括：激光发射器，用于向空气中发射光束；光电二极管，用于接收激光发射器发射在空气中的光线信号，并根据接收到的光信号强弱转换成不同脉冲长度的电信号；双运算放大模块，与光电二极管连接，用于将光电二极管产生的电信号进行多级放大；微控制器，与双运算放大模块的输出端口连接，用于接收从双运算放大模块中输出的电信号；激光控制模块，与微控制器的输出端口连接；电压检测模块，与微控制器连接；总电源，与电压检测模块和微控制器的电源端连接。本实用新型具有能使得检测系统在采集数据过程中更加精确的优点。
Description
技术领域
本实用新型属于测试测量领域，涉及一种PM2.5浓度检测系统。
背景技术
目前市场上PM2.5传感器大多应用于室内颗粒物浓度和室外大气质量的检测，工作在220V电压网络中。随着汽车市场的逐年扩大，汽车车内良好的空气质量显得越来越重要，长时间处于PM2.5浓度较高的环境中，对用户的身心将产生不利的影响。因此，实时获取车内PM2.5浓度，以此为依据动态调节车内空气质量，成为汽车空调系统工作的重要环节。
例如在中国专利文献【授权公告号：CN203929618U】中的一种PM2.5浓度检测系统，包括气泵，用于抽取待测空气；激光传感器，与所述气泵连接，用于检测待测空气中尘埃粒子，并将其转化成电信号；运算放大器，与所述激光传感器连接，将所述电信号放大；微控制器，与所述运算放大器连接，根据实验获取的曲线参数对放大后的电信号进行分析、修正和换算；显示屏，与所述控制器连接，用于显示所述控制器的输出结果；以及为系统供电的供电系统。
上述各元器件组成的电路虽然能检测PM2.5浓度，但由于该系统内只采用单个运算放大器进行数据信号采集放大，容易产生温漂现象，导致数据采集不准确。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种PM2.5浓度检测系统,本实用新型解决的技术问题是如何使得检测系统在采集数据过程中更加精确。
本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：
一种PM2.5浓度检测系统，其特征在于，包括：
激光发射器，用于向空气中发射光束；
光电二极管，用于接收所述激光发射器发射在空气中的光线信号，并根据接收到的光信号强弱转换成不同脉冲长度的电信号；
双运算放大模块，与所述光电二极管连接，用于将所述光电二极管产生的电信号进行I/V转换和放大；
微控制器，与所述双运算放大模块的输出端口连接，用于接收从所述双运算放大模块中输出的电信号，按照预先设定好的程序对电信号进行处理并输出给上位机；
激光控制模块，与所述微控制器的输出端口连接，用于接收从所述微控制器发出的信号并控制所述激光发射器打开或关闭激光；
电压检测模块，与所述微控制器连接，用于检测后续电路供电电压，保证整个电路工作电压保持在9-16V之间；
总电源，与所述电压检测模块和所述微控制器的电源端连接，用于给电压检测模块和微控制器供电。
工作原理：激光发射器波长为650nm的激光光束照射下，进入风道的PM2.5 颗粒物会发生散射现象，高精度的光电二极管接收到不同的光强变化，通过双运算放大模块I/V转换、两级放大和低通滤波处理后，将电压变化传递给微控制器，经微控制器进行A/D转换后，通过LIN通讯，将车内PM2.5浓度值实时反馈给用户。
在上述PM2.5浓度检测系统中，所述总电源上电连接有集成芯片，所述集成芯片包括稳压器模块和LIN通讯模块，所述总电源通过稳压器模块变压后电连接到微控制器和电源控制模块，所述上位机与微控制器之间通过LIN通迅模块进行数据传输。稳压器模块能对总电源向整个电路供电起到稳压的目的，保护后续电路不会受到外界电压变化；LIN通讯模块能实现对微控制器和上位机的快速通讯。
在上述PM2.5浓度检测系统中，所述总电源通过稳压器变压后电连接到电源控制模块，所述微控制器的输入端上电连接有温度补偿模块，所述电源控制模块的输出端分别给所述激光发射器、所述双运算放大模块和所述温度补偿模块供电。电源控制模块能被微控制器控制，并起到给激光发射器、双运算放大模块和温度补偿模块供电或断开的作用。
在上述PM2.5浓度检测系统中，所述总电源上电连接有风扇，所述微控制器的输出端通过风扇控制模块控制所述风扇启停。风扇起到将颗粒物吸入到通道的作用，从而保证后续激光发射器能照射到足够的PM2.5。
在上述PM2.5浓度检测系统中，所述双运算放大电路由初级运放和次级运放组成，所述初级运放的同相端连接到所述电源控制模块上，所述光电二极管的正极连接到所述初级运放的同相端与所述电源控制模块之间，所述光电二极管的负极连接到所述初级运放的反相端，所述初级运放的反相端与输出端之间连有反馈电阻，所述反馈电阻一的两端并接有选频电容一，所述初级运放的输出端与所述次级运放的同相端电连接，所述次级运放的反相端通过分压电阻一接地，所述次级运放的反相端与输出端之间设有反馈电阻二，所述反馈电阻二的两端并接有选频电容二，所述次级运放的输出端经过低通滤波电路后连接到微控制器的模拟输入端。同时采用初级运放和次级运放对光电二极管输出的信号进行多级运算放大，具有稳定性高的优点，低通滤波电路能滤除次级运放输出的信号中的特定范围频率后输送到微控制器。
在上述PM2.5浓度检测系统中，所述初级运放的同相端与所述电源控制模块之间设有偏置电路一，所述偏置电路一由偏置电阻一、偏置电阻一和滤波电容一、滤波电容二组成，所述偏置电阻一、偏置电阻二串接且一端连接到所述电源控制模块，其另一端接信号地，所述滤波电容一并接在偏置电阻一和偏置电阻二上，所述滤波电容二并接在偏置电阻二上，所述初级运放的同相端连接到偏置电阻一和偏置电阻二之间，所述低通滤波电路包括匹配电阻和选频电容组成，所述匹配电阻的一端连接到次级运放的输出端，另一端连接到微控制器的模拟输入端，所述选频电容的一端接信号地，另一端接微控制器的模拟输入端。滤波电容一、滤波电容二分别能滤高频和低频，偏置电路一能提供给光电二极管偏置电压，从而保证光电二极管的正常运行。
在上述PM2.5浓度检测系统中，所述初级运放的电源端连接至所述电源控制模块，所述初级运放的电源端与所述电源控制模块之间并接有滤波电容三和滤波电容四且接至信号地。滤波电容三和滤波电容四分别起到滤除电源中的高频和低频的效果。
在上述PM2.5浓度检测系统中，所述初级运放的输出端与次级运放的同相端之间连接有滤波电容六。滤波电容六起到过滤总电源供电过程中产生的直流分量的作用。
在上述PM2.5浓度检测系统中，所述次级运放的同相端与所述电源控制模块之间设有偏置电路二，所述偏置电路二由滤波电容五和串接的偏置电阻三、偏置电阻四组成，所述偏置电阻三一端连接到所述电源控制模块,所述偏置电阻四的一端接信号地，所述滤波电容五的两端分别并接在串联的偏置电阻三和所述偏置电阻四上，所述次级运放的同相端连接至所述偏置电阻三和所述偏置电阻四之间。电源控制模块能提供给偏置电路二电压从而提供给次级运放偏置电压，并带动次级运放进行信号放大。
在上述PM2.5浓度检测系统中，所述电压检测模块由PNP三极管、NPN三极管、限流电阻一、限流电阻二、偏置电阻五、偏置电阻六以及分压电阻二、分压电阻三组成，所述PNP三极管的发射极接至所述总电源，所述分压电阻二和分压电阻三串接至电源地且分压电阻二的一端连接至所述NPN三极管的集电极，所述微控制器的模拟输出端连接至所述分压电阻二和分压电阻三之间，所述偏置电阻五的两端分别连接到PNP三极管的发射极和基极，所述限流电阻一的两端分别与PNP三极管的基极和NPN三极管的集电极连接，所述偏置电阻六的两端分别连接到NPN三极管的基极和发射极，所述限流电阻二的两端分别连接到微控制器的数字输出端和NPN三极管的基极。
限流电阻一和限流电阻二分别起到限制PNP三极管基极电流和限制NPN三极管基极电流的作用，偏置电阻五、偏置电阻六分别用于提供PNP三极管和NPN 三极管偏置，分压电阻二、分压电阻三用于电路分压，当进行电压检测时，微控制器的数字输出端发送信号到NPN三极管，将PNP三极管导通，进而使电压检测模块打开，总电源经三极管输入电压至微控制器的模拟输入端，并由微控制器进行电压值的检测，从而调整微控制器运行模式，实现降低整个电路的待机功耗；信号地和电源地分开不仅保证了I/V信号的稳定性，更加提高了电路对外部环境的抗扰能力。
与现有技术相比，本PM2.5浓度检测系统具有能使得检测系统在采集数据过程中更加精确的优点。
附图说明
图1是本PM2.5浓度检测系统的硬件架构示意图。
图2是本PM2.5浓度检测系统中双运算放大模块的架构图。
图3是本PM2.5浓度检测系统中电压检测模块的架构图。
图中，1、初级运放；2、次级运放；3、偏置电路一；4、偏置电路二；5、高低频滤波电路；6、低通滤波电路；7、光电二极管；R1、偏置电阻一；R2、偏置电阻二；R3、反馈电阻一；R4、偏置电阻三；R5、偏置电阻四；R7、反馈电阻二；R9、匹配电阻；R10、偏置电阻五；R11、限流电阻一；R12、限流电阻二；R13、偏置电阻六；R14、分压电阻二；R15、分压电阻三；C1、滤波电容一； C2、滤波电容二；C3、选频电容一；C4、滤波电容三；C5、滤波电容四；C6、滤波电容五；C7、选频电容二；C8、滤波电容六；C9、选频电容；SGND、信号地；GND、电源地；A1、模拟输入端；D、数字输入端，Q1、PNP三极管；Q2、NPN 三极管。
具体实施方式
以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。
如图1、图2和图3所示，PM2.5浓度检测系统，包括：激光发射器，用于向空气中发射光束；光电二极管7，用于接收所述激光发射器发射在空气中的光线信号，并根据接收到的光信号强弱转换成不同脉冲长度的电信号；双运算放大模块，与所述光电二极管7连接，用于将所述光电二极管7产生的电信号进行I/V转换和放大；微控制器，与所述双运算放大模块的输出端口连接，用于接收从所述双运算放大模块中输出的电信号，按照预先设定好的程序对电信号进行处理并输出给上位机；激光控制模块，与所述微控制器的输出端口连接，用于接收从所述微控制器发出的信号并控制所述激光发射器打开或关闭激光；电压检测模块，与所述微控制器连接，用于检测后续电路供电电压，保证整个电路工作电压保持在9-16V之间；总电源，与所述电压检测模块和所述微控制器的电源端连接，用于给电压检测模块和微控制器供电。本实施例的总电源提供12v的电压。
所述总电源上电连接有集成芯片，所述集成芯片包括稳压器模块和LIN通讯模块，所述总电源通过稳压器模块变压后电连接到微控制器和电源控制模块，所述上位机与微控制器之间通过LIN通迅模块进行数据传输，所述微控制器的输入端上电连接有温度补偿模块，所述电源控制模块的输出端分别给所述激光发射器、所述双运算放大模块和所述温度补偿模块供电，所述总电源上电连接有风扇，所述微控制器的输出端通过风扇控制模块控制所述风扇启停。本实施例中的稳压器采用低压差线性稳压器，该产品具有自耗低、噪音低和静态电流小等优点；总电源经低压差线性稳压器变压后输出3.3v电压。本实施例中稳压器模块采用低压差线形稳压器模块(LDO)。
所述双运算放大电路由初级运放1和次级运放2组成，所述初级运放1的同相端连接到所述电源控制模块上，所述光电二极管7的正极连接到所述初级运放1的同相端与所述电源控制模块之间，所述光电二极管7的负极连接到所述初级运放1的反相端，所述初级运放1的反相端与输出端之间连有反馈电阻一R3，所述反馈电阻一R3的两端并接有选频电容一C3，所述初级运放1的输出端与所述次级运放2的同相端电连接，所述次级运放2的反相端通过分压电阻一R8接地，所述次级运放2的反相端与输出端之间设有反馈电阻二R7，所述反馈电阻二R7的两端并接有选频电容二C7，所述次级运放2的输出端经过低通滤波电路6后连接到微控制器的模拟输入端A1。
所述初级运放1的同相端与所述电源控制模块之间设有偏置电路一3，所述偏置电路一3由偏置电阻一R1、偏置电阻二R2和滤波电容一C1、滤波电容二C2组成，所述偏置电阻一R1、偏置电阻二R2串接且一端连接到所述电源控制模块，其另一端接信号地SGND，所述滤波电容一C1并接在偏置电阻一R1和偏置电阻二R2上，所述滤波电容二C2并接在偏置电阻二R2上，所述初级运放 1的同相端连接到偏置电阻一R1和偏置电阻二R2之间，所述低通滤波电路6包括限流电阻三R9和滤波电容七C9组成，所述滤波电阻三R9的一端连接到次级运放2的输出端，另一端连接到微控制器的模拟输入端A1，所述滤波电容七C9 的一端接信号地SGND，另一端接微控制器的模拟输入端A1。
所述初级运放1的电源端连接至所述电源控制模块，所述初级运放1的电源端与所述电源控制模块之间并接有滤波电容三C4和滤波电容四C5且接至信号地SGND，所述初级运放1的输出端与次级运放2的同相端之间连接有滤波电容六C8。
所述次级运放2的同相端与所述电源控制模块之间设有偏置电路二4，所述偏置电路二4由滤波电容五C6和串接的偏置电阻三R4、偏置电阻四R5组成，所述偏置电阻三R4一端连接到所述电源控制模块,所述偏置电阻四R5的一端接信号地SGND，所述滤波电容五C6的两端分别并接在串联的偏置电阻三R4和所述偏置电阻四R5上，所述次级运放2的同相端连接至所述偏置电阻三R4和所述偏置电阻四R5之间。本实施例中采用集成运放MCP6022芯片，该芯片中包含了本实施例中初级运放和次级运放，具有低温漂、低偏压差和高性能的特点。
所述电压检测模块由PNP三极管Q1、NPN三极管Q2、限流电阻一R11、限流电阻二R12、偏置电阻五R10、偏置电阻六R13以及分压电阻二R14、分压电阻三R15组成，所述PNP三极管Q1的发射极接至所述总电源，所述分压电阻二 R14和分压电阻三R15串接至电源地GND且分压电阻二R14的一端连接至所述 NPN三极管Q2的集电极，所述微控制器的模拟输出端A连接至所述分压电阻二 R14和分压电阻三R15之间，所述偏置电阻五R10的两端分别连接到PNP三极管 Q1的发射极和基极，所述限流电阻一R11的两端分别与PNP三极管Q1的基极和NPN三极管Q2的集电极连接，所述偏置电阻六R13的两端分别连接到NPN三极管Q2的基极和发射极，所述限流电阻二R12的两端分别连接到微控制器的数字输出端D和NPN三极管Q2的基极。
激光发射器波长为650nm的激光光束照射下，进入风道的PM2.5颗粒物会发生散射现象，高精度的光电二极管接收到不同的光强变化，通过双运算放大模块I/V转换、两级放大和低通滤波处理后，将电压变化传递给微控制器，经微控制器进行A/D转换后，通过LIN通讯，将车内PM2.5浓度值实时反馈给用户。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (10)
1.一种PM2.5浓度检测系统，其特征在于，包括：
激光发射器，用于向空气中发射光束；
光电二极管(7)，用于接收所述激光发射器发射在空气中的光线信号，并根据接收到的光信号强弱转换成不同脉冲长度的电信号；
双运算放大模块，与所述光电二极管(7)连接，用于将所述光电二极管(7)产生的电信号进行I/V转换和放大；
微控制器，与所述双运算放大模块的输出端口连接，用于接收从所述双运算放大模块中输出的电信号，按照预先设定好的程序对电信号进行处理并输出给上位机；
激光控制模块，与所述微控制器的输出端口连接，用于接收从所述微控制器发出的信号并控制所述激光发射器打开或关闭激光；
电压检测模块，与所述微控制器连接，用于检测后续电路供电电压，保证整个电路工作电压保持在9-16V之间；
总电源，与所述电压检测模块和所述微控制器的电源端连接，用于给电压检测模块和微控制器供电。
2.根据权利要求1所述的PM2.5浓度检测系统，其特征在于，所述总电源上电连接有集成芯片，所述集成芯片包括稳压器模块和LIN通讯模块，所述总电源通过稳压器模块变压后电连接到微控制器和电源控制模块，所述上位机与微控制器之间通过LIN通迅模块进行数据传输。
3.根据权利要求2所述的PM2.5浓度检测系统，其特征在于，所述微控制器的输入端上电连接有温度补偿模块，所述电源控制模块的输出端分别给所述激光发射器、所述双运算放大模块和所述温度补偿模块供电。
4.根据权利要求1所述的PM2.5浓度检测系统，其特征在于，所述总电源上电连接有风扇，所述微控制器的输出端通过风扇控制模块控制所述风扇启停。
5.根据权利要求2所述的PM2.5浓度检测系统，其特征在于，所述双运算放大电路由初级运放(1)和次级运放(2)组成，所述初级运放(1)的同相端连接到所述电源控制模块上，所述光电二极管(7)的正极连接到所述初级运放(1)的同相端与所述电源控制模块之间，所述光电二极管(7)的负极连接到所述初级运放(1)的反相端，所述初级运放(1)的反相端与输出端之间连有反馈电阻一(R3)，所述反馈电阻一(R3)的两端并接有选频电容一(C3)，所述初级运放(1)的输出端与所述次级运放(2)的同相端电连接，所述次级运放(2)的反相端通过分压电阻一(R8)接地，所述次级运放(2)的反相端与输出端之间设有反馈电阻二(R7)，所述反馈电阻二(R7)的两端并接有选频电容二(C7)，所述次级运放(2)的输出端经过低通滤波电路(6)后连接到微控制器的模拟输入端(A1)。
6.根据权利要求5所述的PM2.5浓度检测系统，其特征在于，所述初级运放(1)的同相端与所述电源控制模块之间设有偏置电路一(3)，所述偏置电路一(3)由偏置电阻一(R1)、偏置电阻二(R2)和滤波电容一(C1)、滤波电容二(C2)组成，所述偏置电阻一(R1)、偏置电阻二(R2)串接且一端连接到所述电源控制模块，其另一端接信号地(SGND)，所述滤波电容一(C1)并接在偏置电阻一(R1)和偏置电阻二(R2)上，所述滤波电容二(C2)并接在偏置电阻二(R2)上，所述初级运放(1)的同相端连接到偏置电阻一(R1)和偏置电阻二(R2)之间，所述低通滤波电路(6)包括匹配电阻(R9)和选频电容(C9)，所述匹配电阻(R9)的一端连接到次级运放(2)的输出端，另一端连接到微控制器的模拟输入端(A1)，所述选频电容(C9)的一端接信号地(SGND)，另一端接微控制器的模拟输入端(A1)。
7.根据权利要求5所述的PM2.5浓度检测系统，其特征在于，所述初级运放(1)的电源端连接至所述电源控制模块，所述初级运放(1)的电源端与所述电源控制模块之间并接有滤波电容三(C4)和滤波电容四(C5)且接至信号地(SGND)。
8.根据权利要求6所述的PM2.5浓度检测系统，其特征在于，所述初级运放(1)的输出端与次级运放(2)的同相端之间连接有滤波电容六(C8)。
9.根据权利要求5所述的PM2.5浓度检测系统，其特征在于，所述次级运放(2)的同相端与所述电源控制模块之间设有偏置电路二(4)，所述偏置电路二(4)由滤波电容五(C6)和串接的偏置电阻三(R4)、偏置电阻四(R5)组成，所述偏置电阻三(R4)一端连接到所述电源控制模块,所述偏置电阻四(R5)的一端接信号地(SGND)，所述滤波电容五(C6)的两端分别并接在串联的偏置电阻三(R4)和所述偏置电阻四(R5)上，所述次级运放(2)的同相端连接至所述偏置电阻三(R4)和所述偏置电阻四(R5)之间。
10.根据权利要求1所述的PM2.5浓度检测系统，其特征在于，所述电压检测模块由PNP三极管(Q1)、NPN三极管(Q2)、限流电阻一(R11)、限流电阻二(R12)、偏置电阻五(R10)、偏置电阻六(R13)以及分压电阻二(R14)、分压电阻三(R15)组成，所述PNP三极管的发射极接至所述总电源，所述分压电阻二(R14)和分压电阻三(R15)串接至电源地(GND)且分压电阻二(R14)的一端连接至所述NPN三极管(Q2)的集电极，所述微控制器的模拟输出端(A)连接至所述分压电阻二(R14)和分压电阻三(R15)之间，所述偏置电阻五(R10)的两端分别连接到PNP三极管(Q1)的发射极和基极，所述限流电阻一(R11)的两端分别与PNP三极管(Q1)的基极和NPN三极管(Q2)的集电极连接，所述偏置电阻六(R13)的两端分别连接到NPN三极管(Q2)的基极和发射极，所述限流电阻二(R12)的两端分别连接到微控制器的数字输出端(D)和NPN三极管(Q2)的基极。
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| CN201921333673.3U CN210953728U (zh) | 2019-08-16 | 2019-08-16 | 一种pm2.5浓度检测系统 |
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|---|---|---|---|
| CN201921333673.3U CN210953728U (zh) | 2019-08-16 | 2019-08-16 | 一种pm2.5浓度检测系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN210953728U true CN210953728U (zh) | 2020-07-07 |
Family
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Family Applications (1)
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| CN201921333673.3U Active CN210953728U (zh) | 2019-08-16 | 2019-08-16 | 一种pm2.5浓度检测系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| CN (1) | CN210953728U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112730178A (zh) * | 2020-12-22 | 2021-04-30 | 杭州春来科技有限公司 | 一种车载透射式烟度计及车辆 |
-
2019
- 2019-08-16 CN CN201921333673.3U patent/CN210953728U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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