利用光散射法及蓝牙技术的PM2.5信号采集与传输终端

摘要

随着科学技术的发展以及人民生活水平的提高，大气中PM2.5（可吸入性颗粒）的含量日益成为人们关注的焦点。为了能实时便利地对周围环境中的PM2.5进行监测，同时降低系统成本和功耗、减小其体积，本文从光散射的理论出发设计了一套便携式、带蓝牙收发模块的PM2.5检测系统。主要进行的研究工作如下：
　　一、从光散射理论出发，通过Mie理论递推公式计算散射相位函数，利用蒙特卡罗方法模拟光子在大气中的散射情况。重点研究了波长为350-750 nm时水平线偏振光、45°线偏振光、右旋圆偏振光三种情况下入射到大气时，出射面的散射光偏振度的变化情况；对偏振光穿过粒径1000-1500 nm的气溶胶时，其出射面偏振度变化情况也进行了分析；以香烟烟雾模拟气溶胶环境，在460 nm和556 nm两种入射波长条件下研究偏振光经过不同烟雾环境的传输变化情况。理论与实验结果表明：对于不同质量浓度的烟雾，入射光为水平线偏振光时其出射面散射光的偏振特性基本不改变；入射光为右旋偏振光和45°线偏振光时出射光的退偏程度随烟雾质量浓度的增加而增加。这些理论和实验结果为利用光散射法检测大气中PM2.5的浓度提供了理论基础。
　　二、本课题采用基于日本夏普公司的GP2Y1010AUOF传感器和BM77蓝牙模块，以STM32F103V BT6作为主控芯片研究PM2.5检测技术。设计融合了光散射传感器、蓝牙通讯和智能终端三者的优势，把传统PM2.5检测仪系统结构分为信号采集单元和信号显示单元。信号采集单元通过蓝牙技术来进行通信,实现PM2.5数据的传输；信号显示单元采用随身携带的智能终端(智能手机或平板电脑)来实现，用智能终端来进行信号显示及处理。不仅极大地降低了仪器成本、减小了仪器体积仪器功耗，还具有强大的数据处理能力。而且融合网络技术的智能终端还可以实现数据的实时共享，有利于各地PM2.5浓度大数据的建立。