研究的目的与意义
由于现在人们生活水平的普遍提高，大家对自己的生存环境越来越关注，特别是对大气环境质量的关注。近年来，雾霾天气越来越频繁地出现，很多地区 PM2.5污染日益严重，对人们的身体健康和正常生活产生了严重的影响。而空气中细颗粒物浓度即PM2.5浓度又是造成雾霾的罪魁祸首，因此人们对PM2.5 浓度关注度持续提升。由于PM2.5是有毒有害的、停留时间长的、传送距离远的、直径是人的头发丝1/20可入肺颗粒物，对人体健康和大气环境质量影响更大。因此对环境质量检测尤其对PM2.5的检测越来越重要。然而专业检测机构的费用高昂，而现有空气质量检测仪器不仅仅体积较为庞大，而且价格十分昂贵，操作过程很复杂，灵敏度不高，智能化程度低，无法实时检测环境中粉尘浓度，无法走进普通家庭。鉴于此，本课题拟设计一种简易的PM2.5检测系统，即利用粉尘传感器、烟雾传感器等对环境量进行采集，通过单片机进行数据处理后最终以数字形式在液晶显示屏上显示，实现人们对所处环境空气质量的掌控。雾霾问题已成为我国大气治理和环境保护的突出问题，目前我国针对雾霾的监测仍处于起步阶段。基于不同监测方法的雾霾技术有各自优缺点，具有一定的局限性和适用范围，仍需继续开展大量的研究工作，研制出符合我国国情的监测技术和设备完善发展方向，进一步建立完备的雾霾监测体系，与雾霾控制协调统一，构建规范化、科学化和常态化的雾霾气候治理结构，对加强我国环境监测和防控工作具有深远的意义。
研究现状
随着全球的经济科技的快速发展，人类对资源的消耗导致全球的天气逐渐恶劣。由于空气质量的恶化，雾霾天气现象增多，危害现象加重。雾霾主要由PM2.5、PM10、PM0.1以及各种重金属等颗粒组成。因此，中国乃至全球各地人们兴起PM2.5的检测，如今设计出一款能准确检测空气PM2.5含量的仪器已经成为人们的期望。
内华达州系统大学沙漠研究所的学者为了提高人工神经网络(ANN)提前2天预报pm2.5日平均浓度的精度，提出了一种将气团轨迹分析和小波变换相结合的混合模型。该模型是在北京、天津和河北(京津冀地区)13个不同的空气污染监测站建立的。气团轨迹被用来识别“脏”空气和“净”空气向选定站点输送的不同通道。对于每个走廊，根据气团轨迹和相邻站点之间的距离构建一个三角形站网。风速和风向作为计算该轨迹的空气污染指标值的参数。通过小波变换将原有的pm2.5浓度时间序列分解为几个变异性较低的子序列。将预测策略应用到每一个预测对象上，然后总结出每个预测结果。每天的气象预报变量和各自的污染物预测因子被作为输入到一个多层感知器(MLP)类型的反向传播神经网络。对该模型进行了一年多的实验验证(2013年9月至2014年10月)。结果表明，基于轨迹的地理模型和小波变换是提高pm2.5预测精度的有效工具。平均而言，混合模型的均方根误差(RMSE)可以减少40%。其中，小波分解几乎可以预测高pm2.5日数，在给定预警阈值下，混合模型的检测率(DR)平均可以达到90%。这种方法显示了在其他国家的空气质量预报系统中应用的潜力【1】。
而后由荷兰阿姆斯特丹自由大学、清华大学和北京大学联合于2017年在中国组织研究中国强劲的经济增长和相关的城市化和工业化，中国人口暴露于高水平的颗粒物(PM)。为了支持决策者制定具有成本效益的缓解战略，了解造成高污染水平的排放源和形成途径至关重要。在本研究中，他们使用lotos -欧元模型及其模块，利用MEIC排放清单跟踪预定义源行业对中国2013年的贡献。这是该示范体系首次在欧洲以外的地区应用。该来源归属旨在为北京和上海城市的PM2.5来源部门和地区提供深入了解。从来源归因来看，两市平均约有一半的PM2.5污染来自本市本身。大约四分之一的PM2.5来自周边省份，而剩下的四分之一则来自人为和自然因素的远距离输送。住宅燃烧、运输和工业被确定为主要来源，这些部门的贡献相当。这些部门的重要性在全年都有所不同，城市之间也略有不同。冬季，城市居民燃烧贡献占主导地位，夏季，工业和交通贡献占区域交通贡献的比重更大。通过卫星和现场观测对模型结果的评估表明，lotos -欧元模型能够捕捉中国颗粒物及其前体的许多变化特征。该模型显示了对颗粒物浓度的系统低估，特别是在冬季。总而言之，事实证明，lotos-欧元体系是欧洲以外地区政策支持应用的有力工具，因为该模型的中等复杂性允许以十年为周期对起源地区和部门进行评估【2】。
2012年吉林大学硕士生孙琳琳发表一篇名为《粉尘浓度检测仪的设计与实现》的研究论文，他在前人研究监测系统的基础上制作出一款优良的监测仪。此系统最重要的目的就在于对空气中的粉尘浓度、颗粒度等各种污染浓度进行监测，从而准确撑握空气质量，由此即可根据其污染程度采取相应的有效措施对空气进行改善，提高人们生存环境的质量，保护环境，维护我们赖以生存的家园，同时也更有利于实现我们社会的和谐发展。此系统是一种基于ARM浓度粉尘监测系统。系统是以S3C2410为硬件平台，以嵌入式Linux系统为开发环境，并设计相应的驱动程序。同时还引入高性能嵌入式GUI系统开发工具包一-Qt/Embedded,在此基础上开发粉尘浓度监测系统的图形用户界面【3】使后面我们创新检测仪的设计提供很好的指导作用。
随着单片机的普遍应用，在PM2.5检测仪器上就很容易体现出来，由于PM2.5作为雾霾的重要组成部分,其颗粒物直径小，含有高浓度的有毒、有害物质并且在空气中长时间保留、 远距离漂浮等特性,使得对PM2. 5的检测和治理成为当务之急。本设计采用MSP430F 149单片机为控制中心，由GP2Y1010AU0F光学空气质量传感器测量空气粉尘浓度,通过单片机内置的12位AD转换将模拟的电压信号转换成数字信号,然后由单片机进行数据的处理,最后由LCD1602显示屏显示当前空气粉尘浓度,当浓度超过设定阈值时报警。实践证明,该PM2.5测试仪电路设计简单、稳定性好、测试精度高、体积小、价格低，具有一定实用价值【4】。
PM2.5检测设备在我国发展比较慢，跟其他国外企业差距比较大，为此国家加大了相应的补贴力度，让该类检测仪器研发的公司享受一定的政策。一个典型的实践就是“环境大气中细粒子(PM2.5)监测设备”的开发，该设备在2013年国家重大科学仪器设备开发与应用展示，这个举动对PM2.5检测设备的开发及应用领域起到积极的推进作用。根据要求，将研发具有自主知识产权的振荡天平法、beta;射线法、光散射法的产品，由中国独立自主设计生产的检测PM2.5的TSP分割器，设计可以实现自动监测，并显示数值的PM2.5检测设备，该设备具有良好的工程设计、可以多次反复检测、数值精确、寿命长高质量产品，这套设备在国际相应产品中也具有一定的优势。通过该设备，尽早建立PM2.5监测仪的相应标准，对于我国检测仪的发展具有重要意义。这也是目前为止市面上所能看到普遍的检测仪设备。
评价
目前为止PM2.5检测主要是四种技术：beta;射线法、微量震荡天平法、激光测试法、红外测试法。其中beta;射线法和微量震荡天平法精度高，但是由于价格昂贵，不适用于普通家庭。专业的PM2.5检测仪基本上都是这两种原理。虽然测量结果精确，但是价格昂贵，而且维修成本也高，一般是政府的空气质量监测站或专业的实验室在用。
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