基于K60的汽車內環境監測與報警系統設計

周皓冉

摘要

隨著社會科技、經濟水平的不斷提高，人們生活水平越來越好，汽車逐漸走進了千家萬戶，雖然目前汽車對外排放氣體的處理較以前有了很明顯改觀，但汽車內部的環境問題卻又出現在我們的面前，因為我們國家目前還沒有對汽車內環境問題有明確的指標，所以大多數汽車制造廠忽略了這個影響我們身體健康的問題，因此本文就汽車內微環境的監測以及報警系統設計展開討論。

【關鍵詞】汽車內微環境 監測 報警系統設計

1 汽車內微環境問題主要來源及危害

目前汽車走進千家萬戶，人們對于汽車內環境的要求越來越嚴格，目前汽車內的危害主要來源于以下幾個方面：

1.1 新車內的各種配件

目前汽車供應商在供貨新車時，只保證了車的新穎卻沒有保證車內環境，雖然新車中的座椅、內飾、保溫材料等都是全新的，但是廠家沒有對其進行危害物檢測，像一些紡織類、皮革類的裝飾物，在汽車的使用中會散發大量甲醛。

1.2 汽車生產時用的化合物

在汽車生產中都會用到稀釋劑、膠水、油漆等等高污染苯類化合物，而這些也會散發出對人體有危害的氣體。

1.3 汽車行駛時產生的CO

雖然在汽車表面我們看見發動機、排氣管與車內進行了密封、隔檔。但是有的汽車密封沒有做到位，使汽車產生的CO進入汽車內部，造成人員CO中毒。

長時間的暴露在這些有害氣體中，會使人產生呼吸不通暢、CO中毒、眼睛刺痛、頭暈、支氣管等疾病，并且苯對人體有麻痹作用，使人無法安全駕駛，慢性中毒，這些TVOC長時間作用人體，會讓人免疫力下降，影響我們的神經系統、呼吸系統等。

2 汽車內微環境監測系統的設計

2.1 汽車內微環境監測系統硬件構成

在微環境系統的硬件構成上大致可以分為單片機、PM2.5傳感器、溫濕度傳感器、甲醛傳感器、CO傳感器、CO₂傳感器、語音報警模塊、液晶屏、安全控制器等。

在單片機的選擇上我們可以選擇一款進口單片機比如Kinetis系列的K60DN512，這類單片機能夠達到我們的要求而且成本不高，它具有高速處理、耗能低、防止外界干擾等特點，支持DSP指令和可選的單個精密浮點單元，具有器件充電檢測功能的USB OTG（全速、高速），多達32通道DMA，還高達16KB高速緩存，256KB到1MB閃存。高達256KB的SRAM。32KB到512KB FlexMemory。多達4個可配置16位模數轉換器，支持片上PGA10/10OBaseT以太網MAC，帶有支持IPV6的堆棧硬件加密加速器。另外Kinetis系列的K60DN512單片機還具有高精度晶體時鐘源。

在進行系統設計時我們可以選擇高對比度顯示屏，這樣可以清晰、詳細的觀測到汽車內各個監測物質的含量，屏幕可以采用5536色、26萬色、1600萬色中的一種。

在PM2.5傳感器的選擇上，可以用Honeywell的HPMH115SO系列車載傳感器，它的工作原理是通過濾網先將空氣進行第一步篩選，排除大體積空氣顆粒，再通過光學傳輸進行空氣內PM2.5的測量，并且還具有壽命長的特點可以滿足20000小時的連續工作，并且在精度方面，對于>100μg/m³的環境，保證±15%的精度，對于<100μg/m³，保證±15μg/m³的精度。對于甲醛傳感器來說可以使用四方光電的CB-HCHO型號傳感器，它具有進口膜片設計，內置MCU和先進算法、支持對甲醛數值輸出、支持甲醛及酒精的標定。對于車內CO和CO2的測量時，可以選擇敢為科技的GW-3000B型氣體傳感器，它的測量原理是通過紅外吸收（NDIR），穩定性達到<0.1ppm/24小時（0-100%），精度達到<±2%FS。

車內微環境報警系統可以選擇ISD1820芯片，通過與單片機的引腳的對接，就可以將傳感器所感應到的車內微環境進行語音播報，并且這類芯片具有錄音的引腳，將其引腳與單片機連接后我們就可以通過對微環境的變化進行錄音，時刻記錄車內環境的變化。

2.2 汽車內微環境監測系統軟件構成

在軟件開發工具的選擇上可以考慮IAREmbedded Workbench，之后我們可以通過使用C語言對編寫后的程序進行編譯以及調試。通過IAR Embedded Workbench編寫出可用的代碼后，就可以來模擬一下車類各類微環境作用時，軟件的反應效果，當然在剛開始可能無法做到一次性通過，可能在效果上出現報錯等問題，但是我們能夠從問題中找到代碼中的錯誤源頭，不斷修改代碼，對程序進行調試，如果程序最終成功運行，能夠讓大家滿意，就可以直接生成二進制文件等待運用到硬件當中。

在軟件的設計當中我們應該清楚軟件的構架。Z-Stack的軟件中，我們應該知道它的main函數的主要作用可以分為兩個，一個是能夠讓系統進行初始化，另一個就是能夠進行操作系統的實施運行。初始化設計可以保證在我們想重新進行數據采集時，能夠快捷地對己有數據進行清理。

3 汽車內微環境系統研究意義

在目前國內汽車數量、使用人數的不斷上升中，一個好的汽車內環境，對于人的駕駛有重要的意義。首先、內環境監測系統可以測量汽車內密封性是否完好，能夠防止汽車排放的一氧化碳進入車內被人吸入人體，幫助駕駛人員不會在車內中毒昏迷，完成安全駕駛，這既能夠保障自己的生命安全，還對路上行人的生命安全負責。其次汽車內的溫濕度適宜，可以使得駕駛人員安全舒適駕駛，提高駕駛人員的注意力，另外一些車內PM2.5等環境的測量可以幫助對灰塵過敏性人員的駕駛，防止在駕駛過程中，對汽車內的灰塵過敏，影響駕駛安全。

4 結語

生活慢慢的離不開汽車，人們對于汽車的喜愛程度也越來越加劇，所以保障車內的微環境達標是我們應該重視的地方。在微環境的監測及報警系統的設計中，需要考慮多種對人體健康有影響或危害的因素，通過系統擁有的高效采集能力，使得我們精確了解車內的環境變化，幫助我們做出合適的應對措施。

參考文獻

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