車內(nèi)環(huán)境檢測及預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

賈松

摘要：為了在行車期間給駕駛員和乘客營造一個(gè)舒適、安全的行駛環(huán)境，本文以STM32單片機(jī)為核心，結(jié)合PM2.5傳感器、MQ2傳感器及DHT11溫濕度傳感器等多傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)車內(nèi)PM2.5、煙霧濃度和溫濕度等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測。并且判斷車內(nèi)環(huán)境信息是否超標(biāo)，如果出現(xiàn)異常，立即發(fā)出預(yù)警信息，提醒車內(nèi)人員及時(shí)進(jìn)行處理。本系統(tǒng)具有耗能小、反應(yīng)及時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：STM32;多傳感器技術(shù);車內(nèi)環(huán)境;預(yù)警

中圖分類號：U473.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）09-0171-02

0 引言

隨著人們生活水平的提高和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車成為千家萬戶的必備生活品。我們知道，汽車在行駛過程中大多數(shù)處于密閉狀態(tài)下，車內(nèi)裝飾及汽車在行駛過程中尾氣排放都會對車內(nèi)環(huán)境造成污染。人們在追求生活便捷的同時(shí)，越來越注重健康、環(huán)保、舒適的生活環(huán)境[1，2]。綜合上述情況，本文以STM32單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)一款車內(nèi)環(huán)境檢測及預(yù)警系統(tǒng)，可是實(shí)時(shí)對車內(nèi)溫濕度、煙霧濃度和PM2.5粉塵濃度進(jìn)行檢測，如果發(fā)現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，啟動預(yù)警系統(tǒng)及時(shí)提示車內(nèi)人員進(jìn)行相應(yīng)的操作，改善車內(nèi)環(huán)境。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

系統(tǒng)以STM32為核心，由車內(nèi)環(huán)境信息采集部分和傳輸預(yù)警部分兩部分組成。采集部分主要由溫濕度檢測電路、煙霧濃度檢測電路和PM2.5檢測電路組成，實(shí)時(shí)完成車內(nèi)環(huán)境信息采集;采用LCD1602顯示屏完成采集信息實(shí)時(shí)顯示;預(yù)警部分由蜂鳴器報(bào)警電路實(shí)現(xiàn)[3，4]。

系統(tǒng)工作原理：單片機(jī)控制采集部分實(shí)現(xiàn)車內(nèi)環(huán)境實(shí)時(shí)檢測，并將采集結(jié)果在顯示屏上進(jìn)行顯示;同時(shí)將采集得到的環(huán)境信息與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，如果發(fā)生異常，啟動預(yù)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)報(bào)警以警示車內(nèi)人員;系統(tǒng)設(shè)有四個(gè)按鍵，可以通過按鍵進(jìn)行車內(nèi)環(huán)境預(yù)設(shè)值設(shè)定，系統(tǒng)還具有一鍵取消功能，便于車內(nèi)人員操作。

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用基于ARMCortex-M3內(nèi)核的位單片機(jī)STM32F103 ZET6作為主控芯片，溫濕度采集電路采用集成傳感器DHT11實(shí)現(xiàn)，傳感器內(nèi)部由一個(gè)電阻式感應(yīng)元件和一個(gè)NTC測溫元件組成，采用單線制串口通信，DHT11的Data輸出端與STM32的PB1口相連實(shí)現(xiàn)車內(nèi)溫濕度采集;車內(nèi)煙霧濃度檢測采用MQ2傳感器實(shí)現(xiàn)，MQ-2的1，2，3引腳接VCC，5引腳接下拉電阻進(jìn)接地，4，6引腳接到數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，AOUT接口為模擬電壓輸出端，與STM32的PC11接口，DOUT接口為TTL高低電平輸出端，與STM32的PC10接口，通過PC10的高低電平轉(zhuǎn)換來獲取車內(nèi)煙霧濃度值。PM2.5檢測電路采用基于激光檢測原理的數(shù)字輸出傳感器SDS011實(shí)現(xiàn)，能夠得到空氣中0.3～10 微米懸浮顆粒物濃度，此傳感器是通過激光照射在空氣中的懸浮顆粒物上產(chǎn)生散射，通過算法檢測出PM2.5 濃度，此外該傳感器可實(shí)現(xiàn)PM10濃度檢測[5]。 PM2.5傳感器與單片機(jī)的串口相連實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。系統(tǒng)還設(shè)有四個(gè)功能按鍵，分別是“加一鍵”、“減一鍵”、“設(shè)置功能鍵”和“取消鍵”，完成檢測上下限值的設(shè)定及一鍵取消功能，同時(shí)系統(tǒng)還設(shè)有LCD顯示電路和聲光報(bào)警電路等，系統(tǒng)采用干電池供電方式，由于傳感器和單片機(jī)供電電壓為3.3V和5V，通過AMS1117穩(wěn)壓芯片完成電壓的轉(zhuǎn)換。采用干電池供電方式，便于攜帶。硬件電路如圖1所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件采用模塊化思想進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用c語言完成程序編寫。首先，各個(gè)模塊（溫濕度傳感器、MQ2傳感器、PM2.5檢測模塊、定時(shí)器、顯示屏等）初始化，依次調(diào)用溫濕度檢測，煙霧濃度檢測和PM2.5檢測子程序，完成車內(nèi)環(huán)境的數(shù)據(jù)采集，單片機(jī)完成采集數(shù)據(jù)的讀取并將其在顯示屏上顯示，同時(shí)將采集得到的數(shù)據(jù)與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，如果高于設(shè)定值完成報(bào)警操作以提示車內(nèi)人員進(jìn)行相應(yīng)操作。如果實(shí)際測量值小于設(shè)定值，則執(zhí)行下一次操作。為減少系統(tǒng)功耗，系統(tǒng)采用中斷喚醒模式。

4 系統(tǒng)功能測試

為了驗(yàn)證系統(tǒng)功能，將檢測儀放置于威馳汽車內(nèi)，設(shè)置好檢測安全值后，啟動系統(tǒng)。經(jīng)過測試系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)功能如下：探測端可以實(shí)時(shí)將采集到的溫濕度、煙霧濃度和PM2.5這四項(xiàng)數(shù)據(jù)在LCD1602上顯示;設(shè)定好溫度安全范圍后，當(dāng)高于25℃或低于15℃時(shí)，蜂鳴器會產(chǎn)生報(bào)警;同理當(dāng)濕度高于30%或低于12%時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警;設(shè)定好煙霧濃度下限后，在車內(nèi)吸一支煙，則發(fā)生報(bào)警;若車內(nèi)PM2.5濃度較高時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警提示。在系統(tǒng)軟硬件調(diào)試無誤及功能測試完成后，對系統(tǒng)性能進(jìn)行測試，經(jīng)過多次測量，該系統(tǒng)溫度誤差范圍在±0.4℃范圍內(nèi)，濕度在±0.5%范圍上，煙霧濃度在22微克/立方米。系統(tǒng)運(yùn)行正常，誤差較小。

5 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了一款基于STM32單片機(jī)的車內(nèi)環(huán)境檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對車內(nèi)環(huán)境的實(shí)時(shí)檢測，如果車內(nèi)環(huán)境超標(biāo)，及時(shí)提醒車內(nèi)人員并及時(shí)處理，提高車內(nèi)乘坐環(huán)境。經(jīng)過測試，該系統(tǒng)符合設(shè)計(jì)要求，具有操作簡單、體積小、功耗低、誤差小等特點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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Abstract：In order to create a comfortable and safe driving environment for drivers and passengers during driving， using STM32 as the core，combined with PM2.5 sensor， MQ2 sensor and DHT11 temperature and humidity sensor and other multi-sensor technology， the vehicle Interior environmental information such as PM2.5， smoke density ，temperature and humidity information in the vehicle for real-time detection can be realized.And determine whether the environmental information in the car is exceeded， if there is an anomaly， immediately send an early warning message to remind the personnel in the car to deal with it in timely.The system has the characteristics of low energy consumption， timely response， and stability of the system.

Key words：STM32; Multi-sensor Technology; vehicle interior environment; early warning