太陽能多功能智能充電車衣的設計

錢迎 葉木森 顧芳濤 李勇強 翟娟

收稿日期：2023-09-12

基金項目：江蘇省大學生創新創業訓練項目（202313987024Y）

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2024.07.014

摘? 要：針對傳統的需要人力手動覆蓋的汽車車衣，設計并開發了一款基于STC89C52單片機的太陽能多功能智能充電車衣，該車衣既可以通過外界溫度、濕度以及光照強度的變化進行收起或者打開車衣，也可以通過手機藍牙APP實現對車衣的控制。智能車衣不僅解決了需要人力而且費時的缺點，還解決了由于車內溫度過高而引起有害物質揮發的問題。該產品可以廣泛應用于停在室外的小型車、緊湊車、SUV等型號汽車。

關鍵詞：車衣；太陽能；藍牙；OLED屏；直流電機；DHT11溫濕度傳感器

中圖分類號：TP271.5? 文獻標識碼：A? 文章編號：2096-4706（2024）07-0059-04

Design of Solar Multi-function Intelligent Charging Car Clothing

QIAN Ying1， YE Musen1， GU Fangtao1， LI Yongqiang2， ZHAI Juan1

（1.Guangling College of Yangzhou University， Yangzhou? 225000， China;

2.Guilin University of Electronic Technology， Guilin? 541004， China）

Abstract： Aiming at the traditional manual coverage of the car clothing by manpower， a solar multi-functional intelligent charging car clothing based on STC89C52 Single-Chip Microcomputer is designed and developed， which can not only open or close the car clothing through the changes of external temperature， humidity， and light intensity， but also realize the control of the car clothing through mobile phone bluetooth. The intelligent car clothing not only solves the shortcomings of requiring manpower and time-consuming， but also solves the problem that the harmful substances volatilization caused by the high temperature in the car. This product can be widely used in small cars， compact cars， SUV （Suburban Utility Vehicle） and cars in other type.

Keywords： car clothing; solar energy; bluetooth; OLED screen; DC motor; DHT11 temperature and humidity sensor

0? 引? 言

汽車的普及在提高我們的生活品質的同時，帶來的問題也不容忽視。如太陽一直對著車暴曬，會對汽車的車漆和內飾產生影響。因為太陽光中的紫外線會與車漆里面的樹脂有機成分發生作用，使其極速老化。汽車內飾之間多是用膠水粘連，比如皮革紡織物、復合材料、橡膠等材料的組裝都要用到膠水，而膠水經過太陽的曝曬會加速里面各種化學物質的散發，如甲醛、笨多環芳烴等，會在車內產生刺鼻的氣味。太陽的曝曬還會加速汽車密封條的老化，使汽車的密封性下降。汽車輪胎同樣也受太陽的影響，經過長時間的暴曬，會加劇車胎老化，會使車胎變形、龜裂，影響車胎的使用壽命。與此同時，還會影響胎壓，可能在行駛的過程中造成事故。因此車衣就顯得尤為重要，傳統的車衣在使用和收納時十分不便，浪費大量時間的同時還不便于操作，這時就需要一款智能車衣來提高效率，使我們的生活更有品質。

針對部分汽車，我們設計了一款太陽能多功能智能車衣。通過單片機控制整個系統，利用電機的正轉與反轉控制車衣的收起與打開。當太陽光照或者外界溫度或者濕度超過設定值，車衣打開，當低于一定值的時候，車衣就會收起。智能車衣是通過太陽能來提供電能，太陽能給單片機進行供電，太陽能是一種可再生能源，不會污染環境，是最清潔的能源之一。

1? 系統總體框架

本文設計以STC89C52單片機為核心，通過檢測外界溫度、濕度以及光照強度的數據與設定值進行比較，控制車衣的收起和打開以及車內風扇的開與關，也可以通過藍牙單獨控制車衣和風扇的啟用，系統總體框架如圖1所示。

2? 硬件電路設計

本文設計的太陽能多功能智能充電車衣，通過太陽能板給STC89C52單片機供電，利用溫濕度傳感器來檢測溫度和濕度，以及通過光敏傳感器來檢測光照強度，將所獲取的溫度、濕度以及光強度傳送給STC89C52單片機[1]，如果溫度或者光照強度超過設定的值，則通過單片機控制直流電機收起車衣以及打開風扇，如果濕度超過設定值則打開車衣，風扇不工作。如果均沒超過，則收起車衣。收起和打開車衣時，蜂鳴器警報，直至車衣完全收起或者打開，結束警報，系統總體電路圖如圖2所示。

2.1? STC89C52單片機

STC89C52是一款由北京思特奇（STC）公司生產的8位單片機（MCU），是增強型8051單片機。支持UART串口通信、SPI接口和I2C總線接口，便于與其他外部設備進行數據交互。含有8 KB閃存程序存儲器，256個RAM用來存儲數據，同時具有32個IO口。STC89C52速度快、功耗低、抗干擾能力超強，成本不高，在滿足系統要求的同時開發簡單[2]。該模塊作為整個系統核心，通過讀取溫度、濕度以及太陽光照強度來控制相應模塊使用。

2.2? 溫濕度傳感器

溫濕度傳感器本文使用的是DHT11。當溫度高于30 ℃或者濕度高于75%時，單片機接收到相應的執行指令，通過控制直流電機，實現對車衣以及風扇的控制。DHT11的溫度工作范圍：0～50 ℃，精度為±2 ℃，濕度測量范圍：20%～90%相對濕度[3]，精度為±5%。

DHT11一共有3個引腳，簡單易用，傳感器內置了溫度和濕度的校準系數，可提高測量的準確性。第一個引腳VCC工作電壓范圍為3～5.5 V，可以接在單片機3 V或者5 V上，第二個引腳可以接在單片機的任意IO口上，第三個引腳接地。DHT11傳感器采用串行接口，具有成本低、功耗低、響應快、信號傳輸距離遠、抗干擾能力、精確校準等優點[4]，且DHT11相比DHT22價格更加低廉。

2.3? 藍牙模塊

本文采用的藍牙模塊是HC-05藍牙模塊，不支持BLE（低功耗藍牙）功能。本文HC-05通過藍牙給單片機發送信號，讓單片機控制直流電機正轉與反轉，正轉是收起車衣，反轉則是打開車衣，同時也可以控制風扇的啟用。

HC-05藍牙有四個引腳，VCC的范圍是3.3～5 V，可以接在單片機的任一正極，TXD是模塊串口發送引腳，直接接單片機的RXD引腳，RXD是模塊串口接收引腳，應直接接單片機的TXD引腳。HC-05模塊是一款功能齊全、能耗低、價格便宜的藍牙串口模塊[5]，被廣泛應用于物聯網、遠程控制、無線傳感器網絡、智能家居等領域。

2.4? 光敏模塊

本文采用的光敏模塊是GY-30型號，其內部含有BH1750FVI芯片。GY-30中的光敏二極管將光信號轉變為電流信號，經過運算放大器放大后，通過ADC采集電壓，轉換成16位二進制數存貯到內部寄存器中，且光照強度越高，光電流越大，采集到的電壓越大[6]。GY-30有5個引腳，其中VCC可以接單片機的3.3 V和5 V，GND和ADO均接單片機的GND。SDA和SCL接單片機的兩個引腳。由于它的分辨率比較高，所以可以對大范圍變化的光照強度進行測量[7]。GY-30測量最大值為65 535 lx，可以很好地適應本產品需求。GY-30光敏傳感器的優勢在于其響應速度快、靈敏度高、穩定性好，能夠準確地檢測到光照強度的微小變化，可廣泛應用于農業、林業、溫室大棚、實驗室、養殖、建筑、樓宇等環境中，幫助用戶了解光照強度情況，以優化光能利用和管理。

2.5? 直流電機

本文電機采用的是直流電機，單片機通過接收信號驅動電機正轉反轉，控制車衣的收起與打開。在電機拖動領域，直流電機相比其他電機具有啟動性能優良、調速范圍廣且平滑、過載能力強、節能及轉矩大等優勢，應用的場合從軍事到工業以及民用極其廣泛[8]。直流電機有三個引腳，G接地，V接電源，S接單片機的一個IO口。

2.6? OLED屏

顯示屏采用由一系列有機材料組成的OLED屏幕，用來顯示溫度和濕度以及光照強度的變化值。有機電致發光器件OLED因具有響應速度快、色域廣和可柔性制備等優點，被廣泛應用于顯示、照明和醫療等領域[9]。OLED通過I2C協議實現主設備和從設備之間的雙向通信。SCL和SDA可以接在STC89C52單片機的兩個IO口上。

2.7? 蜂鳴器模塊

本設計的電磁式有源蜂鳴器，由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。有源蜂鳴器具有結構簡單、體積小、耗電低等特點，且頻率固定，通常只有一個單音。由于有源蜂鳴器的驅動電流較大，不能通過單片機的IO口進行直接驅動，需要用三極管對電流進行擴流[10]。有源蜂鳴器通常有三個引腳，其中VCC接在正5 V，GND接地，還有一個接在單片機的IO口上，通過給IO高低電平來控制蜂鳴器工作與不工作。其中，蜂鳴器是警報裝置。

3? 軟件程序設計

本文程序流程如圖3所示，首先通過太陽能給整個模塊供電，溫濕度傳感器分別檢測溫度和濕度并顯示在OLED屏幕上，光敏傳感器檢測光照強度同時也顯示在OLED屏幕上，如果溫度、濕度或者光照強度任意一個讀取到的值超過設定值，單片機控制一個直流電機驅動車衣打開，蜂鳴器發生警報，等到車衣完全打開，蜂鳴器警報結束，如果均沒超過設定值則車衣開始收起，蜂鳴器警報，等到車衣完全收起，蜂鳴器解除警報。如果溫度或者光照超過設定值，風扇打開，均沒有超過則風扇打開。手機可通過藍牙APP直接控制車衣的收起與打開和風扇的啟用。

4? 系統測試

要分開檢測每個模塊單獨作用時對車衣以及風扇的控制，防止出現誤操作。

首先檢測GY-30光敏傳感器，降低光敏傳感器的設定參數值，使GY-30光敏傳感器在正常光照情況下就超過設定值，檢查風扇是否打開和車衣是否打開，且在打開過程中蜂鳴器是否工作，當車衣完全收起時，觀察蜂鳴器是否停止工作，同理，提高GY-30光敏傳感器的設定參數值，檢查車衣是否收起以及風扇是否關閉，將所顯示的光照強度數值顯示在OLED上。若都成功實現，則GY-30光敏傳感器可以成功控制智能車衣。

然后通過溫濕度傳感器來控制車衣以及小風扇。首先將溫度以及濕度所讀取到的數據顯示在OLED屏幕上，通過串口助手觀察溫濕度數據與顯示屏上的數據是否一致，若不一致可檢查程序和接線。再提高溫度的設定值，讓讀取的溫度高于設定的溫度，降低濕度的設定值，使得讀取的濕度低于設定值，最后顯示結果應為車衣打開，蜂鳴器只有在車衣打開過程中工作，全部打開后蜂鳴器不工作，此時風扇轉動。溫度低于設定值，濕度高于設定值，顯示結果是車衣打開，此時風扇停止轉動，蜂鳴器同上一樣工作。溫濕度同時低于設定值，車衣收起，蜂鳴器同上，風扇不轉動。溫度和濕度同時高于設定值時，實驗結果為車衣打開，蜂鳴器同上，風扇工作。如果上述實驗全都可以完成，則溫濕度傳感器沒有問題。

最后檢查藍牙模塊藍牙模塊，用手機藍牙APP直接控制車衣的收起與打開以及風扇的啟用。通過給藍牙模塊發送車衣打開與關閉的執行指令，觀察車衣能否進行相對應的工作。如果可以，再將藍牙模塊與溫濕度傳感器或者光敏傳感器一起使用，測試在溫度超過設定值時，在車衣打開情況下，使用手機藍牙APP控制車衣收起，觀察車衣能否正常收起，判斷編寫代碼是藍牙模塊是否有優先級。如果可以收起，再加入另一個模塊，最后加入太陽能板給單片機供電。

基于太陽能多功能智能充電車衣的硬件設計并組裝好后，檢查連接的線路是否松動，再將程序通過Keil uVision4下載到STC89C52單片機中。通過改變溫度設定值、濕度設定值以及光照強度設定值，來觀察車衣、風扇以及蜂鳴器與上述分開測試時是否一致，如果一致，則該系統沒有問題，如果不一致，重復上述操作，檢測哪一模塊出錯，最后完成程序編寫，實物圖如圖4所示，顯示數據如圖5所示。

5? 結? 論

本產品所實現的是對外界環境進行檢測，假設濕度到達75%、溫度高于30 ℃、太陽光照強度高于5 000 lx時，如果以上三種情況任何一個實現，都可以打開車衣，如果以上三種情況均未達到，車衣會自動收起，也可以通過藍牙控制車衣的收起和打開。本文采用的是新型的智能車衣，可以減少外界因素對汽車的損耗，能夠更好地保護汽車。本產品的創新點是可以高效、快速將車衣收起或者打開，從而解決人工操作不方便的問題，也可以在上車前開啟風扇，讓人們進入汽車時，溫度適宜。另外本文采用的溫濕度傳感器的精確度不夠，存在誤差，小風扇不能很好地降溫，可以使用一個小型空調來進行有效降溫。

參考文獻：

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作者簡介：錢迎（2003—），男，漢族，江蘇泰州人，本科在讀，研究方向：控制理論與控制系統；通訊作者：翟娟（1990—），女，漢族，江蘇揚州人，副教授，碩士，研究方向：控制理論與控制系統。