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基于stm32的家用小汽车内部环境检测及报警系统设计.docx
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2022-06-26
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【摘要】中提到的系统设计主要是基于STM32单片机的家用小汽车内部环境检测及报警系统。这个系统旨在解决汽车内部环境质量的问题,包括温湿度、烟雾浓度、PM2.5气体浓度等关键指标的实时监测。一旦检测到的数值超过预设的安全阈值,系统会触发报警模块,提醒用户注意潜在的危险。此外,系统还能评估车内环境的整体状况,对异常情况进行预警。 STM32单片机作为系统的核心控制部件,负责处理各种传感器的数据,如温湿度传感器、烟雾传感器和PM2.5气体传感器的数据。这些传感器用于实时采集环境信息,为系统的决策提供依据。温湿度检测和控制模块确保车厢内的舒适度,烟雾检测则关乎行车安全,PM2.5气体检测则关注空气质量,特别是对人体健康的潜在威胁。 报警模块在检测值超出安全范围时启动,通过声音或其他形式向用户警示。显示模块则用于直观展示当前的环境参数,让用户随时了解车内环境的状态。此外,系统设计还考虑了实际应用中的便利性,如活性炭技术的应用,虽需定期更换,但能有效去除车内有害物质。 国内外的研究现状表明,汽车行业对车内环境的关注度正在提高。一些汽车制造商已经开发出空气净化系统,如采用空调系统结合空气净化功能,或者利用活性炭进行空气过滤。尽管已有一定的技术进步,但仍存在改进的空间,例如定期更换活性炭的问题,以及寻求更高效的空气过滤技术。 总体来说,基于STM32的家用小汽车内部环境检测及报警系统设计是一项针对现代汽车安全和舒适性的重要创新。它结合了物联网技术,通过实时监测和智能报警,提高了驾驶者的安全意识,同时也提升了汽车的智能化水平。随着科技的进步,未来这类系统可能会更加普及,为用户提供更全面、更贴心的乘车环境保障。
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基于 stm32 的家用小汽车内部环境检测及报警系统设计
基于 stm32 的家用小汽车内部环境检测及报警系统设计
摘 要
新时代下,人们对生活品质更为注重,对交通工具的要求也日渐提升,从最初的自
动车到当前的汽车,不仅体现出了人们生活水平的提升,也体现出技术在不断进步。不
过汽车虽然能够为人们带来更高的出行体验,但是其内部环境质量安全问题也日益暴露
出来,要想确保日常出行安全,必须要做好内部环境检测。基于此,本文就从这一视角
出发进行了分析,在对相关资料进行搜集、整理、分类的基础上设计了一种家用汽车通
用的内部环境检测和报警系统。该检测系统中所运用的检测设备将 STM32 单片机作为
主要控制芯片,借助于温湿度检测和控制模块、烟雾检测和控制模块、报警模块、显示
模块以及 PM2.5 气体传感器检测模块等,实时检测气体信息,且一旦检测值高于报警
值,可以及时触发鸣报警模块,并发出警报。与此同时,系统还可以对车内环境信息进
行判断,明确这些信息是否在合理范围内,假设存在异常,那么可以及时发出警报。通
过多次实验,最终发现该次设计的内部环境监测以及报警设备能够对室内有害气体的浓
度进行实施监测和显示,且如果有害气体浓度高于安全浓度,那么就会自动驱动到报警
电路,从而引起用户的注意。
关键字:湿温度检测;STM32 单片机;烟雾浓度检测;车内 PM2.5 检测;报警电路
1
1 绪论
1.1 研究目的及意义
随着社会的快速发展,汽车的地位和作用更为凸显,其已经成为人们出行的必备工
具。也正是如此,我国考驾驶证的人员以及汽车拥有者一直在持续增加,根据相关信息
可知,在我国十四亿人口中,有四亿多人已经通过机动车驾驶证考试。在驾驶汽车过程
中,人们不可避免地会关闭车窗,而这会导致车内气体处于封闭状态,难以自由流通,
如果处于扬尘天气中,很容易导致车内环境面临较大的污染。人们在通过汽车实现快捷
生活的同时,也逐渐更为关注汽车环境的智能化情况和舒适度情况。2016 年中国汽车行
业大会中又一次提到车内环境安全问题,部分专家表示假设我们不关注这一问题,那么
总有一天这些问题会为我们带来致命的伤害。在时代发展中,人们对车内环境问题更为
注重,本次设计就是基于这一背景而开展的,将 STM32 单片机作为基础,设计操作性
高的家用小汽车内部环境检测以及报警系统。
在我国各个行业发展中,都离不开对环境监测技术的运用,重工业企业在运行中很
容易产生有害有毒气体,家用汽车中也会产生有害气体,如若有害气体被泄露,那么不
仅会导致人们的正常生活带来严重影响、面临诸多安全隐患,而且还会导致身体健康受
到威胁。因此,必须要加强对污染气体泄露的管理。内部环境检测设备能够实时检测内
部环境,一旦环境值超出标准值,那么系统会及时发出警报,从而引起驾驶员的注意,
降低安全隐患。
1.2 国内外研究现状
一般来看,雾霾的主要形成气体是 PM2.5 气体,也是当代人过于追求科技进步而不
顾环境问题的直接表现,这些气体大自然难以进行消化,所以会在一定时间内存在于环
境中,对人们的身体健康带来极大威胁。如果人们长期受到这种气体的威胁,很容易出
现肺部功能受损、呼吸道受损的情况,从而影响到身体健康。在对汽车内部环境进行检
测的时候,发现 80%以上的有害气体属于直径低于 10μm 的颗粒物。因此,国内外一
些汽车公司针对于此研发出了以空调为载体的空气净化系统,主要目的在于降低 PM2.5
的浓度,保护车内环境安全。
从国际市场而言,2008 年雪佛兰公司在自身的品牌汽车内安装了车载香氛系统,该
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基于 stm32 的家用小汽车内部环境检测及报警系统设计
系统主要用于对车内环境进行检测,采用电离负氧离子的形式,对车内的有害气体进行
消除,确保车内环境的安全。后来,该公司又在 2013 年推出了活性炭除害技术,通过
活性炭超高的吸附性,对车内有害气体进行吸收并过滤,达到车内环境安全的目的。
德国某汽车公司在 2014 年也对活性炭技术进行了运用,其叠加了四份活性炭,并
将其放在空调装置中,司机一开空调,即可达到空气循环的目的,而活性炭会对车内空
气进行过滤,将有害气体消除掉,从而使车内空气始终保持清洁。不过这种设计也有一
些缺点,即需要定期对活性炭进行更换,否则将难以发挥良好的效果。
当前,国际中所运用的大都是高效的空气过滤装置,这一装置能够反复利用,且过
滤性较高,对于直径低于 10μm 的颗粒物十分敏感,所以得到了很多汽车公司的重视。
还有部分汽车厂家在汽车的中央扶手中安装了高效空气过滤器,并将其改装为一体
化扶手式的空气净化器,如飞利浦和本田就在相互合作的基础上开发了一体化的扶手式
空气净化器,其中设置了 HERVHESA 过滤网和小风扇,如此能够及时过滤车中的 PM2.5。
标致汽车公司和大众汽车公司也采用了与之相类似的系统。
车内环境问题涉及到的内容较多,不仅有小直径的颗粒物,而且还有大直径的粉尘
或者灰尘,这些有害物一般是行驶中带来的。国内所研究的灰尘传感器通常引用的是国
外的技术,在中国第二届汽车行业大会中,部分研究者指出,在设计汽车环境检测系统
的时候要注重全面性,应当考虑对整个汽车环境的检测,而非限制于某一种气体的检测
和预防。上海和江苏两家汽车公司也对这一内容提升了关注度,开始研究更为高端的汽
车环境检测系统,在最近的实验中,在部分汽车中引入了激光检测方法,这能够借助于
采样抽取的形式将探测气体注入传感器,并借助于传感器中的激光对 PM2.5 进行检测,
将单立方中的气体浓度计算出来,从而对汽车中的 PM2.5 浓度进行估算。
1.3 研究内容及规划
1.3.1 设计内容及要求
在本次设计中运用了如下的元件,即 PM2.5 气体检测传感器、MQ-135 烟雾控制传感
器、湿温度控制传感器、AD 模数转换传感器以及 LED 显示电路、STM32 单片机最小系统、
蜂鸣报警器电路等。该设计能够对汽车内部环境进行自动检测并进行报警,在设计过电
路图之后,在单片机中下载程序,然后单片机会对程序进行读取,并根据程序指令开展
操作,最终在各个传感器中传递指令操作。
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该设计主要由两个部分组成,即软件调试、硬件电路。硬件电路有烟雾传感器电路、
湿温度传感器电路、PM2.5 浓度检测传感器模块、电源电路、按键控制电路、显示电路、
蜂鸣器报警电路。通过该设计,系统可以自动对汽车内部环境进行检测,并针对于超标
气体进行报警,在系统中添加的 GSM 模块直接连接用户收集,这样用户就能够及时发现
异常,并及时做出改善环境的决定。
1.3.2 文章结构规划
笔者将全文划分为了六个主要章节。第一章也是文章的引言部分,从全文层面分析
选题的研究目的与研究意义,梳理和总结国内外研究现状,并对研究内容、各个章节的
分布情况等进行罗列;第二章对文章总框架、总方案进行了明确,介绍了系统设计中的
主要元器件,并对元器件类型进行明确;第三章主要是设计了应用程序电路图,借助于
Altium Designer 软件绘制元器件对应的引脚,然后对引脚功能进行详细介绍,分析单片
机和传感器引脚的连接情况;第四章绘图和设计了系统软件。借助于 visio 软件系统梳
理和分析各个部分的应用程序电路图,对系统工作原理进行了简单介绍;第五章属于实
物展示章节,封装原理图,得出设计实物,并对其进行简单展示;第六章是全文的结尾
部分,在该章节中对文章进行了总结,得出结论,并回顾整个过程,说出通过该次设计
有哪些收获。此外,在文章中附上了程序附录和电路图附录,以便读者更清晰地阅读本
文。
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