基于K60的汽车内环境监测与报警系统设计

周皓冉

摘要

随着社会科技、经济水平的不断提高，人们生活水平越来越好，汽车逐渐走进了千家万户，虽然目前汽车对外排放气体的处理较以前有了很明显改观，但汽车内部的环境问题却又出现在我们的面前，因为我们国家目前还没有对汽车内环境问题有明确的指标，所以大多数汽车制造厂忽略了这个影响我们身体健康的问题，因此本文就汽车内微环境的监测以及报警系统设计展开讨论。

【关键词】汽车内微环境 监测 报警系统设计

1 汽车内微环境问题主要来源及危害

目前汽车走进千家万户，人们对于汽车内环境的要求越来越严格，目前汽车内的危害主要来源于以下几个方面：

1.1 新车内的各种配件

目前汽车供应商在供货新车时，只保证了车的新颖却没有保证车内环境，虽然新车中的座椅、内饰、保温材料等都是全新的，但是厂家没有对其进行危害物检测，像一些纺织类、皮革类的装饰物，在汽车的使用中会散发大量甲醛。

1.2 汽车生产时用的化合物

在汽车生产中都会用到稀释剂、胶水、油漆等等高污染苯类化合物，而这些也会散发出对人体有危害的气体。

1.3 汽车行驶时产生的CO

虽然在汽车表面我们看见发动机、排气管与车内进行了密封、隔档。但是有的汽车密封没有做到位，使汽车产生的CO进入汽车内部，造成人员CO中毒。

长时间的暴露在这些有害气体中，会使人产生呼吸不通畅、CO中毒、眼睛刺痛、头晕、支气管等疾病，并且苯对人体有麻痹作用，使人无法安全驾驶，慢性中毒，这些TVOC长时间作用人体，会让人免疫力下降，影响我们的神经系统、呼吸系统等。

2 汽车内微环境监测系统的设计

2.1 汽车内微环境监测系统硬件构成

在微环境系统的硬件构成上大致可以分为单片机、PM2.5传感器、温湿度传感器、甲醛传感器、CO传感器、CO₂传感器、语音报警模块、液晶屏、安全控制器等。

在单片机的选择上我们可以选择一款进口单片机比如Kinetis系列的K60DN512，这类单片机能够达到我们的要求而且成本不高，它具有高速处理、耗能低、防止外界干扰等特点，支持DSP指令和可选的单个精密浮点单元，具有器件充电检测功能的USB OTG（全速、高速），多达32通道DMA，还高达16KB高速缓存，256KB到1MB闪存。高达256KB的SRAM。32KB到512KB FlexMemory。多达4个可配置16位模数转换器，支持片上PGA10/10OBaseT以太网MAC，带有支持IPV6的堆栈硬件加密加速器。另外Kinetis系列的K60DN512单片机还具有高精度晶体时钟源。

在进行系统设计时我们可以选择高对比度显示屏，这样可以清晰、详细的观测到汽车内各个监测物质的含量，屏幕可以采用5536色、26万色、1600万色中的一种。

在PM2.5传感器的选择上，可以用Honeywell的HPMH115SO系列车载传感器，它的工作原理是通过滤网先将空气进行第一步筛选，排除大体积空气颗粒，再通过光学传输进行空气内PM2.5的测量，并且还具有寿命长的特点可以满足20000小时的连续工作，并且在精度方面，对于>100μg/m³的环境，保证±15%的精度，对于<100μg/m³，保证±15μg/m³的精度。对于甲醛传感器来说可以使用四方光电的CB-HCHO型号传感器，它具有进口膜片设计，内置MCU和先进算法、支持对甲醛数值输出、支持甲醛及酒精的标定。对于车内CO和CO2的测量时，可以选择敢为科技的GW-3000B型气体传感器，它的测量原理是通过红外吸收（NDIR），稳定性达到<0.1ppm/24小时（0-100%），精度达到<±2%FS。

车内微环境报警系统可以选择ISD1820芯片，通过与单片机的引脚的对接，就可以将传感器所感应到的车内微环境进行语音播报，并且这类芯片具有录音的引脚，将其引脚与单片机连接后我们就可以通过对微环境的变化进行录音，时刻记录车内环境的变化。

2.2 汽车内微环境监测系统软件构成

在软件开发工具的选择上可以考虑IAREmbedded Workbench，之后我们可以通过使用C语言对编写后的程序进行编译以及调试。通过IAR Embedded Workbench编写出可用的代码后，就可以来模拟一下车类各类微环境作用时，软件的反应效果，当然在刚开始可能无法做到一次性通过，可能在效果上出现报错等问题，但是我们能够从问题中找到代码中的错误源头，不断修改代码，对程序进行调试，如果程序最终成功运行，能够让大家满意，就可以直接生成二进制文件等待运用到硬件当中。

在软件的设计当中我们应该清楚软件的构架。Z-Stack的软件中，我们应该知道它的main函数的主要作用可以分为两个，一个是能够让系统进行初始化，另一个就是能够进行操作系统的实施运行。初始化设计可以保证在我们想重新进行数据采集时，能够快捷地对己有数据进行清理。

3 汽车内微环境系统研究意义

在目前国内汽车数量、使用人数的不断上升中，一个好的汽车内环境，对于人的驾驶有重要的意义。首先、内环境监测系统可以测量汽车内密封性是否完好，能够防止汽车排放的一氧化碳进入车内被人吸入人体，帮助驾驶人员不会在车内中毒昏迷，完成安全驾驶，这既能够保障自己的生命安全，还对路上行人的生命安全负责。其次汽车内的温湿度适宜，可以使得驾驶人员安全舒适驾驶，提高驾驶人员的注意力，另外一些车内PM2.5等环境的测量可以帮助对灰尘过敏性人员的驾驶，防止在驾驶过程中，对汽车内的灰尘过敏，影响驾驶安全。

4 结语

生活慢慢的离不开汽车，人们对于汽车的喜爱程度也越来越加剧，所以保障车内的微环境达标是我们应该重视的地方。在微环境的监测及报警系统的设计中，需要考虑多种对人体健康有影响或危害的因素，通过系统拥有的高效采集能力，使得我们精确了解车内的环境变化，帮助我们做出合适的应对措施。

参考文献

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[2]马东，桑國瑞，陈永兴，李秋晖，孙晖云，李志鹏.汽车车窗关闭状态检测及报警系统开发[J].黑龙江科技信息，2010（23）：27-28.