车内环境检测及预警系统设计

贾松

摘要：為了在行车期间给驾驶员和乘客营造一个舒适、安全的行驶环境，本文以STM32单片机为核心，结合PM2.5传感器、MQ2传感器及DHT11温湿度传感器等多传感器技术实现车内PM2.5、烟雾浓度和温湿度等信息进行实时检测。并且判断车内环境信息是否超标，如果出现异常，立即发出预警信息，提醒车内人员及时进行处理。本系统具有耗能小、反应及时，系统稳定等特点。

关键词：STM32;多传感器技术;车内环境;预警

中图分类号：U473.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）09-0171-02

0 引言

随着人们生活水平的提高和国民经济的发展，汽车成为千家万户的必备生活品。我们知道，汽车在行驶过程中大多数处于密闭状态下，车内装饰及汽车在行驶过程中尾气排放都会对车内环境造成污染。人们在追求生活便捷的同时，越来越注重健康、环保、舒适的生活环境[1，2]。综合上述情况，本文以STM32单片机为核心，设计一款车内环境检测及预警系统，可是实时对车内温湿度、烟雾浓度和PM2.5粉尘浓度进行检测，如果发现超标现象，启动预警系统及时提示车内人员进行相应的操作，改善车内环境。

1 系统设计思路

系统以STM32为核心，由车内环境信息采集部分和传输预警部分两部分组成。采集部分主要由温湿度检测电路、烟雾浓度检测电路和PM2.5检测电路组成，实时完成车内环境信息采集;采用LCD1602显示屏完成采集信息实时显示;预警部分由蜂鸣器报警电路实现[3，4]。

系统工作原理：单片机控制采集部分实现车内环境实时检测，并将采集结果在显示屏上进行显示;同时将采集得到的环境信息与预设值进行比较，如果发生异常，启动预警系统实现报警以警示车内人员;系统设有四个按键，可以通过按键进行车内环境预设值设定，系统还具有一键取消功能，便于车内人员操作。

2 系统硬件电路设计

系统采用基于ARMCortex-M3内核的位单片机STM32F103 ZET6作为主控芯片，温湿度采集电路采用集成传感器DHT11实现，传感器内部由一个电阻式感应元件和一个NTC测温元件组成，采用单线制串口通信，DHT11的Data输出端与STM32的PB1口相连实现车内温湿度采集;车内烟雾浓度检测采用MQ2传感器实现，MQ-2的1，2，3引脚接VCC，5引脚接下拉电阻进接地，4，6引脚接到数模转换模块，AOUT接口为模拟电压输出端，与STM32的PC11接口，DOUT接口为TTL高低电平输出端，与STM32的PC10接口，通过PC10的高低电平转换来获取车内烟雾浓度值。PM2.5检测电路采用基于激光检测原理的数字输出传感器SDS011实现，能够得到空气中0.3～10 微米悬浮颗粒物浓度，此传感器是通过激光照射在空气中的悬浮颗粒物上产生散射，通过算法检测出PM2.5 浓度，此外该传感器可实现PM10浓度检测[5]。 PM2.5传感器与单片机的串口相连实现数据通信。系统还设有四个功能按键，分别是“加一键”、“减一键”、“设置功能键”和“取消键”，完成检测上下限值的设定及一键取消功能，同时系统还设有LCD显示电路和声光报警电路等，系统采用干电池供电方式，由于传感器和单片机供电电压为3.3V和5V，通过AMS1117稳压芯片完成电压的转换。采用干电池供电方式，便于携带。硬件电路如图1所示。

3 系统软件设计

系统软件采用模块化思想进行设计，采用c语言完成程序编写。首先，各个模块（温湿度传感器、MQ2传感器、PM2.5检测模块、定时器、显示屏等）初始化，依次调用温湿度检测，烟雾浓度检测和PM2.5检测子程序，完成车内环境的数据采集，单片机完成采集数据的读取并将其在显示屏上显示，同时将采集得到的数据与设定的标准值进行比较，如果高于设定值完成报警操作以提示车内人员进行相应操作。如果实际测量值小于设定值，则执行下一次操作。为减少系统功耗，系统采用中断唤醒模式。

4 系统功能测试

为了验证系统功能，将检测仪放置于威驰汽车内，设置好检测安全值后，启动系统。经过测试系统可实现功能如下：探测端可以实时将采集到的温湿度、烟雾浓度和PM2.5这四项数据在LCD1602上显示;设定好温度安全范围后，当高于25℃或低于15℃时，蜂鸣器会产生报警;同理当湿度高于30%或低于12%时，产生报警;设定好烟雾浓度下限后，在车内吸一支烟，则发生报警;若车内PM2.5浓度较高时，产生报警提示。在系统软硬件调试无误及功能测试完成后，对系统性能进行测试，经过多次测量，该系统温度误差范围在±0.4℃范围内，湿度在±0.5%范围上，烟雾浓度在22微克/立方米。系统运行正常，误差较小。

5 结语

本文设计了一款基于STM32单片机的车内环境检测系统，该系统可以实现对车内环境的实时检测，如果车内环境超标，及时提醒车内人员并及时处理，提高车内乘坐环境。经过测试，该系统符合设计要求，具有操作简单、体积小、功耗低、误差小等特点，具有广泛的应用前景。

参考文献

[1] 常书林，卢峰，仇成群，等.基于ZigBee的汽车内环境监测系统设计[J].电子科技，2016，29（4）：66-70.

[2] 佚名.基于K60的汽车内环境监测与报警系统设计[J].电子技术与软件工程，2018，143（21）：81.

[3] 杨威，谢抢来.基于Android的便携式车内环境监控系统的设计与实现[J].科技广场，2016（8）：45-48.

[4] 王琨，刘大茂.基于多传感器的车内环境智能控制系统设计[J].洛阳师范学院学报，2016，35（2）：32-36.

[5] 佚名.基于STM32的PM2.5空气检测系统的设计[J].山东农业工程学院学报，2019，36（1）：35-38.

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