太阳能多功能智能充电车衣的设计

钱迎 叶木森 顾芳涛 李勇强 翟娟

收稿日期：2023-09-12

基金项目：江苏省大学生创新创业训练项目（202313987024Y）

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2024.07.014

摘  要：针对传统的需要人力手动覆盖的汽车车衣，设计并开发了一款基于STC89C52单片机的太阳能多功能智能充电车衣，该车衣既可以通过外界温度、湿度以及光照强度的变化进行收起或者打开车衣，也可以通过手机蓝牙APP实现对车衣的控制。智能车衣不仅解决了需要人力而且费时的缺点，还解决了由于车内温度过高而引起有害物质挥发的问题。该产品可以广泛应用于停在室外的小型车、紧凑车、SUV等型号汽车。

关键词：车衣；太阳能；蓝牙；OLED屏；直流电机；DHT11温湿度传感器

中图分类号：TP271.5  文献标识码：A  文章编号：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

汽车的普及在提高我们的生活品质的同时，带来的问题也不容忽视。如太阳一直对着车暴晒，会对汽车的车漆和内饰产生影响。因为太阳光中的紫外线会与车漆里面的树脂有机成分发生作用，使其极速老化。汽车内饰之间多是用胶水粘连，比如皮革纺织物、复合材料、橡胶等材料的组装都要用到胶水，而胶水经过太阳的曝晒会加速里面各种化学物质的散发，如甲醛、笨多环芳烃等，会在车内产生刺鼻的气味。太阳的曝晒还会加速汽车密封条的老化，使汽车的密封性下降。汽车轮胎同样也受太阳的影响，经过长时间的暴晒，会加剧车胎老化，会使车胎变形、龟裂，影响车胎的使用寿命。与此同时，还会影响胎压，可能在行驶的过程中造成事故。因此车衣就显得尤为重要，传统的车衣在使用和收纳时十分不便，浪费大量时间的同时还不便于操作，这时就需要一款智能车衣来提高效率，使我们的生活更有品质。

针对部分汽车，我们设计了一款太阳能多功能智能车衣。通过单片机控制整个系统，利用电机的正转与反转控制车衣的收起与打开。当太阳光照或者外界温度或者湿度超过设定值，车衣打开，当低于一定值的时候，车衣就会收起。智能车衣是通过太阳能来提供电能，太阳能给单片机进行供电，太阳能是一种可再生能源，不会污染环境，是最清洁的能源之一。

1  系统总体框架

本文设计以STC89C52单片机为核心，通过检测外界温度、湿度以及光照强度的数据与设定值进行比较，控制车衣的收起和打开以及车内风扇的开与关，也可以通过蓝牙单独控制车衣和风扇的启用，系统总体框架如图1所示。

2  硬件电路设计

本文设计的太阳能多功能智能充电车衣，通过太阳能板给STC89C52单片机供电，利用温湿度传感器来检测温度和湿度，以及通过光敏传感器来检测光照强度，将所获取的温度、湿度以及光强度传送给STC89C52单片机[1]，如果温度或者光照强度超过设定的值，则通过单片机控制直流电机收起车衣以及打开风扇，如果湿度超过设定值则打开车衣，风扇不工作。如果均没超过，则收起车衣。收起和打开车衣时，蜂鸣器警报，直至车衣完全收起或者打开，结束警报，系统总体电路图如图2所示。

2.1  STC89C52单片机

STC89C52是一款由北京思特奇（STC）公司生产的8位单片机（MCU），是增强型8051单片机。支持UART串口通信、SPI接口和I2C总线接口，便于与其他外部设备进行数据交互。含有8 KB闪存程序存储器，256个RAM用来存储数据，同时具有32个IO口。STC89C52速度快、功耗低、抗干扰能力超强，成本不高，在满足系统要求的同时开发简单[2]。该模块作为整个系统核心，通过读取温度、湿度以及太阳光照强度来控制相应模块使用。

2.2  温湿度传感器

温湿度传感器本文使用的是DHT11。当温度高于30 ℃或者湿度高于75%时，单片机接收到相应的执行指令，通过控制直流电机，实现对车衣以及风扇的控制。DHT11的温度工作范围：0～50 ℃，精度为±2 ℃，湿度测量范围：20%～90%相对湿度[3]，精度为±5%。

DHT11一共有3个引脚，简单易用，传感器内置了温度和湿度的校准系数，可提高测量的准确性。第一个引脚VCC工作电压范围为3～5.5 V，可以接在单片机3 V或者5 V上，第二个引脚可以接在单片机的任意IO口上，第三个引脚接地。DHT11传感器采用串行接口，具有成本低、功耗低、响应快、信号传输距离远、抗干扰能力、精确校准等优点[4]，且DHT11相比DHT22价格更加低廉。

2.3  蓝牙模块

本文采用的蓝牙模块是HC-05蓝牙模块，不支持BLE（低功耗蓝牙）功能。本文HC-05通过蓝牙给单片机发送信号，让单片机控制直流电机正转与反转，正转是收起车衣，反转则是打开车衣，同时也可以控制风扇的启用。

HC-05蓝牙有四个引脚，VCC的范围是3.3～5 V，可以接在单片机的任一正极，TXD是模块串口发送引脚，直接接单片机的RXD引脚，RXD是模块串口接收引脚，应直接接单片机的TXD引脚。HC-05模块是一款功能齐全、能耗低、价格便宜的蓝牙串口模块[5]，被广泛应用于物联网、远程控制、无线传感器网络、智能家居等领域。

2.4  光敏模块

本文采用的光敏模块是GY-30型号，其内部含有BH1750FVI芯片。GY-30中的光敏二极管将光信号转变为电流信号，经过运算放大器放大后，通过ADC采集电压，转换成16位二进制数存贮到内部寄存器中，且光照强度越高，光电流越大，采集到的电压越大[6]。GY-30有5个引脚，其中VCC可以接单片机的3.3 V和5 V，GND和ADO均接单片机的GND。SDA和SCL接单片机的两个引脚。由于它的分辨率比较高，所以可以对大范围变化的光照强度进行测量[7]。GY-30测量最大值为65 535 lx，可以很好地适应本产品需求。GY-30光敏传感器的优势在于其响应速度快、灵敏度高、稳定性好，能够准确地检测到光照强度的微小变化，可广泛应用于农业、林业、温室大棚、实验室、养殖、建筑、楼宇等环境中，帮助用户了解光照强度情况，以优化光能利用和管理。

2.5  直流电机

本文电机采用的是直流电机，单片机通过接收信号驱动电机正转反转，控制车衣的收起与打开。在电机拖动领域，直流电机相比其他电机具有启动性能优良、调速范围广且平滑、过载能力强、节能及转矩大等优势，应用的场合从军事到工业以及民用极其广泛[8]。直流电机有三个引脚，G接地，V接电源，S接单片机的一个IO口。

2.6  OLED屏

显示屏采用由一系列有机材料组成的OLED屏幕，用来显示温度和湿度以及光照强度的变化值。有机电致发光器件OLED因具有响应速度快、色域广和可柔性制备等优点，被广泛应用于显示、照明和医疗等领域[9]。OLED通过I2C协议实现主设备和从设备之间的双向通信。SCL和SDA可以接在STC89C52单片机的两个IO口上。

2.7  蜂鸣器模块

本设计的电磁式有源蜂鸣器，由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。有源蜂鸣器具有结构简单、体积小、耗电低等特点，且频率固定，通常只有一个单音。由于有源蜂鸣器的驱动电流较大，不能通过单片机的IO口进行直接驱动，需要用三极管对电流进行扩流[10]。有源蜂鸣器通常有三个引脚，其中VCC接在正5 V，GND接地，还有一个接在单片机的IO口上，通过给IO高低电平来控制蜂鸣器工作与不工作。其中，蜂鸣器是警报装置。

3  软件程序设计

本文程序流程如图3所示，首先通过太阳能给整个模块供电，温湿度传感器分别检测温度和湿度并显示在OLED屏幕上，光敏传感器检测光照强度同时也显示在OLED屏幕上，如果温度、湿度或者光照强度任意一个读取到的值超过设定值，单片机控制一个直流电机驱动车衣打开，蜂鸣器发生警报，等到车衣完全打开，蜂鸣器警报结束，如果均没超过设定值则车衣开始收起，蜂鸣器警报，等到车衣完全收起，蜂鸣器解除警报。如果温度或者光照超过设定值，风扇打开，均没有超过则风扇打开。手机可通过蓝牙APP直接控制车衣的收起与打开和风扇的启用。

4  系统测试

要分开检测每个模块单独作用时对车衣以及风扇的控制，防止出现误操作。

首先检测GY-30光敏传感器，降低光敏传感器的设定参数值，使GY-30光敏传感器在正常光照情况下就超过设定值，检查风扇是否打开和车衣是否打开，且在打开过程中蜂鸣器是否工作，当车衣完全收起时，观察蜂鸣器是否停止工作，同理，提高GY-30光敏传感器的设定参数值，检查车衣是否收起以及风扇是否关闭，将所显示的光照强度数值显示在OLED上。若都成功实现，则GY-30光敏传感器可以成功控制智能车衣。

然后通过温湿度传感器来控制车衣以及小风扇。首先将温度以及湿度所读取到的数据显示在OLED屏幕上，通过串口助手观察温湿度数据与显示屏上的数据是否一致，若不一致可检查程序和接线。再提高温度的设定值，让读取的温度高于设定的温度，降低湿度的设定值，使得读取的湿度低于设定值，最后显示结果应为车衣打开，蜂鸣器只有在车衣打开过程中工作，全部打开后蜂鸣器不工作，此时风扇转动。温度低于设定值，湿度高于设定值，显示结果是车衣打开，此时风扇停止转动，蜂鸣器同上一样工作。温湿度同时低于设定值，车衣收起，蜂鸣器同上，风扇不转动。温度和湿度同时高于设定值时，实验结果为车衣打开，蜂鸣器同上，风扇工作。如果上述实验全都可以完成，则温湿度传感器没有问题。

最后检查蓝牙模块蓝牙模块，用手机蓝牙APP直接控制车衣的收起与打开以及风扇的启用。通过给蓝牙模块发送车衣打开与关闭的执行指令，观察车衣能否进行相对应的工作。如果可以，再将蓝牙模块与温湿度传感器或者光敏传感器一起使用，测试在温度超过设定值时，在车衣打开情况下，使用手机蓝牙APP控制车衣收起，观察车衣能否正常收起，判断编写代码是蓝牙模块是否有优先级。如果可以收起，再加入另一个模块，最后加入太阳能板给单片机供电。

基于太阳能多功能智能充电车衣的硬件设计并组装好后，检查连接的线路是否松动，再将程序通过Keil uVision4下载到STC89C52单片机中。通过改变温度设定值、湿度设定值以及光照强度设定值，来观察车衣、风扇以及蜂鸣器与上述分开测试时是否一致，如果一致，则该系统没有问题，如果不一致，重复上述操作，检测哪一模块出错，最后完成程序编写，实物图如图4所示，显示数据如图5所示。

5  结  论

本产品所实现的是对外界环境进行检测，假设湿度到达75%、温度高于30 ℃、太阳光照强度高于5 000 lx时，如果以上三种情况任何一个实现，都可以打开车衣，如果以上三种情况均未达到，车衣会自动收起，也可以通过蓝牙控制车衣的收起和打开。本文采用的是新型的智能车衣，可以减少外界因素对汽车的损耗，能够更好地保护汽车。本产品的创新点是可以高效、快速将车衣收起或者打开，从而解决人工操作不方便的问题，也可以在上车前开启风扇，让人们进入汽车时，温度适宜。另外本文采用的温湿度传感器的精确度不够，存在误差，小风扇不能很好地降温，可以使用一个小型空调来进行有效降温。

参考文献：

[1] 陈文翰，盛虎，李轶之，等.一种基于STM32的可调控智能花盆设计 [J].信息通信，2020（7）：30-31.

[2] 刘卓娅.基于STC89C52的无线超声波测距系统的研究与设计 [D].广州：华南理工大学，2017.

[3] 彭小青.ZigBee无线传感器网络与ASP.NET技术应用于智能粮仓的初步设计 [D].抚州：东华理工大学，2016.

[4] 李凯丽，刘承乾，樊建强.智慧蔬菜大棚系统的设计 [J].农业技术与装备，2022（10）：38-40.

[5] 陈斌，李军伟，张世龙，等.基于蓝牙的电控悬架远程调试控制器开发 [J].现代农业装备，2021，42（6）：8-14.

[6] 刘怡沛，江龙韬，秦岭，等.基于嵌入式的可移动环境监测机器人系统设计与研究 [J].计算机测量与控制，2023，31（2）：62-68+75.

[7] 马坤.智能温室无线遥控系统的设计与研究 [D].包头：内蒙古科技大学，2021.

[8] 金宝宝.基于智能算法的无刷直流电机控制系统设计与实现 [D].兰州交通大学，2024.

[9] 康宇.基于喷墨打印制备OLED的墨滴生成及铺展研究 [D].陕西科技大学，2024.

[10] 徐倩.基于云平台的猪舍监测系统设计与实现 [D].南京：南京信息工程大学，2022.

作者简介：钱迎（2003—），男，汉族，江苏泰州人，本科在读，研究方向：控制理论与控制系统；通讯作者：翟娟（1990—），女，汉族，江苏扬州人，副教授，硕士，研究方向：控制理论与控制系统。