汽車室內(nèi)空氣綜合檢測(cè)系統(tǒng)

1、汽車室內(nèi)空氣綜合檢測(cè)系統(tǒng)摘要 近年來，隨著人類活動(dòng)的加劇，環(huán)境問題已經(jīng)越來越受到人們的關(guān)注，對(duì)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)已經(jīng)成為天氣預(yù)報(bào)必備的條件之一。特別是隨著霧霾天氣的增加，全國(guó)各地各種各樣的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備如雨后春筍般出現(xiàn)，這些設(shè)備加載了當(dāng)今先進(jìn)的科技技術(shù)，對(duì)于空氣污染起到了很好的監(jiān)測(cè)報(bào)警作用。 當(dāng)代社會(huì)人們的出行離不開乘坐汽車，但汽車內(nèi)的空氣質(zhì)量還是令人擔(dān)憂的。本文研究一種基于 STM32 的汽車室內(nèi)空氣污染物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過 32位嵌入式微處理器處理氣體傳感器采集的數(shù)據(jù)，利用報(bào)警系統(tǒng)及時(shí)反映車內(nèi)的空氣質(zhì)量指數(shù)，從而使汽車駕駛?cè)藛T應(yīng)時(shí)采取一些手段，改善汽車室內(nèi)空氣質(zhì)量。 本課題從以下三個(gè)方面來完成汽車

2、室內(nèi)空氣污染物監(jiān)測(cè)：（1）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)：采用意法半導(dǎo)體公司 STM32 系列中的 STM32F107 為處理核心，包含了傳感器選型、數(shù)據(jù)采集電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、供電電源電路、BMS(電源管理系統(tǒng))、系統(tǒng)通訊電路、數(shù)據(jù)顯示、報(bào)警電路等。（2）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)：包括系統(tǒng)開機(jī)自檢、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、BMS(電源管理系統(tǒng))、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等程序設(shè)計(jì)。(3)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析及改善:包括傳感器采集濃度準(zhǔn)確度分析、報(bào)警裝置穩(wěn)定性分析、顯示設(shè)備實(shí)時(shí)性分析、電池管理系統(tǒng)可靠性分析、系統(tǒng)不足之處改進(jìn)等。 關(guān)鍵詞意法半導(dǎo)體 STM32；空氣監(jiān)測(cè)；電池管理系統(tǒng)AbstractIn recent years,

3、with the intensification of human activities, environmental problems have attracted more and more attention, the air quality monitoring has become one of the necessary conditions of weather forecast. Especially with the increase in haze weather, air quality monitoring equipment across a wide range o

4、f loading such as bamboo shoots after a spring rain like appearance, these devices in todays advanced science and technology, the air pollution has played a good role in monitoring alarm.The car as one of the modern life can not lack of transportation, the indoor air quality problem also attracts pe

5、oples attention. This paper presents a STM32 car indoor air pollutant monitoring system based on embedded microprocessor through the 32 bit data acquisition and processing of gas sensor, the alarm system to alert the driver to take measures to improve the indoor air quality of automobile.This topic

6、from the following three aspects to complete the car indoor air pollution monitoring: (1) monitoring system hardware design: semiconductor STM32 series of STM32F107 as the processing core by STMicroelectronics, including sensor selection, data acquisition circuit, analog-to-digital conversion circui

7、t, power supply circuit, BMS (power management system), system communication circuit, data display and alarm circuit etc. (2) monitoring system software design: including system boot, data acquisition, data transmission, BMS (power management system), data storage and program design. (3) to analyze

8、and improve the key technologies of the system including: sensor concentration accuracy analysis, alarm analysis, display and analysis, real-time analysis, equipment reliability of the battery management system deficiencies and improvement of device stability.Key wordSTMicroelectronics STM32; Air mo

9、nitoring; Battery management system引言隨著我國(guó)社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，提高了汽車工業(yè)在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的產(chǎn)值比例。汽車工業(yè)雖然增加了我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)，但是汽車室內(nèi)的環(huán)境還是讓人堪憂的，目前汽車雖然已經(jīng)普遍安裝了空調(diào)裝置，但是汽車室內(nèi)的空氣質(zhì)量和環(huán)境舒適度仍然很差；另外，影響汽車室內(nèi)環(huán)境的因素還有汽車室外的空氣質(zhì)量、行車路段、天氣狀況、晝夜溫差等。因此，在設(shè)計(jì)和研發(fā)汽車時(shí)還應(yīng)該注意汽車室內(nèi)的設(shè)計(jì)，根據(jù)汽車自身的設(shè)備條件，控制好汽車室溫，保持車內(nèi)空氣的新鮮度，保護(hù)車內(nèi)的環(huán)境衛(wèi)生，而且在采取這些措施過程中要確保乘客和汽車駕駛?cè)藛T的安全，進(jìn)而從源頭控制汽車室內(nèi)的空氣污染，改

10、善汽車室內(nèi)的空氣質(zhì)量，為人們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)舒適的乘車環(huán)境。所以，對(duì)汽車室內(nèi)空氣綜合檢測(cè)系統(tǒng)的研究是必要的，希望通過本文的研究，能夠?yàn)槲覈?guó)汽車室內(nèi)環(huán)境的治理和建立完善汽車室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)提供一些借鑒經(jīng)驗(yàn)。1我國(guó)汽車室內(nèi)空氣綜合檢測(cè)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀我國(guó)在汽車室內(nèi)車內(nèi)空氣質(zhì)量方面的研究落后于國(guó)外的先進(jìn)國(guó)家，在2004年7月14日，我國(guó)國(guó)家環(huán)?？偩珠_始起草、制定車內(nèi)空氣污染物濃度限值及測(cè)量方法，并在2007年12月開始生效并實(shí)施。2008年3月，出臺(tái)了車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物和醛酮類物質(zhì)采樣測(cè)定方法，但是該檢測(cè)方法不具有法律的強(qiáng)制規(guī)定；同年10月，限值標(biāo)準(zhǔn)討論會(huì)議對(duì)車內(nèi)空氣揮發(fā)性有機(jī)物濃度要求進(jìn)行補(bǔ)充，并明確指出了對(duì)汽

11、車室內(nèi)一些污染物的控制。2009 年，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生徐定鈞運(yùn)用金屬氧化物氣體傳感器技術(shù)，針對(duì)車內(nèi)有害氣體進(jìn)行檢測(cè)研究，設(shè)計(jì)出了具有金屬氧化物傳感器陣列的汽車室內(nèi)空氣檢測(cè)系統(tǒng)。2011年，針對(duì)汽車室內(nèi)空氣質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)，我國(guó)頒布了于2012年3月1日生效的乘用車內(nèi)部空氣質(zhì)量空氣指南，該指南的實(shí)施，標(biāo)準(zhǔn)我國(guó)在車內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)方面有了一定的進(jìn)步，也為本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面提供了一定的理論基礎(chǔ)和技術(shù)指導(dǎo)。2015年，我國(guó)室內(nèi)車內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)委員會(huì)發(fā)布了一號(hào)文件,經(jīng)營(yíng)者、生產(chǎn)者必須在2015年1月1日至2015年1月31日自行檢查并糾正其違規(guī)違法的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)。2015年2月1日以后，我國(guó)工商行政管理局

12、和市場(chǎng)監(jiān)管局對(duì)于仍不采取措施調(diào)整生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的或是整改不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的將依照相關(guān)的法律法規(guī)予以處罰；被處罰過的經(jīng)營(yíng)者、生產(chǎn)者仍不整改的，視為新的違法、犯罪行為，依照相關(guān)法律法規(guī)對(duì)其從重處罰。中國(guó)室內(nèi)車內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作委員會(huì)所頒布的一號(hào)文件要求，各行各業(yè)都必須遵守行業(yè)規(guī)則、準(zhǔn)責(zé)，加強(qiáng)自身的生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)管理，自覺遵守我國(guó)的法律法規(guī)，嚴(yán)格按照我國(guó)的法律法規(guī)和國(guó)家政策進(jìn)行生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)活動(dòng)，并根據(jù)我國(guó)的工商行政管理總局的要求，自行檢查和調(diào)整，規(guī)范行業(yè)的發(fā)展。2汽車室內(nèi)空氣綜合檢測(cè)系統(tǒng)的研究隨著汽車的普及和數(shù)量的增加，逐漸暴露了汽車室內(nèi)污染的問題，越來越多的人注重汽車室內(nèi)空氣的質(zhì)量，而且多家媒體也報(bào)道此問題，而

13、且我國(guó)的室內(nèi)環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)中心選取了許多型號(hào)的汽車進(jìn)行研究和測(cè)試，結(jié)果表明汽車室內(nèi)的空氣環(huán)境較差。 2.1 汽車室內(nèi)環(huán)境污染物及其發(fā)生源 2.1.1 汽車室內(nèi)空氣污染物及其類型 目前科學(xué)研究表明，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)數(shù)百種汽車室內(nèi)污染物，根據(jù)污染物的來源將其分為以下三種： 1. 化學(xué)性污染物 化學(xué)性污染物主要包括從裝修材料、化妝用品、座椅等地方釋放或排放出來的包括氨、氮氧化物、硫氧化物、炭氧化物等無機(jī)污染物及甲醛、苯、二甲苯等有機(jī)污染物。即可以分為兩類:(1)揮發(fā)性有機(jī)物；(2)無機(jī)化合物。 2. 物理性污染物 物理性污染物包括汽車室內(nèi)室外產(chǎn)生的噪音、汽車室內(nèi)燈光照明不足或過亮、溫度、濕度過高或過低所引

14、起的相關(guān)問題等。即可以分為三類：(1)放射性氡及其子體；(2)噪聲與振動(dòng)；(3)汽車電器與照明設(shè)備引起的電磁污染。 3. 生物性污染物 生物性污染物主要是指因生物污染因子，包括細(xì)菌、真菌、花粉、病毒和生物體等引起的污染。按其性質(zhì)分為兩類：(1)懸浮固體污染物，灰塵、可吸入塵、微生物細(xì)胞（細(xì)菌、病毒、霉菌、塵螨等）、植物花粉、煙霧。最主要的是由汽車室外大氣進(jìn)入汽車室內(nèi)的顆粒物，它們往往由于吸附一些能導(dǎo)致人體癌變的化學(xué)物質(zhì)而被人類所普遍關(guān)注；(2)氣體污染物，SO、NO、O、NH、VOC (甲醛、苯系物)、氡氣、射線等1。 依據(jù)污染物的形成原因和形成方式，以及污染物以何種方式進(jìn)入汽車內(nèi)，將汽車室內(nèi)

15、污染物的源于概括為兩種：一是來源汽車自身，二是汽車室外污染物的進(jìn)入。 2.2 汽車室內(nèi)空氣污染的特點(diǎn) 汽車室內(nèi)污染有如下特點(diǎn)： 1.人為因素致使汽車室內(nèi)空氣被污染，即汽車室內(nèi)污染物不是自然現(xiàn)象引發(fā)的，也不是天氣變化和社會(huì)條件致使的。2.影響范圍大。汽車室內(nèi)空氣污染與重工業(yè)對(duì)環(huán)境的污染是不相同的，而且與局部區(qū)域的河流污染、土壤污染等環(huán)境污染是有區(qū)別的，由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展推動(dòng)了汽車工業(yè)進(jìn)一步發(fā)展，擴(kuò)大了汽車對(duì)社會(huì)的影響范圍，至今已涉及到各個(gè)年齡段的人。 3.接觸時(shí)間較長(zhǎng)。隨著汽車的普遍使用，增加了人們乘坐汽車的時(shí)間，尤其是汽車駕駛員、上班族、有車族、工人和學(xué)生，即使短時(shí)間的乘車也要2-4 小時(shí)

16、，而長(zhǎng)時(shí)間呆在有污染物的汽車內(nèi)將會(huì)影響人們的健康。4.污染物種類多。汽車室內(nèi)污染物的種類不是單一的，而是多種多樣的，包括固體顆粒狀污染物、分子狀污染物、放射性污染物以及微生物污染，它們都可能存在于汽車室內(nèi)，并在室內(nèi)相互作用和抵抗。 5.污染物濃度低。汽車室內(nèi)空氣污染物的類型是多樣的，與其它環(huán)境污染相比，其污染程度要低得多，而且只針對(duì)單一的污染物來講，其污染濃度比較微弱，但多種類型的污染物混合在一起就會(huì)增加污染濃度，對(duì)人體的危害也是很大的。 6.污染物危害大。雖然室外的空氣遭受污染時(shí)濃度較大，但是大氣對(duì)其有較強(qiáng)的吸附能力，經(jīng)過一段時(shí)間空氣質(zhì)量就會(huì)明顯變好，但是室內(nèi)空氣受到污染并不好改善，安裝的空

17、調(diào)設(shè)備等只能在一定程度上降低空氣污染，并不能從根本上解決室內(nèi)空氣污染問題，而且還消耗能源，提高了室內(nèi)污染物對(duì)人體的危害。7.健康危害不清。室內(nèi)空氣污染雖然濃度較低，但是人們長(zhǎng)時(shí)間處在空氣受污染的室內(nèi)，致使人體健康受到威脅，但產(chǎn)生的后果并不是明確的。 2.3汽車室內(nèi)空氣污染物的來源 汽車室內(nèi)污染物的來源主要有以下五種：1.發(fā)動(dòng)機(jī) 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的CO、NO、SO、可吸入顆粒物、甲醛、多環(huán)芳烴等。 2.汽車尾氣 汽車排放的尾氣中含有大量氮氧化物、一氧化碳、多環(huán)芳香烴等，汽車在高速公路行駛過程中，尤其在經(jīng)過復(fù)雜的路段時(shí)，由于整體車廂的封閉，這些有害氣體進(jìn)入汽車室內(nèi)，也沒有采取一些措施降低污染濃度，反

18、而嚴(yán)重影響車內(nèi)駕駛?cè)藛T和乘員的身體健康。 3.HAVC系統(tǒng) 汽車空調(diào)設(shè)備及系統(tǒng)管理不善和不當(dāng)操作也會(huì)引起汽車室內(nèi)空氣的污染，如空調(diào)設(shè)備中新風(fēng)采集口受到污染；空調(diào)設(shè)備的過濾器出現(xiàn)故障，無法過濾受污染的空氣；氣流組織不合理，導(dǎo)致污染物在某些地方得到積累，引發(fā)室內(nèi)空氣的污染；空調(diào)系統(tǒng)的凝結(jié)水盤和冷卻水中有可能存在的一些污染物，致使室內(nèi)的空氣受到污染2。 4. 車內(nèi)裝飾材料 車內(nèi)裝飾材料和化學(xué)品釋放的甲醛和揮發(fā)性有機(jī)化合物、氡及其子體等。 5. 乘客 乘客本身也是室內(nèi)空氣污染的來源。人體活動(dòng)過程中呼出的氣體和排出的汗液都是污染物的來源，包括氮化物、乳酸、角質(zhì)層、二氧化碳等。此外，人們說話、咳嗽、打噴嚏

19、將呼吸道中存在的各種病原體、細(xì)菌排入到室內(nèi)空氣中。而且一些乘客在車內(nèi)吸煙，致使汽車室內(nèi)的空氣受到污染。下表說明了每根香煙產(chǎn)生的污染物濃度3。每根香煙產(chǎn)生的煙霧中的污染物含量成分 含量一氧化碳 10-23 mg 二氧化碳 20-40 mg 羥基硫化物 18-42 g 苯 12-48 g 甲苯 100-200 g 甲醛 70-100 g 氨 50-130 g 氮氧化物 100-600 g2.4汽車室內(nèi)空氣品質(zhì)的定義及影響因素 2.4.1 室內(nèi)空氣品質(zhì)的概念 汽車室內(nèi)的環(huán)境影響人們的身體健康，隨著人們對(duì)室內(nèi)環(huán)境認(rèn)知程度的加深，提出了室內(nèi)空氣品質(zhì)理論。室內(nèi)空氣品質(zhì)是指,某個(gè)環(huán)境內(nèi)的空氣對(duì)人們?nèi)粘Ｉ畹?/p>

20、影響程度，顯現(xiàn)了人們對(duì)環(huán)境的要求，是供人們呼吸的空氣，包括影響人體的溫度、濕度、氣候、晝夜溫差、氣流結(jié)構(gòu)和空氣濃度。熱濕環(huán)境是大部分人群認(rèn)為最適宜的室內(nèi)環(huán)境，且這種環(huán)境的空氣新鮮度和空氣質(zhì)量較好，以滿足人體舒適和健康的需要4。 2.4.3 影響汽車室內(nèi)空氣質(zhì)量的因素 基于室內(nèi)空氣品質(zhì)的概念來分析汽車室內(nèi)空氣品質(zhì)受哪些方面的影響，具體概括出以下四點(diǎn)： 1.新風(fēng)的質(zhì)量。汽車窗口流入的空氣的質(zhì)量和空調(diào)的新風(fēng)口吸入空氣的質(zhì)量直接決定了汽車室內(nèi)空氣品質(zhì)的好壞。 2.汽車室內(nèi)和室外的溫度、濕度及汽車室內(nèi)空氣組織結(jié)構(gòu)，這些都影響著車內(nèi)的空氣品質(zhì)。 3.汽車室內(nèi)空氣污染物的濃度。如固體懸浮物、氣體污染物等生物

21、性污染物，有揮發(fā)的有機(jī)物、無機(jī)化合物的化學(xué)性污染物，放射性氡、噪聲、汽車照明等物理性污染物，這些污染物在綜合作用下影響著汽車室內(nèi)空氣的濃度。 4.汽車室內(nèi)的氣流組織結(jié)構(gòu)。良好的氣流組織結(jié)構(gòu)既可以降低汽車室內(nèi)污染物的濃度，又可以減少污染物對(duì)人體的損害，如果沒有一個(gè)合理的氣流組織結(jié)構(gòu)，污染物將會(huì)長(zhǎng)時(shí)間作用于人體，帶來不利的后果。 2.5汽車室內(nèi)空氣綜合檢測(cè)系統(tǒng)的建立 2.5.1 汽車室內(nèi)空氣綜合檢測(cè)系統(tǒng)建立的意義和目的 汽車室內(nèi)空氣污染降低了人們的生活和工作質(zhì)量，也致使人們的身體健康遭受危害。這主要是因?yàn)?，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，交通工具也變得多樣化，如汽車、火車、地鐵、高鐵、飛機(jī)和輪船，方便了人們的

22、出行，從而增加了人們的車車時(shí)間；而且汽車室內(nèi)污染物的來源、種類以及濃度不斷上升，室內(nèi)環(huán)境每況愈下；再加上汽車等都通常采用車廂密封的方法來減少耗能，而且有的汽車內(nèi)空調(diào)設(shè)備比較落后或安裝時(shí)間較長(zhǎng)，降低了空調(diào)的作用，促使汽車室內(nèi)的污染物濃度不減反而增加，污染物不能及時(shí)排出車外，導(dǎo)致汽車室內(nèi)環(huán)境變差。 汽車室內(nèi)空氣污染物不僅產(chǎn)生于汽車室內(nèi)，而且還可能是由于汽車室外環(huán)境中的污染物進(jìn)入汽車室內(nèi)的導(dǎo)致的。汽車室內(nèi)的污染物來自于汽車的車座、裝飾物品等，以及車主自身產(chǎn)生的污染物。汽車室外的污染物來自汽車室外空氣環(huán)境中的污染物，如工業(yè)廢氣、汽車尾氣等。目前，我國(guó)并沒有完善的針對(duì)汽車室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)方面的法律法規(guī)，

23、為對(duì)汽車室內(nèi)空氣污染進(jìn)行防控與提高汽車室內(nèi)的空氣品質(zhì)，需要依據(jù)我國(guó)的汽車室內(nèi)空氣質(zhì)量的現(xiàn)狀，借鑒國(guó)外先進(jìn)國(guó)家對(duì)汽車室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，研發(fā)先進(jìn)的、完善的汽車室內(nèi)空氣質(zhì)量綜合檢測(cè)系統(tǒng)，并為完善我國(guó)汽車室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)方面相關(guān)的法律法規(guī)提供借鑒方案。 2.5.2 汽車室內(nèi)空氣綜合檢測(cè)系統(tǒng)各參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值的確定 為了使確定的汽車室內(nèi)空氣綜合檢測(cè)系統(tǒng)參數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)化，筆者對(duì)汽車室內(nèi)污染物進(jìn)行了相關(guān)調(diào)查，同時(shí)參考世界衛(wèi)生組織汽車室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和我國(guó)汽車室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)來確定系統(tǒng)參數(shù)值，即確定標(biāo)準(zhǔn)化的二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、二氧化碳、氨、甲醛、苯、甲苯、二甲苯、TVOC、溫度、相對(duì)濕度和空氣流速的參數(shù)值5。

24、 1. 二氧化硫 二氧化硫是一種無色的氣體，且有刺激性氣味，影響人們的呼吸，并刺激人體的呼吸道。二氧化硫濃度為10-15ppm，就會(huì)開始影響呼吸道的正常功能；二氧化硫濃度為20ppm，人們就會(huì)開始咳嗽，還對(duì)人們的眼睛有一定的刺激性；當(dāng)人們?cè)?小時(shí)到24小時(shí)之內(nèi)吸入濃度為100ppm的二氧化硫時(shí)，便會(huì)嚴(yán)重影響人們的支氣管和肺，致使人們呼吸不暢、咳嗽加重，甚至使支氣管和肺受損癥狀；當(dāng)二氧化硫濃度高達(dá)400ppm 時(shí)，會(huì)致使人們呼吸困難。如果人們不僅吸入了二氧化硫，還吸入了固體顆粒漂浮物，則會(huì)擴(kuò)大3-4 倍二氧化硫?qū)Ψ蔚膿p傷。世界衛(wèi)生組織對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定為每24小時(shí)二氧化硫的濃度為0.125

25、3mg/m。我國(guó)環(huán)境保護(hù)部和質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局在201年聯(lián)合發(fā)布了編號(hào)為GB3095-2012的環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)二氧化硫進(jìn)行二級(jí)濃度限值，限定二氧化硫1小時(shí)的平均濃度為0.50mg/m；我國(guó)GBT18883-2002室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定二氧化硫 1 小時(shí)平均濃度為0.50mg/m。二氧化硫的存在只是致使汽車室內(nèi)空氣污染的一個(gè)小因素，所以，對(duì)二氧化硫濃度參數(shù)值的確定按照我國(guó)GBT18883-2012室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的二級(jí)濃度限定值采取樣本為 1 小時(shí)平均濃度為0.50mg/ m。 2. 二氧化氮 二氧化氮是一種棕紅色氣體，且有臭味，具有一定的刺激性和腐蝕性。二氧化氮對(duì)于呼吸系統(tǒng)有病癥

26、的人有較大的危害性，二氧化氮能加重哮喘患者的病情，也會(huì)影響青少年的成長(zhǎng)。經(jīng)研究表明，長(zhǎng)時(shí)間處在有二氧化氮存在的空氣污染環(huán)境中，可能會(huì)誘發(fā)肺部的病變。然而，汽車室內(nèi)的二氧化氮主要是來源于汽車自身排放的尾氣和汽車室外空氣中存在的二氧化氮進(jìn)入了車內(nèi)。 世界衛(wèi)生組織曾用動(dòng)物做實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證二氧化氮的危害以及濃度數(shù)值，確定二氧化氮的濃度為0.943mg/m就會(huì)影響到動(dòng)物的健康，并將此濃度設(shè)定為標(biāo)準(zhǔn)濃度值。后期又經(jīng)過多次的試驗(yàn)，結(jié)果證明了0.80-1.00mg/ m濃度的二氧化氮就會(huì)危害到動(dòng)物自身，0.31-0.62mg/m濃度的二氧化氮便可威脅人們身體健康?？諝庵胁煌琋O含量對(duì)人體的危害空氣中NO含量 呼吸

27、時(shí)間與癥狀 mg /L 0.004 0.19 短時(shí)間作用無明顯反應(yīng) 0.006 0.29 短時(shí)間作用氣管感到刺激 0.010 0.48 短時(shí)間內(nèi)就會(huì)咳嗽，長(zhǎng)時(shí)間對(duì)生命有危險(xiǎn) 0.025 1.20 短時(shí)間內(nèi)會(huì)迅速死亡我國(guó) GBT18883-2002室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定二氧化氮濃度的標(biāo)準(zhǔn)值為 1 小時(shí)平均0.243mg/m。 二氧化氮也是汽車室內(nèi)污染物的一小部分，所以，對(duì)汽車室內(nèi)二氧化氮參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化取值依照我國(guó)的GBT18883-2002室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定濃度，確定二氧化氮參數(shù)為1小時(shí)平均濃度為0.24mg/m。 3. 一氧化碳 一氧化碳是通過血液作用于人體的，其與血液中的血紅蛋白相互融合、相互

28、作用，形最終形成了碳氧血紅蛋白（COHb）, 一氧化碳與血紅蛋白結(jié)合的能力遠(yuǎn)超過氧氣與血紅蛋白結(jié)合的能力，從而降低了血液輸送氧的能力，造成低氧血癥，引起組織缺氧。缺氧首先損害大腦和心肌。若碳氧血紅蛋白在人體內(nèi)的濃度達(dá)到10，就會(huì)引發(fā)心血管疾病，導(dǎo)致中樞神經(jīng)紊亂；若濃度為2.5，則會(huì)增加胸痛的程度6。 在 CO氣體中暴露8h后出現(xiàn)的癥狀CO 濃度（ppm） 癥狀50 無癥狀 100 前額有緊繃感，輕微頭疼 200 頭痛且太陽穴跳動(dòng) 300 嚴(yán)重頭痛、眩暈、嘔吐及虛脫 2000 1h 內(nèi)死亡 世界貿(mào)易組織確定的標(biāo)準(zhǔn)是空氣中一氧化碳濃度應(yīng)該與血紅蛋白結(jié)合成的COHb在人體血液中的濃度為2.5%以內(nèi)。

29、同時(shí)WHO Guideline規(guī)定一氧化碳濃度指標(biāo)為103mg/m。 空氣中不同 CO含量對(duì)人體的危害CO 含量（） 呼吸時(shí)間與癥狀0.02 2-3h，感到輕微頭疼0.04 1-2h，前頭疼；2.5-3.5h，后頭疼0.08 45min，頭疼，隨著嘔吐；2h，神智昏迷0.16 20min，頭疼，隨著嘔吐；2h，死亡0.32 5-10min，頭疼；30min，死亡0.64 1-2min，頭疼；10-15min，死亡1.28 吸入幾次即昏迷，1-3min，死亡我國(guó)GB3095-2012環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)一氧化碳的濃度進(jìn)行了二級(jí)濃度的限值，限定為1小時(shí)平均10mg/m。 經(jīng)過上面的分析，結(jié)果表明了一

30、氧化碳不是致使汽車室內(nèi)空氣污染的最直接的污染物，對(duì)于汽車室內(nèi)空氣綜合檢測(cè)系統(tǒng)中一氧化碳參數(shù)值的確定，選取了濃度為1 小時(shí)平均10mg/m，即約為9ppm。 4. 二氧化碳 人們活動(dòng)產(chǎn)生了大量的二氧化碳，室內(nèi)的容積以及通風(fēng)狀況都會(huì)涌向二氧化碳的濃度，二氧化碳的濃度達(dá)到一定數(shù)值就會(huì)危害人體健康，而且二氧化碳與其它污染物相互作用會(huì)加劇室內(nèi)空氣污染的惡化。 通常來說，室內(nèi)的二氧化碳濃度低于0.07%對(duì)人體是不會(huì)有任何影響的， 0.1%時(shí)個(gè)別敏感者有不舒適感；0.15%時(shí)不舒適感明顯。 二氧化碳濃度對(duì)人的影響二氧化碳濃度（） 生理心理影響0.3 對(duì)人體生理沒有影響0.5-0.8 長(zhǎng)期暴露對(duì)肌體影響輕微

31、1.0 人體每分鐘呼吸量和潮氣量增加 60，胃酸酸度升高，心力儲(chǔ)備下降2.0 運(yùn)動(dòng)適應(yīng)能力開始下降 3.0 人體每分鐘呼吸量和潮氣量增加 100-130，基本生理功能改變 7.0-9.0 人體耐受極限 10.0 意識(shí)喪失，呼吸變?nèi)?，血壓下降，甚至死?GB/T17094-1997中國(guó)室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定二氧化碳濃度0.10%（2000mg/m）。GBT18883-2002室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定二氧化碳的標(biāo)準(zhǔn)濃度值為1260mg/m。 為了人們的安全、身體健康和乘車環(huán)境更好，對(duì)于汽車室內(nèi)空氣綜合檢測(cè)系統(tǒng)中二氧化碳濃度的參數(shù)值的確定，選用濃度1200mg/m，即1000ppm。 5. 氨 氨遇到其它

32、一些物質(zhì)容易發(fā)生溶解，對(duì)人的眼睛、呼吸道和皮膚的有刺激性。Saifutdinov（1966）測(cè)定 22 位最敏感者嗅閾為0.5-0.55mg/m。氨還具有腐蝕性，當(dāng)室內(nèi)氨的濃度太高，就會(huì)嚴(yán)重?fù)p害中樞神經(jīng)系統(tǒng)和三叉神經(jīng)，導(dǎo)致休克，人體停止呼吸、心臟停止跳動(dòng)。人們能夠接受的氨的濃度在0.5-1mg/m之間，若是濃度超過50mg/m，就會(huì)強(qiáng)烈刺激鼻子、咽喉、眼睛，當(dāng)濃度超過了500 mg/m，就會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈刺激癥狀，當(dāng)濃度超過1500mg/m，就會(huì)威脅到生命安全，3500mg/m以上可即時(shí)死亡，而且人們?nèi)羰翘幵谌毖鯛顟B(tài)下，則會(huì)加大氨的毒性7。 我國(guó)GBT18883-2002室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定氨的濃度

33、值為0.20mg/m。 在對(duì)汽車室內(nèi)空氣綜合檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，確定氨的濃度的參數(shù)值為0.20mg/m。 6.甲醛 甲醛有很強(qiáng)的毒性，在我國(guó)有毒化學(xué)品排行榜中中占據(jù)第二名。并且世界衛(wèi)生組織也將甲醛列為致癌物質(zhì)及致畸形物質(zhì)，甲醛嚴(yán)重威脅著人類的安全。 長(zhǎng)期處在被甲醛污染的汽車室內(nèi)環(huán)境中，會(huì)誘發(fā)許多狀況。汽車室內(nèi)甲醛氣味不易消散，長(zhǎng)時(shí)間作用于人體；降低了人體免疫力，易引發(fā)病情；感覺嗓子不舒服，而且呼吸不暢；有群發(fā)性的皮膚過敏現(xiàn)象；在汽車室內(nèi)的乘客們都感覺有些不舒服，離開汽車后卻明顯緩解不適。 短時(shí)間甲醛暴露的人體急性刺激反應(yīng)人體健康效應(yīng) 空氣甲醛濃度水平（mg/m） 報(bào)道范圍 中位數(shù) 嗅覺 0.06

34、-1.2 0.1 眼刺激感 0.01-1.9 0.5 咽刺激感 0.1-3.1 0.6 眼刺激感 2.5-3.7 3.1 流淚(30 分鐘暴露 5.0-6.2 5.6 強(qiáng)烈流淚(1 小時(shí)暴露) 12-25 17.8 危及生命:水腫、炎癥、肺炎 37-60 37.5 死亡 60-125 125 我國(guó)GBT18883-2002室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了甲醛濃度的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值為1小時(shí)平均0.10mg/m。世界衛(wèi)生組織以人們嗅覺的承受濃度值的中間數(shù)作為濃度標(biāo)準(zhǔn)值，制定甲醛在室內(nèi)空氣濃度為0.10mg/m。汽車室內(nèi)的空間是有限的，且甲醛造成汽車室內(nèi)空氣污染的重要因素，參考世界衛(wèi)生組織的室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和我國(guó)的室

35、內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，確定本文設(shè)計(jì)的汽車室內(nèi)空氣綜合檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)甲醛的參數(shù)值，選取值為0.12mg/m，即0.1ppm。 7.苯 世界衛(wèi)生組織在1993年將苯納入致癌物質(zhì)行列。苯的毒性是劇烈的，其不僅能夠致使人們患上癌癥，還對(duì)血液和遺傳方面有損害，嚴(yán)重影響人們的身體健康。苯中毒損傷人體的中樞神經(jīng)、神經(jīng)以及造血器官、造血干細(xì)胞。 如果一個(gè)人在很少的時(shí)間內(nèi)吸入4000ppm 以上的苯，就會(huì)刺激到人體的短時(shí)間除黏膜及肺，還會(huì)抑制中樞神經(jīng)，此時(shí)人們就會(huì)感到頭痛、惡心、抽痙及心律不整，甚至陷入昏迷狀態(tài)。吸入 14000ppm以上的苯會(huì)立即死亡。GBT18883-2002室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定苯為 0.11mg/m

36、。 吸入苯蒸汽引起的健康效應(yīng)效應(yīng) 描述 暴露 水平（20） 來源時(shí)間 /（mg/m） 死亡 5-10min 64800 Thienes(1972 年) 中樞神經(jīng)系統(tǒng) 頭暈，困倦，頭痛，惡心 數(shù)小時(shí) 810-1620 Clayton(1994 年) 致突變 染色體變異 整年 64.8-324 EBS(1996 年) 致癌 急性非淋巴白血?。ˋNLL） 整年 64.8-162 EBS(1996 年) 參照我國(guó) GBT18883-2002室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，考慮到苯是污染汽車室內(nèi)空氣的重要污染物，汽車室內(nèi)空氣綜合檢測(cè)系統(tǒng)中對(duì)苯的取值略低于我國(guó)室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，采用0.10mg/m。 8

37、. 甲苯 甲苯是一種無色的、透明的物質(zhì)，而且極易揮發(fā)。當(dāng)汽車室內(nèi)的甲苯濃度達(dá)到一定的數(shù)值，汽車內(nèi)的人就會(huì)感到頭暈?zāi)垦＃踔烈痤^痛，威脅了人們的安全。 人們吸入甲苯后，雖然會(huì)有一半的甲苯隨著人體的新陳代謝而排出體外，但是在排出體外的過程中人會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生不小的損害，當(dāng)人體血液中甲苯濃度達(dá)到1250mg/m時(shí)，明顯會(huì)出現(xiàn)人們記憶能力減退、注意力不集中等現(xiàn)象。 我國(guó)GBT18883-2002室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定甲苯為0.20mg/m。 依據(jù)我國(guó)室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中甲苯的標(biāo)準(zhǔn)濃度值，汽車室內(nèi)空氣綜合檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)對(duì)甲苯的參數(shù)值采用0.20mg/m。 9. 二甲苯 二甲苯與苯有著一定的相同之處，但二甲苯還具有

38、苯不具有的特性，即麻醉作用。二甲苯的這一特性不但可以損壞造血干細(xì)跑，致使造血器官受損，還可能致使人們神經(jīng)紊亂。二甲苯的毒性與苯比較相近，中毒者往往會(huì)感覺到渾身無力、頭暈?zāi)垦?，像喝醉酒了一樣，而且呼吸困難、渾身顫抖，有時(shí)候還伴隨著惡心、嘔吐，甚至嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致休克。汽車室內(nèi)的二甲苯濃度若是過高，易引發(fā)汽車駕駛員的安全性問題。根據(jù)我國(guó)的GBT18883-2002室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的二甲苯標(biāo)準(zhǔn)值為0.20mg/m，對(duì)于本文汽車室內(nèi)空氣綜合檢測(cè)系統(tǒng)中二甲苯的參數(shù)值采樣為0.20mg/m。 10. TVOC 以前人們認(rèn)為人們自身新陳代謝排出的廢物是污染室內(nèi)空氣的主要原因，并選取室內(nèi)二氧化碳濃度值作為

39、衡量室內(nèi)空氣質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。汽車工業(yè)的發(fā)展促使生產(chǎn)汽車車內(nèi)的裝飾品等行業(yè)的發(fā)展，但是對(duì)于這些裝飾品的使用反增加了室內(nèi)的污染物，其中具有揮發(fā)性的有機(jī)化合物（VOCs）的類型顯著增多。而且現(xiàn)在很多權(quán)威組織均提議，用室內(nèi)存在的所有的揮發(fā)性有機(jī)物（TVOC）作為衡量室內(nèi)空氣質(zhì)量的指標(biāo)，并分析TVOC對(duì)人體健康的影響和作用8。 VOC 的危害主要包括五個(gè)方面：(1)嗅味不舒適；(2)感覺性刺激；(3)局部組織炎癥反應(yīng)；(4)過敏反應(yīng)；(5)神經(jīng)毒性作用。 TVOC對(duì)人體健康的影響效果濃度范圍（mg/m） 健康效應(yīng) 25 除頭痛外，可能出現(xiàn)其他的神經(jīng)毒性作用 按照世界貿(mào)易組織在1989年提出的揮發(fā)性有機(jī)化合物

40、（VOC）的概念來理解，VOC是指沸點(diǎn)為50-100與240-260之間的有機(jī)化合物。 國(guó)外或國(guó)際組織相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)國(guó)家 美國(guó) 芬蘭 德國(guó) 新加坡 香港 TVOC 0.2 S3: 0.6 0.3 3ppm S2: 0.6（mg /m） 來源 US-EPA FIsIAQ Seifert ENV（1996） (1995) (1990) (1996) EHS Consultants Limited 挪威學(xué)者 Elmund Skaret 在此基礎(chǔ)上，推薦出一套建筑物設(shè)計(jì)目標(biāo)要求，VOC具體濃度指標(biāo)如表所示。 建筑物 VOC 濃度設(shè)計(jì)目標(biāo)典型本底水平 設(shè)計(jì)目標(biāo)范圍室內(nèi)VOC濃度（g/m） 300 300

41、樓板VOC濃度（g/m） 100-5000 200-500 墻壁VOC釋放量（g/m） 20-1000 40-100 室內(nèi)通風(fēng)量（L/sm） 0.1-4.6 0.2-0.5(0.7*) 其中（0.7*）為北歐建筑法規(guī)委員會(huì)推薦值。我國(guó)GBT18883-2002室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，TVCO每8小時(shí)平均濃度值為0.6 mg/m。經(jīng)過上面的分析，確定了揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)是造成汽車室內(nèi)控室污染最大的因素，也是對(duì)人體危害最大的污染物。因?yàn)門VOC是多種多樣的并，在對(duì)其確定參數(shù)值時(shí)參考了新加坡、芬蘭的室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并依據(jù)我國(guó)的室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，采取汽車室內(nèi)綜合檢測(cè)系統(tǒng)中TVOC的參數(shù)值為的0.30mg/

42、m。 11. 溫度 我國(guó)GBT18883-2002室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)定，夏季在開空調(diào)的情形下室內(nèi)溫度應(yīng)保持在22到28之間，冬季供熱時(shí)室內(nèi)溫度應(yīng)保持在16到24之間。 臺(tái)灣地區(qū)室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)室內(nèi)溫度標(biāo)準(zhǔn)值確定為23-28，德國(guó)室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定室內(nèi)的溫度的應(yīng)該控制在18至20之間。依據(jù)臺(tái)灣、德國(guó)的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合我國(guó)室內(nèi)環(huán)境現(xiàn)狀，對(duì)汽車室內(nèi)空氣綜合檢測(cè)系統(tǒng)中溫度值進(jìn)行設(shè)定，設(shè)置冬季溫度在18至20之間，夏季溫度在23到28之間。 12. 相對(duì)濕度 我國(guó)GBT18883-2002室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)室內(nèi)相對(duì)濕度標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值的規(guī)定，夏季在開空調(diào)的情形下室內(nèi)相對(duì)濕度應(yīng)保持在4

43、0-80之間，冬季供熱時(shí)室內(nèi)溫度應(yīng)保持在30-60之間。美國(guó)室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)室內(nèi)的相對(duì)濕度值進(jìn)行規(guī)定，確定標(biāo)準(zhǔn)的相對(duì)溫度值為20-60。日本室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定室內(nèi)的相對(duì)濕度應(yīng)該控制在40-70。根據(jù)美國(guó)、日本的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，結(jié)合我國(guó)室內(nèi)溫度的情況，汽車室內(nèi)空氣綜合檢測(cè)系統(tǒng)中相對(duì)濕度值確定為，冬季的室內(nèi)溫度為25-60，夏季的室內(nèi)溫度為40-70。 13. 空氣流速 我國(guó)GBT18883-2002室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)的室內(nèi)空氣流速數(shù)值，即夏季在空調(diào)作用下的空氣流速為0.3m/s，冬季在供暖情形下的空氣流速為0.2m/s。 臺(tái)灣室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)室內(nèi)空氣流速數(shù)值進(jìn)行了規(guī)定，設(shè)定的標(biāo)

44、準(zhǔn)值為0.15-0.5 m/s。日本室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的空氣流速為小于0.5 m/s。根據(jù)臺(tái)灣、日本的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并考慮我國(guó)的氣候、地理位置和地形，汽車室內(nèi)空氣質(zhì)量綜合檢測(cè)系統(tǒng)中空氣流速參數(shù)值采用日本室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)值，規(guī)定為小于0.5 m/s。 4.4 汽車室內(nèi)空氣綜合檢測(cè)系統(tǒng)通過上文對(duì)汽車室內(nèi)污染物來源、類型、影響以及空氣品質(zhì)的總結(jié)和系統(tǒng)參數(shù)的分析，對(duì)汽車室內(nèi)空氣質(zhì)量綜合檢測(cè)系統(tǒng)參數(shù)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化確定，各參數(shù)值如下表。汽車室內(nèi)空氣品質(zhì)評(píng)價(jià)體系序號(hào) 參數(shù)類別 參數(shù) 單位 標(biāo)準(zhǔn)值 1 化學(xué)性 二氧化硫 mg/m 0.50 2 二氧化氮 mg/m 0.24 3 一氧化碳 mg/m 10

45、 4 二氧化碳 mg/m 1200 5 氨 mg/m 0.20 6 甲醛 mg/m 0.12 7 苯 mg/m 0.10 8 甲苯 mg/m 0.20 9 二甲苯 mg/m 0.20 10 化學(xué)性TVOC mg/m 0.30 11 物理性 溫度 18-20（冬） 23-28（夏） 12 相對(duì)濕度 25-60（冬季采暖）40-70（夏季空調(diào)）13 空氣流速 m/s 0.52.6 本章小結(jié) 本章先行論述了汽車室內(nèi)污染物的類別、特征、來源以及對(duì)人們身體健康的危害，又介紹了室內(nèi)空氣品質(zhì)的相關(guān)理論，并對(duì)影響汽車室內(nèi)空氣質(zhì)量的因素進(jìn)行梳理，最后說明建立汽車室內(nèi)綜合檢測(cè)系統(tǒng)的目的和意義，以及系統(tǒng)參數(shù)的確定。

46、3 汽車室內(nèi)空氣綜合檢測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本檢測(cè)系統(tǒng)的軟件部分采用模塊化設(shè)計(jì)，在分析 STM32 系列產(chǎn)品架構(gòu)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用 C 語言及 MDK 開發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)了以下程序：檢測(cè)系統(tǒng)整體程序設(shè)計(jì)、采集模塊程序、電源管理模塊程序及輸入輸出模塊程序。 3.1 STM32 系統(tǒng)架構(gòu)分析 本系統(tǒng)采用的核心芯片 STM32F107 是基于 Cortex-M3 內(nèi)核，屬于互聯(lián)型產(chǎn)品，該芯片的系統(tǒng)架構(gòu)五個(gè)驅(qū)動(dòng)單元：分別是 Cortex-M3 內(nèi)核、Dcode 總線(D-bus)、系統(tǒng)總線(S-bus) 、通用 DMA1 和通用 DMA2 、以太網(wǎng) DMA ，這些驅(qū)動(dòng)單元。三個(gè)被動(dòng)單元分別是：SRAM、內(nèi)部 FLAS

47、H、AHB 到 APB 的橋(AHB2APBx)9。由一個(gè)多級(jí)的 AHB 總線構(gòu)架完成上面驅(qū)動(dòng)單元和被動(dòng)單元的連接，其結(jié)構(gòu)如圖。STM32 互聯(lián)型產(chǎn)品系統(tǒng)架構(gòu)圖中，在ICode總線上完成指令預(yù)取，且通過此總線架起Cortex-M3內(nèi)核的指令總線與 FLASH 接口之間的橋梁；在 DCode總線上完成 Cortex-M3內(nèi)核的 DCode 總線與FLASH 的數(shù)據(jù)接口的連接；在系統(tǒng)總線上完成 Cortex-M3 內(nèi)核的系統(tǒng)總線(外設(shè)總線)與總線矩陣的連接；Cortex-M3 內(nèi)核與 DMA 間連接由總線矩陣協(xié)調(diào)完成；DMA 總線的作用是連接 DMA 的 AHB 接口和總線矩陣；總線矩陣協(xié)調(diào)著CP

48、U的DCode和DMA到SRAM、閃存和外設(shè)的訪問；總線矩陣協(xié)調(diào)內(nèi)核系統(tǒng)總線和 DMA 主控總線之間的訪問仲裁。另外兩個(gè)AHB/APB 橋在AHB 和2個(gè)APB總線間提供同步連接10。APB1操作速度限于36MHz，APB2操作于全速(最高 72MHz)。在每一次復(fù)位以后，所有除SRAM 和FLITF以外的外設(shè)都被關(guān)閉，在使用一個(gè)外設(shè)之前，必須設(shè)置寄存器RCC_AHBENR來打開該外設(shè)的時(shí)鐘。從圖中可以看出，STM32 系列中的互聯(lián)型產(chǎn)品系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常豐富，因此在設(shè)計(jì)本系統(tǒng)軟件時(shí)，需要配置到很多相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，這在后文模塊化軟件設(shè)計(jì)中會(huì)有詳細(xì)介紹。 3.2 開發(fā)環(huán)境及功能介紹 本檢測(cè)系統(tǒng)的軟件部分開

49、發(fā)設(shè)計(jì)選用了目前最通用的編程語言C 語言，C 語言靈活性和結(jié)構(gòu)化程序大大提高了本系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)效率。因此，在使用 MDK 作為嵌入式開發(fā)工具時(shí)，我們需要選用 ST 公司在開發(fā)芯片的時(shí)候?yàn)榱朔奖阌脩糸_發(fā)所提供的 STM32 固件庫，這些固件庫在官方網(wǎng)站可以下載，所以在進(jìn)行后面程序編寫的同時(shí)，我們需要采用和 51 單片機(jī)編程的方式一樣，需要把有關(guān)頭文件和庫函數(shù)包含在我們所編寫的工程里面，這樣大大加速了開發(fā)進(jìn)程11。我們的開發(fā)步驟如下： （1）下載好 STM32 官方庫包，目前官方庫的版本是 V3.5。由于在官方庫里有許多芯片出廠前配置好的文件，這些文件我們可以在后面的軟件設(shè)計(jì)過程中方便的調(diào)用。

50、 （2）打開MDK軟件，新建一個(gè)工程，保存好工程文件到指定文件夾。此時(shí)會(huì)有一個(gè)選擇 Device 的選擇界面，選擇我們的芯片型號(hào)STMF107VC,選好后會(huì)有添加啟動(dòng)代碼的對(duì)話框，我們可以不選，因?yàn)榍懊婀俜綆煳募3.5版本中已經(jīng)包含了我們芯片所需的啟動(dòng)文件。 （3）配置好官方庫里面自帶的文件后，我們就可以用 C 語言進(jìn)行程序編寫，打開MDK軟件，并點(diǎn)擊其中的Build 按鈕進(jìn)行程序編譯，若編譯的語法與結(jié)構(gòu)有不對(duì)之處，軟件會(huì)自動(dòng)地位定位到出錯(cuò)位置，可以方便的查找和修改。（4)當(dāng)編譯沒有出現(xiàn)問題后，我們單個(gè)程序下載到做好的系統(tǒng)核心控制板，這里運(yùn)用仿真器就可以完成。下圖為 KeilVision 軟

51、件編譯界面：KeilVision 軟件編譯界面3.3 仿真調(diào)試工具介紹 作為一款功能齊全的互聯(lián)型芯片，擁有強(qiáng)大的硬件接口和編輯的軟件編譯是十分有利于芯片的開發(fā)及利用，仿真調(diào)試工具也是必不可少的。本課題采用的是 JLINK V8 仿真器，支持全系列 ARM 7/9/11，Cortex_M0/M1/M3 ARM 核，包括 Thumb模式，與IAR EWARM集成開發(fā)環(huán)境無縫連接；采用USB接口供電，無需外接電源；而且 J-LINK 支持對(duì)目標(biāo)板 5V（300mA），3.3V(400mA)供電；帶USB連接線和20芯扁平電纜；支持RDI接口，J-LINK可用于具有RDI接口的開發(fā)環(huán)境，支持主流的開發(fā)

52、環(huán)境12。本文已將系統(tǒng)核心板與 JTAG 仿真工具間的連接電路介紹，仿真器是連接系統(tǒng)硬件電路與PC機(jī)之間的橋梁，其連接如圖所示。仿真器使用連接示意圖3.4 系統(tǒng)整體程序設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的主程序主要用于時(shí)鐘的設(shè)定，各功能模塊的寄存器進(jìn)行上電后的初始化操作，Main 函數(shù)程序執(zhí)行步驟如下：（1)系統(tǒng)初始化；(2)復(fù)位和時(shí)鐘設(shè)定；（3) I/O 口配置；（4)傳感器模塊初始化；(5電源管理系統(tǒng)初始化；(6)系統(tǒng)自帶 AD 初始化；（7)濃度誤差分析；(8)執(zhí)行循環(huán)程序。在這里先分別介紹系統(tǒng)初始化和復(fù)位和時(shí)鐘設(shè)定，其他功能的配置在后文模塊化程序設(shè)計(jì)中有詳細(xì)介紹。 1.系統(tǒng)初始化 STM32F107芯片的啟

53、動(dòng)模式有三種，不同的啟動(dòng)模式是通過 BOOT1:0引腳來控制改變。系統(tǒng)時(shí)鐘的第四個(gè)上升沿會(huì)鎖存 BOOT 引腳的值在系統(tǒng)復(fù)位后，開發(fā)者需要設(shè)置BOOT0 和 BOOT1 引腳的狀態(tài)來選擇不同的啟動(dòng)方式，當(dāng)處理器一旦退出待機(jī)模式，BOOT引腳的狀態(tài)就會(huì)被鎖存；所以我們需要配置 BOOT 引腳來選擇啟動(dòng)模式，我們?cè)谝话闶褂脮r(shí)選用從主閃存存儲(chǔ)器啟動(dòng)，下圖為啟動(dòng)模式13。三種啟動(dòng)模式2復(fù)位和時(shí)鐘設(shè)定 本系統(tǒng)芯片的復(fù)位形式有系統(tǒng)復(fù)位、上電復(fù)位和備份區(qū)域復(fù)位三種，在本課題中采用的系統(tǒng)復(fù)位，產(chǎn)生系統(tǒng)復(fù)位的情況很多，比如：（1）當(dāng) STM32F107 芯片的復(fù)位引腳上出現(xiàn)一個(gè)低電平，一般是在人工復(fù)位的時(shí)候；（

54、2）當(dāng)窗口設(shè)置了防護(hù)程序，定時(shí)計(jì)數(shù)器終止計(jì)數(shù)的時(shí)候；（3）系統(tǒng)設(shè)置了獨(dú)立的防護(hù)程序，定時(shí)計(jì)數(shù)器終止計(jì)數(shù)的時(shí)候；（4）當(dāng)通過軟件設(shè)置復(fù)位的時(shí)候；（5）當(dāng)系統(tǒng)管理耗能的時(shí)候；這些都能產(chǎn)生系統(tǒng)復(fù)位。 本系統(tǒng)芯片時(shí)鐘可以被 HSI 振蕩器時(shí)鐘、HSE 振蕩器時(shí)鐘、PLL 時(shí)鐘三個(gè)時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)，系統(tǒng)時(shí)鐘源的速度為 72MHz，從上圖中結(jié)構(gòu)可以看出，可以設(shè)置高速 AHB 時(shí)鐘 APB2為系統(tǒng)時(shí)鐘 72MHz；低速 AHB 時(shí)鐘 APB1 為四分之一模式 72MHz/4=18MHz。另外控制系統(tǒng)使用了 1個(gè) ADC，2 個(gè)轉(zhuǎn)換通道。其中利用PA1通道來采集空氣污染物的濃度，利用PA2通道來采集蓄電池電壓。AD

55、C是以72M作為時(shí)鐘源，對(duì)2個(gè)通道都進(jìn)行模式的設(shè)定，采取樣本的周期為55.5個(gè)14。在該檢測(cè)系統(tǒng)中，核心的程序控制了整個(gè)系統(tǒng)，并引導(dǎo)各個(gè)模塊的連接。這樣不僅方便各程序模塊的編寫，同時(shí)也為整個(gè)系統(tǒng)有條理的運(yùn)行打下了良好的基礎(chǔ)，當(dāng)系統(tǒng)通電，STM32開始初始化，然后傳感器和電源管理系統(tǒng)開始準(zhǔn)備啟動(dòng)程序，啟動(dòng)后系統(tǒng)開始數(shù)據(jù)采集，然后通過數(shù)據(jù)處理、分析判斷數(shù)據(jù)是否超標(biāo)并顯示出來。未超標(biāo)繼續(xù)監(jiān)測(cè)，如果超標(biāo)啟動(dòng)報(bào)警裝置，等待司機(jī)動(dòng)作，完后繼續(xù)開始系統(tǒng)采集。3.5 數(shù)據(jù)采集模塊程序設(shè)計(jì) 當(dāng)傳感器上電后，通過傳感器模塊電路輸出的模擬信號(hào)，經(jīng)過 OP07 電壓跟隨電路進(jìn)入STM32F107芯片的 ADC 通道，

56、由自帶 AD 進(jìn)行轉(zhuǎn)換。然后由處理器判斷數(shù)據(jù)校驗(yàn)。通過 AD 轉(zhuǎn)換公式計(jì)算得出所測(cè)數(shù)據(jù)，最后顯示出來。STM32F107芯片的18個(gè)通道可以分別測(cè)量外部16個(gè)信號(hào)源和2個(gè)內(nèi)部信號(hào)源。每個(gè)通道間的A/D 轉(zhuǎn)換可以通過單次模式、連續(xù)模式、掃描模式、間斷模式來執(zhí)行。每次 ADC 轉(zhuǎn)換的結(jié)果可以存儲(chǔ)在內(nèi)部 16 的數(shù)據(jù)寄存器，這些數(shù)據(jù)可以采取左對(duì)齊或者右對(duì)齊的方式。ADC還具有模擬窗口防護(hù)功能，比如判斷執(zhí)行的程序的輸入電壓是否超出了用戶定義的標(biāo)準(zhǔn)值。雖然 STM32 系統(tǒng)時(shí)鐘頻率是可以達(dá)到 72MHz,但是ADC的輸入時(shí)鐘頻率不能達(dá)到14MHz,這種時(shí)鐘頻率可以通過PCLK2 的分頻達(dá)到，下圖為 AD

57、C 模塊的框圖。ADC 模塊的框圖由于本模塊需要采集 2 個(gè)傳感器的的數(shù)據(jù)，所以要選用連續(xù)的單次轉(zhuǎn)換模式，當(dāng)?shù)谝粋€(gè) ADC 的轉(zhuǎn)換時(shí)間結(jié)束，另一個(gè) ADC 就馬上啟動(dòng)。一般這種功能可以通過外部觸發(fā)的方式來獲得，還可以通過 ADC 寄存器設(shè)定 ADON 位為 1 時(shí)來獲得。EOC(轉(zhuǎn)換結(jié)束)標(biāo)志被設(shè)置；如果設(shè)置了EOCIE，則產(chǎn)生中斷。如果一個(gè)注入通道被轉(zhuǎn)換：則轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)被儲(chǔ)存在16位的ADC_DRJ1寄存器中；JEOC(注入轉(zhuǎn)換結(jié)束)標(biāo)志被設(shè)置； 如果設(shè)置了 JEOCIE位，則產(chǎn)生中斷。設(shè)置一個(gè)比較穩(wěn)定的時(shí)間tSTAB，確保ADC的轉(zhuǎn)換更加精準(zhǔn)。在開始ADC轉(zhuǎn)換和14個(gè)時(shí)鐘周期后，EOC標(biāo)志被設(shè)

58、置，16位ADC數(shù)據(jù)寄存器包含轉(zhuǎn)換的結(jié)果?？傓D(zhuǎn)換時(shí)間如下計(jì)算：TCONV= 采樣時(shí)間+12.5個(gè)周期。 通過上面的簡(jiǎn)單寄存器介紹，我們可以通過使用庫函數(shù)的函數(shù)來設(shè)定本節(jié)程序設(shè)計(jì)中使用ADC1的通道1進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，其詳細(xì)步驟如下： （1）開啟STM32F107芯片的PA口時(shí)鐘和 ADC1時(shí)鐘，設(shè)置PA1為模擬輸入狀態(tài)，同時(shí)需要使能GPIOA和ADC時(shí)鐘。 （2）先行開啟ADC1時(shí)鐘，然后對(duì)ADC1分頻因子進(jìn)行設(shè)置，并保證分頻因子能夠控制ADC1時(shí)鐘不超過14Mhz。這里設(shè)置分頻因子位6，時(shí)鐘即為系統(tǒng)時(shí)鐘的六分之一，為12MHz。 (3初始化ADC1參數(shù)，可以分為配置ADC1的模式為單次轉(zhuǎn)換模式和

59、設(shè)置 ADC1規(guī)則序列，在這里設(shè)置規(guī)則的序列，并設(shè)立1和0兩個(gè)通道，并利用通道0對(duì)周期時(shí)間進(jìn)行樣本的采取。 (4）在前面的設(shè)置工作都做好后，開啟AD轉(zhuǎn)換器，并執(zhí)行復(fù)位校準(zhǔn)和AD校準(zhǔn)，為確保結(jié)果的準(zhǔn)確性，對(duì)這項(xiàng)內(nèi)容的執(zhí)行時(shí)不可缺少的。 (5）對(duì)模擬輸入、分頻因子、參數(shù)設(shè)置和校準(zhǔn)后，ADC的準(zhǔn)備工作就完成了。然后再對(duì)0通道進(jìn)行規(guī)則序列設(shè)置，設(shè)置好后便可啟動(dòng)ADC轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)束后就可對(duì)ADC1_DR里面的值進(jìn)行讀取了。 3.6 電源管理模塊程序設(shè)計(jì) 電源管理模塊的目的是監(jiān)測(cè)汽車蓄電池電壓，該部分的程序主要是采集蓄電池電壓，通過轉(zhuǎn)化電路轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)芯片能夠承受的 3.3V。(1）汽車啟動(dòng)自檢：當(dāng)汽車點(diǎn)火

60、后，發(fā)動(dòng)機(jī)開始工作，此時(shí)系統(tǒng)供電由汽車蓄電池提供，發(fā)送自檢程序，主要檢驗(yàn)此時(shí)汽車電池的穩(wěn)定性。 (2）響應(yīng)程序：自檢程序完成后等待系統(tǒng)命令，如果電壓達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定范圍，則開始響應(yīng)程序，響應(yīng)確定后開始監(jiān)測(cè)電壓數(shù)據(jù)。 （3）電壓數(shù)據(jù)讀取：此處程序啟動(dòng) ADC 轉(zhuǎn)換程序，配置 ADC 等在前面已經(jīng)介紹。當(dāng)ADC 轉(zhuǎn)換成功后，由核心處理器開始數(shù)據(jù)校驗(yàn)，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)是否符合設(shè)定值。如果出錯(cuò)則返回等待命令程序，數(shù)據(jù)校驗(yàn)正確則繼續(xù)運(yùn)行。 （4）數(shù)據(jù)計(jì)算和輸出，這里將校驗(yàn)好的數(shù)據(jù)通過公式計(jì)算轉(zhuǎn)換后傳輸?shù)斤@示屏顯示。 3.7 輸入輸出模塊程序設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用的 STM32F107 芯片不支持可變靜態(tài)存儲(chǔ)控制器技術(shù)，所