轎車內(nèi)環(huán)境測控系統(tǒng)設(shè)計

第1章緒 課題的研究背 國內(nèi)外研究現(xiàn) 第2章系統(tǒng)方案設(shè) 系統(tǒng)總體設(shè) 有害氣體檢測方案設(shè) 主控的選 傳感器選 人機交互方案設(shè) 第3章硬件電路設(shè) 最小系統(tǒng)電路設(shè) 傳感器電路設(shè) 溫濕度檢測電 有害氣體檢測電 SGP30傳感器電 MQ-2煙霧檢測傳感器電 MQ-3乙醇檢測電 鍵盤顯示電路設(shè) 電路的設(shè) 控制執(zhí)行電路設(shè) 第4章軟件設(shè) 主控MSP430F149整體程序設(shè) 溫濕度程序設(shè) SGP30傳感器程序設(shè) 煙霧傳感器處理程序設(shè) LCD顯示程序設(shè) 程序設(shè) 聲光................................................................................語音提 第5章環(huán)境保護與社會經(jīng)濟效 系統(tǒng)選材與環(huán)境的影 系統(tǒng)設(shè)計對社會可持續(xù)發(fā)展的影 系統(tǒng)的經(jīng)濟效益分 結(jié) 致 參考文 附 1我國是世界上人口最多的國家，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國機械制造產(chǎn)業(yè)進入10201年底我國居民已經(jīng)有2.25億輛汽車如果僅用10%的車輛測量值進量車輛識別市場1000自1980年以來，許多歐洲國家開始關(guān)注汽車的環(huán)境污染問題。俄羅斯于1989年制定并實施了P61307-98“汽車評估標準和方法”。按照德意志共車體本身、車壁氈、車內(nèi)塑制品、座椅、腳墊等應符合德國“BlueAngel”環(huán)境重時甚至造成。2004年，中國汽車行業(yè)發(fā)生的第一起環(huán)境事件奧拓苯，事件，或許意味著這起事件引起了上的關(guān)注。2005年3月某位的妻子因患重癥再生性貧血而事情追溯7個月前也就是04年8月份李先生妻子在某4S店里了一款車在購車大約月余妻子身體出現(xiàn)異常，表現(xiàn)為身體多處原因不明的點。之后醫(yī)院確診為重癥再生性貧血最終因治療效果不佳而。妻子后四個月，偶然得知重癥再生性貧血的一個重要原因是苯這是一種急經(jīng)主管后確定汽車內(nèi)苯含量超過標準；在與賣方協(xié)商后撤銷了賠償，并對賣方提訟，因為認為賣方是其妻子的，新汽車的氣味不同。他的妻子/苯含量超過標準，導致妻子被苯。，到目前為止，我國尚未制定檢測車輛環(huán)境質(zhì)量的某些標準。2014年，我國盾，用來推動檢測和監(jiān)督汽車中的空氣質(zhì)量。20044月，由中國科學技術(shù)協(xié)的先河在所涉及到的1,275種汽車類型中汽車類型范圍涵蓋中汽車結(jié)果顯示92.81%的機動車受到車內(nèi)環(huán)境污染毋庸置疑這給汽車造商和運營商敲響了警鐘。汽車中的環(huán)境污染物是甲苯，其次是二甲苯，一氧化碳或，這幾種有害物質(zhì)的污染比較嚴重。同時，它也大大有效地促進了汽車制造商采用環(huán)保材料、并開發(fā)相關(guān)技術(shù)以去除汽車等中的污染物的行動，以改善家用汽車環(huán)境的舒適性，既能滿足消費者的愿望，也使我們在這方面的技術(shù)更加完善。根據(jù)汽車工業(yè)遠景的《中國發(fā)展前景和投資機會》，車主為了不斷推動汽車市場的檢修，對汽車檢測提出了新的要求。因此，在機器上根據(jù)模擬的特點將D轉(zhuǎn)換成基于SP430F149的系統(tǒng)溫濕度監(jiān)測機的安裝讓車主能夠獨立調(diào)節(jié)車輛的舒適性，對車輛環(huán)境應進行監(jiān)測。通過對這一問題的深入研究，比以往單個產(chǎn)品的價值更了解消費者和他們的品質(zhì)，實施這一將使人們更加關(guān)注汽車的居住條件，并趨于健康這一19輛環(huán)境監(jiān)測，后來一些部委和公司開始研究開發(fā)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。2000年前后研目前，我國對車輛污染的檢測和處理尚無合適的標準，因此只能根據(jù)國內(nèi)環(huán)境標準對車輛的狀況進行檢查然而由于車車內(nèi)環(huán)境監(jiān)測的裝置較少因此對車輛環(huán)境監(jiān)測控制研究有助于為駕駛員及乘車人員創(chuàng)造一個美好而又安全的空間。2該系統(tǒng)選擇MSP430F149單片機作為轎車車內(nèi)環(huán)境測控系統(tǒng)設(shè)計的主控芯特殊材質(zhì)制作的探頭進行信號，同時，作為模擬信號的模擬環(huán)境信息輸入A/D轉(zhuǎn)換器，經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器處理成數(shù)字信號，然后這些數(shù)字信號被傳輸?shù)絾纹瑱C進行分析處理。液晶LCD實時顯示環(huán)境信息，顯示應急電源信號，實現(xiàn)超閾值的功能。轎車車內(nèi)環(huán)境測控系統(tǒng)包括溫濕度檢測模塊、有害氣體采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換電路、LCD液晶顯示電路以及模塊電路，車輛內(nèi)部環(huán)境測控系統(tǒng)的設(shè)計將支持實時自動車內(nèi)環(huán)境，并將變化予以顯示。設(shè)計具有檢測。而且檢測過程可以自主完成不需要人工介入，前提是用戶進行調(diào)整無線通執(zhí)行無線通執(zhí)行電有害氣體傳感器LCD顯示屏溫濕度傳感器2.1車內(nèi)可能會有、一氧化碳、氮氣、二氧化硫和微量的稀有氣體等存在監(jiān)測的有害氣體信息主要是車內(nèi)空氣質(zhì)量、二氧化碳濃度、粉塵等。然后設(shè)計了一個開關(guān)電路，主要有線性補償電路，放大電路，電壓電流轉(zhuǎn)換電路組成。從傳感器輸出的電壓信號不是線性的，并且值很小，因此需要線性化16種氣體的濃度和顯示當前檢測通道的數(shù)量。通過計數(shù)和將檢測到的氣體的濃度值顯示在數(shù)字管上。數(shù)據(jù)處理，用矩陣鍵盤設(shè)定標準值，采用LCD顯示屏進行實時顯示，具有主控的選MSP430來實現(xiàn)低能耗。當然，質(zhì)量好，價格也就會用了。通過比較兩款MCU，性能上相差無幾，MSP430功耗更低，A/D轉(zhuǎn)二氧化碳、檢測：金屬氧化物傳感器Sgp30的特點是在一個上集成了多個傳感器單元，此外，SGP集成允許將它集成到移動設(shè)備中，為智能家煙霧檢測：Mq-2Mq-2檢測汽少的。該系統(tǒng)采用MQ-3探頭搭建的乙醇檢測模塊能夠測量車內(nèi)環(huán)境中的信息并獲得反饋，所以一個良好的人機交互方案設(shè)計是不可缺少的。JakobNielson性（Visibilityofsystemstatus）、用戶任意操作性（Usercontrolandfreedom）、一致性（Consistencyandstandards）等。該系統(tǒng)采用圖像顯示、聲光和語音交互相結(jié)合的方式進行，由LED燈和蜂鳴器組成聲光系統(tǒng)，環(huán)境檢測信號值超過閾值的時候，LED燈閃爍、蜂鳴器發(fā)出“滴滴”。語音交互功能由DY-SV17F智能語音模塊配合單片機UART串口控制實現(xiàn)，模擬人聲播報當前環(huán)境信息。通過LCD實時顯示各傳感器到的信息。3本設(shè)計的控制系統(tǒng)采用的MSP430F149單片機，除了滿足本系統(tǒng)對環(huán)境中有危害空氣氣體目的同時也能滿足了通過繼電器實現(xiàn)智能控制的作用。MSP430F149的最小系統(tǒng)電路主要由六部分組成：供電電路、時鐘電路、JTAG程序電路、濾波電路和Reset電路。供電電路：MSP430F1493.3伏的直流電壓供電，交流電輸入5VLM1117-3.33.3伏電壓輸出電路的穩(wěn)壓并且將5V轉(zhuǎn)為3.3V，它是一個效率很高的電壓調(diào)節(jié)。這個的輸入電壓只需在3.3V以上就可以正常工作，效率很高。lm1117還可以通過電位計調(diào)節(jié)電壓，在外電路設(shè)計中，通過兩個電位器的1.25V-13.8V的輸出?？梢酝瓿刹煌╇娨笙碌募夹g(shù)指標。本系統(tǒng)中只用到了該輸出3.3伏電壓的功能轉(zhuǎn)壓電路原理圖如圖3.1所示，VCC5V0.1uF100uF電容濾波，1管腳接地，2管腳輸出3.3V給供電，3管腳輸入5V電壓： 0 01uF13.1時鐘電路MSP430F149有外部時鐘源和內(nèi)部時鐘源內(nèi)部是RC振蕩晶振，32.768KHz8MHz的高速振動，它們3.2 22pf2 傳感器電路設(shè)溫濕度檢測電們選用DHT11模塊，這個模塊包含了一個感濕元件和一個感溫元件，感濕元件雜些，需要調(diào)節(jié)感溫電阻，但是也同樣很快捷。傳感器內(nèi)部有部分，每次該模塊有3個引腳，分別是VCC、GND、DATA，將MSP430F149TD7接DHT11的DATA通過串行通信單總線協(xié)議傳輸就可以獲得溫濕度信息3.6所示。123123

有害氣體檢測電

3.6MQ-135MQ-135電路可將有害氣體濃度變化變成電導率的變化從而被單片機處理，3.7所示。

23433

445

0

IN4

0

SGP30傳感器電

3.7SGP30AdafruitSensirion和兩個預處理室內(nèi)空氣質(zhì)量信號，從而提供空氣質(zhì)量的更詳細信息。主要(IoT)SGP30空氣質(zhì)量傳感器PCB3.8所示。3.8SGP30PCBSGP30可提供空氣質(zhì)量中的二氧化碳（CO2）和等有害物的含量，其3.9所示。

11234Header3.9SGP300.11mgm3，或者一氧化碳濃度≥1.10mg/m3的時候，就會發(fā)出信號，車內(nèi)人員需做出相MQ-2煙霧檢測傳感器電MQ-2MQ-2作為本系統(tǒng)的煙霧監(jiān)測部分是非常適合的。3.10+-12343.10MQ-3乙醇檢測電MQ-3MQ-3乙醇檢測也是通過檢測電導率的變化來反映空氣中濃度的3.11所示。454161

2

4 11 4 112

1

234Header

圖3.11MQ-3乙醇檢測電路LEDLCD屏越來越普及，單片機I/O3.12所示。

11234Header3.12按鍵用于向MCU輸入信息，按鍵種類繁多，功能有簡有繁，生活中隨處10~20毫秒，依不同的環(huán)境條件而定。所以需要用到按鍵去抖動，一般手動按下一次鍵然后接著釋放，按鍵兩片金屬膜接觸的時間大約為50ms左右，在按下瞬間到穩(wěn)定的時間為5-10ms，在松開的瞬間到穩(wěn)定的時間也為5-10ms，如果我們再首次檢測到鍵被按下后延時10ms左右再去檢測，這時如果是干擾3I/O口拉高，按鍵被按下時，單片機I/OMCU3.13VCC3

SW-電路的設(shè)

3.13使用蜂鳴器時，無法直接使用單片機的I/O端口驅(qū)動，因為只有電流50~100mAI/O口直接輸出的電流是不夠正常蜂鳴器，使用大約只有5mA左右，就算在不需要保證邏輯電平的情況下，最電路，作為蜂鳴器功率驅(qū)動裝置。本系統(tǒng)以8050三極管為，采用NPN驅(qū)3.14所示。3Q13.14除了蜂鳴器之外，Dy-sv17f智能語音接口模塊也融合了以下幾大功能模塊，分別是，I/O引腳微電路、UARTMP3標5WD類放大器，使它可以直接3-5W、4歐姆的揚聲器。不光如此，Dy-sv17f4Mbyte閃存來本地保存聲音文件，可以MP3，WAV等其他格式的音頻文件。Dy-sv17f貝到模塊內(nèi)部。模塊實物圖如圖3.15所示。3.15DY-SV17FONE_lineUART串行控制也可以。采用全雙工9600DataStopbit1位，InspectionpositionNI/O觸發(fā)的方8個單片機I/O255有兩種類型的I/OI/O模式和單獨I/O模式的組合，其中每種模式又分為兩模式：啟動鍵觸發(fā)和電平觸發(fā)。啟動鍵觸發(fā)模式，當鍵盤本系統(tǒng)中要求該設(shè)備播報提示語音，完一條語音后結(jié)束，假若播放中途有新的信息觸發(fā)，則新的語音，完畢后停止。如果它一直被觸（即電平不釋放它將不間斷音根據(jù)使用手冊該模塊的組合模式0（按鍵組合）滿足本系統(tǒng)需求。設(shè)計電路如圖3.16所示。TA11TA22TA33TA44TA55IO4/ONE_LINETA66TA77TB08IO7

C28 C30C31C32C33C28 C30C31C32C3322pf22pf22pf22pf22pf22pf3.16TA1~TA8這8個單片機引腳輸出“”信號的時候，該系統(tǒng)就會發(fā)出“00001.mp33-1所示：3-1I/O01111111011111101111111001111101111111010111110011111100000000000本設(shè)計是轎車車內(nèi)環(huán)境測控系統(tǒng)設(shè)計針對車內(nèi)的有害氣體進行檢測檢測電路將檢測的數(shù)據(jù)傳給單片機，單片機接收數(shù)據(jù)并作出內(nèi)部判斷。當環(huán)境信息達到一定閾值的時候，該系統(tǒng)會啟動車內(nèi)原有的空調(diào)設(shè)備自主進行清3.17所示。 3.174主控MSP430F149MSP430F149整體程序設(shè)計包括各傳感器數(shù)據(jù)獲取、LCD顯示程序、蜂鳴器、按鍵、語音程序等。其總體流程圖如圖4.1所示。開開否獲取成功是等待各模塊采集數(shù)據(jù)全部初始數(shù)據(jù)處理并輸出

4.1眾所周知，溫度和濕度檢測程序設(shè)計使用單個總線協(xié)議。手冊中要求的正常工作電源限制在3.5-5.5V。如果傳感器工作在高于5.5V的條件下可能會5V供電。16168位那就說明溫度和濕度的數(shù)據(jù)傳輸出了問題（可能是時序錯誤，或者是傳感器有問題），放棄這次數(shù)據(jù)。編寫T1_Rd_Dta()函數(shù)溫濕度數(shù)據(jù)，通過對比最后八位判定結(jié)果是否正確所返回值0正常失敗模塊和MSP430F149上電后，1s內(nèi)不數(shù)據(jù)，之后MSP430F149先將起始信號送給模塊，然后從機（DHT11溫濕度傳感器）接收起始信號發(fā)出應答信data線置高電平（這個時候單片機io是設(shè)置為輸入的）。然后傳感器模塊會將data線置低電平，接著單片機data線的電平信號。之后傳感器模塊會將data線重新拉高，并且單片機等候約40us后再次data引腳電平，低電平時為“0”，高電平時為“1”。接下來只需重復上述1,2步驟累計40次即可到數(shù)據(jù)。當data線被拉低大約50us的時候，意味著數(shù)據(jù)結(jié)束。4.24.2配置溫濕度程序流程圖如圖4.3所示模塊模塊初始校驗成功校并溫濕度按鍵設(shè)閾是LCD實時顯超閾值判定是發(fā)圖4.3溫濕度程序流程溫濕度函數(shù)：temp代表溫度值(范圍:0~50°)，humi表示濕度值(范圍:20%~90%)，返回值：0表示正常；1表示失?。篠GP30SGP304.44.4SGP30SGP30是數(shù)字傳感器，直接使用I2C接口進行，如圖4.5是4.5I2CSGP304.6開開初始化初始化函Master發(fā)送初始化函Master發(fā)送Slave發(fā)送Master發(fā)送Slave發(fā)送Master發(fā)送Slave發(fā)送Master發(fā)送數(shù)據(jù)校驗處4.6SGP30SGP30傳感器初始化程序由子函數(shù)Spg30Sensor_init()該系統(tǒng)使用的MQ-2煙霧傳感器內(nèi)部集成了ADC0809它是一個8位A/D轉(zhuǎn)換器。ADC08093ALE的值為1然后鎖存該地址信息該地址是比較器的8路信道上的模擬輸入。在A/D轉(zhuǎn)換開始后，EOC的輸出信號已經(jīng)下降，表示目前正在轉(zhuǎn)換。在完成A/D轉(zhuǎn)換之前，EOCA/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果已送入鎖存器。當OE的輸入處于高壓狀態(tài)時，它會開啟三相輸出，將結(jié)果轉(zhuǎn)換成數(shù)1V。當傳感器檢測到要測量的氣體時，電壓增加0.1V，說明被測物質(zhì)濃度增加了200ppm4.7所示。4.7A/D煙霧傳感器初始化程序由SmogSensor_init()LCD與LCD相關(guān)的程序代碼在lcd.c和lcd.h里，分別LCD的驅(qū)動庫文件包括部分字符用到了LCD_ShowChar(u8x,u8yu8chr)函數(shù)，x,y是起點坐標，清除屏幕顯示內(nèi)容用LCD_Clear(void)清屏函數(shù)。此外，要顯示漢字需要用上位機編寫漢字庫并添加到字庫文件bmp.h中。LCD4.8開開OLED_ON()開始顯清開啟顯IIC初始化、LCD初始化4.8LCDLCD清屏子函數(shù)：voidLCD指定位置顯示一個字符,包括部分字符,x，y是開始顯示第一個字符的坐標:voidLCD_ShowChar(u8x,u8y,u8chr)；顯示數(shù)字函數(shù)：voidLCD_ShowNum(u8x,u8yu32num,u8len,u8size2)聲聲光采用LED和蜂鳴器組成部分，LED電路主要由上拉電阻和LEDVCCLEDI/O口輸出高的適合發(fā)出持續(xù)聲音當發(fā)生緊急情況時單片機控制LED電平及蜂鳴器發(fā)出信號。首先配置單片機I/O引腳為輸出，控制蜂鳴器和LED。當需要的時候，將蜂鳴器電平信號置為高電平，LED300毫秒，恢復電平。這樣就會形成LED閃爍、蜂鳴器“滴~滴”，程序流程圖如圖4.9循環(huán) 解語音提循環(huán) 解

圖4.9聲光程序流程采用上位機將文字轉(zhuǎn)為語音WAV音頻文件并錄制在模塊內(nèi)部ram中，單片機I/O4.10所示。ModeMode=播ModeMode=播Mode=Mode=播Mode=播Mode=播4.100000x.MP3語音模塊I/O引腳初始化：voidvoice_init(void)；而語音程序設(shè)計采Cswitch和case5本文系統(tǒng)選材與環(huán)境的影響主要分為環(huán)境對本系統(tǒng)的影響和本系統(tǒng)可能會對環(huán)境造成的影響。環(huán)境對本系統(tǒng)的影響主要考慮氣候因素、機械因素和電磁干擾等等。氣候因素包括溫度、濕度、氣壓、日光照射強度、鹽霧和霉菌灰塵等。機械因素意味著產(chǎn)品在和使用過程中將各種類型的機械作用。這些機械效應包括機器部件使用時產(chǎn)生的磨損，這是設(shè)備不可避免的的特性，會縮短機器的使用年限在和使用過程中可能會承受來自周圍的機械外力主要包括沖擊、碰撞、離心加速度、振動、等，會造成機器的永久性損壞。電磁干擾是指，除了準備接收的信號外，其他電磁波都是干擾。干擾來源既來自設(shè)備內(nèi)部也來自外部。本系統(tǒng)合理選擇實驗耗材，電子產(chǎn)品的開發(fā)必須充分考慮環(huán)境質(zhì)量，減少原材料的生產(chǎn)使用有害物質(zhì)采用模塊化設(shè)計這樣能達到易維修易升級的效果。本系統(tǒng)采用直接供電方式，沒有設(shè)置儲能元器件，減少了電池中的有害物質(zhì)對環(huán)境造成污染。系統(tǒng)設(shè)計對社會可持續(xù)發(fā)展的影在設(shè)計過程中，本系統(tǒng)注重安全性，選材方面保持謹慎態(tài)度，盡量避開有降低電子產(chǎn)品淘汰更換頻率，使資源得到節(jié)約。資源是有限的，為了保護人們注重生態(tài)性，合理利用能源，使人類生存發(fā)展的空間就變得更加理想，有利于系統(tǒng)的經(jīng)濟效益分氣體實時顯示與功能。本設(shè)計采用了MSP430F149單片機作為系統(tǒng)的控制，圍繞MSP430F149設(shè)計一套監(jiān)測系統(tǒng)，可以安裝在車上，實現(xiàn)對關(guān)靈活的調(diào)整。選擇主控時，可以參考的有飛思系列K60和MSP430F149，經(jīng)過對比之后我選擇了MSP430F149。本系統(tǒng)在軟件編程時也需要根據(jù)實際情況做出選擇用到A/D轉(zhuǎn)分配。本系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化編程，根據(jù)程序需要，設(shè)計main函數(shù)，在main函數(shù)里首先進行時鐘初始化、定時器初始化以及各個模塊的初始化，在定動化。這大學四年里我掌握了C/C++Keil、IAR開發(fā)環(huán)境對飛思、32等單片機進行編程，學會了使用AltiumDesigner設(shè)計原理圖和PCBMultisim電路仿真，能夠使用示波器、萬用表、信號發(fā)生器等工具進行硬件調(diào)試，熟悉編程以及仿真。我是一個熱我還要感謝我的、我的室友們，北方的冬天很冷，但人心很暖，在這里帶給我溫暖維系著那份家的融洽我們更像是相親相愛的一家人四年前，我沉重的行囊來到學校，會想起那一幕一切仿佛就在昨天。這四年的求學生涯，我們沒有吵過架、沒有發(fā)生過不愉快的事情，我們一起團建，一起聚餐。今后大家就難得再聚在一起了，各奔前程，大家珍重。[1]康團結(jié).多傳感器數(shù)據(jù)處理的列車環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)[D].西南交通大學[2].基于Zigbee的空氣質(zhì)量檢測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].吉林大學[3].釀酒系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].電子科技大學[4].基于STM32的汽車室內(nèi)空氣污染物監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[D].紡織大學[5].車內(nèi)環(huán)境PM2.5檢測與凈化應用研究[D].吉林大學[6].GPRS的供暖系統(tǒng)設(shè)計研究[J].微型電腦應用,2020,36(12):79-[7].溫室智能控制中多傳感器信息融合算法的研究[D].西安科技大學[8]何勉.基于物聯(lián)網(wǎng)的溫室環(huán)境系統(tǒng)設(shè)計[J].陜西理工大學學報(自然科學[9].基于ARM11的溫室環(huán)境參數(shù)自動調(diào)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].重慶三峽學[10].汽