轿车内环境测控系统设计

第1章绪 课题的研究背 国内外研究现 第2章系统方案设 系统总体设 有害气体检测方案设 主控的选 传感器选 人机交互方案设 第3章硬件电路设 最小系统电路设 传感器电路设 温湿度检测电 有害气体检测电 SGP30传感器电 MQ-2烟雾检测传感器电 MQ-3乙醇检测电 键盘显示电路设 电路的设 控制执行电路设 第4章软件设 主控MSP430F149整体程序设 温湿度程序设 SGP30传感器程序设 烟雾传感器处理程序设 LCD显示程序设 程序设 声光................................................................................语音提 第5章环境保护与社会经济效 系统选材与环境的影 系统设计对社会可持续发展的影 系统的经济效益分 结 致 参考文 附 1我国是世界上人口最多的国家，随着经济的发展，我国机械制造产业进入10201年底我国居民已经有2.25亿辆汽车如果仅用10%的车辆测量值进量车辆识别市场1000自1980年以来，许多欧洲国家开始关注汽车的环境污染问题。俄罗斯于1989年制定并实施了P61307-98“汽车评估标准和方法”。按照德意志共车体本身、车壁毡、车内塑制品、座椅、脚垫等应符合德国“BlueAngel”环境重时甚至造成。2004年，中国汽车行业发生的第一起环境事件奥拓苯，事件，或许意味着这起事件引起了上的关注。2005年3月某位的妻子因患重症再生性贫血而事情追溯7个月前也就是04年8月份李先生妻子在某4S店里了一款车在购车大约月余妻子身体出现异常，表现为身体多处原因不明的点。之后医院确诊为重症再生性贫血最终因治疗效果不佳而。妻子后四个月，偶然得知重症再生性贫血的一个重要原因是苯这是一种急经主管后确定汽车内苯含量超过标准；在与卖方协商后撤销了赔偿，并对卖方提讼，因为认为卖方是其妻子的，新汽车的气味不同。他的妻子/苯含量超过标准，导致妻子被苯。，到目前为止，我国尚未制定检测车辆环境质量的某些标准。2014年，我国盾，用来推动检测和监督汽车中的空气质量。20044月，由中国科学技术协的先河在所涉及到的1,275种汽车类型中汽车类型范围涵盖中汽车结果显示92.81%的机动车受到车内环境污染毋庸置疑这给汽车造商和运营商敲响了警钟。汽车中的环境污染物是甲苯，其次是二甲苯，一氧化碳或，这几种有害物质的污染比较严重。同时，它也大大有效地促进了汽车制造商采用环保材料、并开发相关技术以去除汽车等中的污染物的行动，以改善家用汽车环境的舒适性，既能满足消费者的愿望，也使我们在这方面的技术更加完善。根据汽车工业远景的《中国发展前景和投资机会》，车主为了不断推动汽车市场的检修，对汽车检测提出了新的要求。因此，在机器上根据模拟的特点将D转换成基于SP430F149的系统温湿度监测机的安装让车主能够独立调节车辆的舒适性，对车辆环境应进行监测。通过对这一问题的深入研究，比以往单个产品的价值更了解消费者和他们的品质，实施这一将使人们更加关注汽车的居住条件，并趋于健康这一19辆环境监测，后来一些部委和公司开始研究开发环境监测系统。2000年前后研目前，我国对车辆污染的检测和处理尚无合适的标准，因此只能根据国内环境标准对车辆的状况进行检查然而由于车车内环境监测的装置较少因此对车辆环境监测控制研究有助于为驾驶员及乘车人员创造一个美好而又安全的空间。2该系统选择MSP430F149单片机作为轿车车内环境测控系统设计的主控芯特殊材质制作的探头进行信号，同时，作为模拟信号的模拟环境信息输入A/D转换器，经由A/D转换器处理成数字信号，然后这些数字信号被传输到单片机进行分析处理。液晶LCD实时显示环境信息，显示应急电源信号，实现超阈值的功能。轿车车内环境测控系统包括温湿度检测模块、有害气体采集模块、A/D转换电路、LCD液晶显示电路以及模块电路，车辆内部环境测控系统的设计将支持实时自动车内环境，并将变化予以显示。设计具有检测。而且检测过程可以自主完成不需要人工介入，前提是用户进行调整无线通执行无线通执行电有害气体传感器LCD显示屏温湿度传感器2.1车内可能会有、一氧化碳、氮气、二氧化硫和微量的稀有气体等存在监测的有害气体信息主要是车内空气质量、二氧化碳浓度、粉尘等。然后设计了一个开关电路，主要有线性补偿电路，放大电路，电压电流转换电路组成。从传感器输出的电压信号不是线性的，并且值很小，因此需要线性化16种气体的浓度和显示当前检测通道的数量。通过计数和将检测到的气体的浓度值显示在数字管上。数据处理，用矩阵键盘设定标准值，采用LCD显示屏进行实时显示，具有主控的选MSP430来实现低能耗。当然，质量好，价格也就会用了。通过比较两款MCU，性能上相差无几，MSP430功耗更低，A/D转二氧化碳、检测：金属氧化物传感器Sgp30的特点是在一个上集成了多个传感器单元，此外，SGP集成允许将它集成到移动设备中，为智能家烟雾检测：Mq-2Mq-2检测汽少的。该系统采用MQ-3探头搭建的乙醇检测模块能够测量车内环境中的信息并获得反馈，所以一个良好的人机交互方案设计是不可缺少的。JakobNielson性（Visibilityofsystemstatus）、用户任意操作性（Usercontrolandfreedom）、一致性（Consistencyandstandards）等。该系统采用图像显示、声光和语音交互相结合的方式进行，由LED灯和蜂鸣器组成声光系统，环境检测信号值超过阈值的时候，LED灯闪烁、蜂鸣器发出“滴滴”。语音交互功能由DY-SV17F智能语音模块配合单片机UART串口控制实现，模拟人声播报当前环境信息。通过LCD实时显示各传感器到的信息。3本设计的控制系统采用的MSP430F149单片机，除了满足本系统对环境中有危害空气气体目的同时也能满足了通过继电器实现智能控制的作用。MSP430F149的最小系统电路主要由六部分组成：供电电路、时钟电路、JTAG程序电路、滤波电路和Reset电路。供电电路：MSP430F1493.3伏的直流电压供电，交流电输入5VLM1117-3.33.3伏电压输出电路的稳压并且将5V转为3.3V，它是一个效率很高的电压调节。这个的输入电压只需在3.3V以上就可以正常工作，效率很高。lm1117还可以通过电位计调节电压，在外电路设计中，通过两个电位器的1.25V-13.8V的输出。可以完成不同供电要求下的技术指标。本系统中只用到了该输出3.3伏电压的功能转压电路原理图如图3.1所示，VCC5V0.1uF100uF电容滤波，1管脚接地，2管脚输出3.3V给供电，3管脚输入5V电压： 0 01uF13.1时钟电路MSP430F149有外部时钟源和内部时钟源内部是RC振荡晶振，32.768KHz8MHz的高速振动，它们3.2 22pf2 传感器电路设温湿度检测电们选用DHT11模块，这个模块包含了一个感湿元件和一个感温元件，感湿元件杂些，需要调节感温电阻，但是也同样很快捷。传感器内部有部分，每次该模块有3个引脚，分别是VCC、GND、DATA，将MSP430F149TD7接DHT11的DATA通过串行通信单总线协议传输就可以获得温湿度信息3.6所示。123123

有害气体检测电

3.6MQ-135MQ-135电路可将有害气体浓度变化变成电导率的变化从而被单片机处理，3.7所示。

23433

445

0

IN4

0

SGP30传感器电

3.7SGP30AdafruitSensirion和两个预处理室内空气质量信号，从而提供空气质量的更详细信息。主要(IoT)SGP30空气质量传感器PCB3.8所示。3.8SGP30PCBSGP30可提供空气质量中的二氧化碳（CO2）和等有害物的含量，其3.9所示。

11234Header3.9SGP300.11mgm3，或者一氧化碳浓度≥1.10mg/m3的时候，就会发出信号，车内人员需做出相MQ-2烟雾检测传感器电MQ-2MQ-2作为本系统的烟雾监测部分是非常适合的。3.10+-12343.10MQ-3乙醇检测电MQ-3MQ-3乙醇检测也是通过检测电导率的变化来反映空气中浓度的3.11所示。454161

2

4 11 4 112

1

234Header

图3.11MQ-3乙醇检测电路LEDLCD屏越来越普及，单片机I/O3.12所示。

11234Header3.12按键用于向MCU输入信息，按键种类繁多，功能有简有繁，生活中随处10~20毫秒，依不同的环境条件而定。所以需要用到按键去抖动，一般手动按下一次键然后接着释放，按键两片金属膜接触的时间大约为50ms左右，在按下瞬间到稳定的时间为5-10ms，在松开的瞬间到稳定的时间也为5-10ms，如果我们再首次检测到键被按下后延时10ms左右再去检测，这时如果是干扰3I/O口拉高，按键被按下时，单片机I/OMCU3.13VCC3

SW-电路的设

3.13使用蜂鸣器时，无法直接使用单片机的I/O端口驱动，因为只有电流50~100mAI/O口直接输出的电流是不够正常蜂鸣器，使用大约只有5mA左右，就算在不需要保证逻辑电平的情况下，最电路，作为蜂鸣器功率驱动装置。本系统以8050三极管为，采用NPN驱3.14所示。3Q13.14除了蜂鸣器之外，Dy-sv17f智能语音接口模块也融合了以下几大功能模块，分别是，I/O引脚微电路、UARTMP3标5WD类放大器，使它可以直接3-5W、4欧姆的扬声器。不光如此，Dy-sv17f4Mbyte闪存来本地保存声音文件，可以MP3，WAV等其他格式的音频文件。Dy-sv17f贝到模块内部。模块实物图如图3.15所示。3.15DY-SV17FONE_lineUART串行控制也可以。采用全双工9600DataStopbit1位，InspectionpositionNI/O触发的方8个单片机I/O255有两种类型的I/OI/O模式和单独I/O模式的组合，其中每种模式又分为两模式：启动键触发和电平触发。启动键触发模式，当键盘本系统中要求该设备播报提示语音，完一条语音后结束，假若播放中途有新的信息触发，则新的语音，完毕后停止。如果它一直被触（即电平不释放它将不间断音根据使用手册该模块的组合模式0（按键组合）满足本系统需求。设计电路如图3.16所示。TA11TA22TA33TA44TA55IO4/ONE_LINETA66TA77TB08IO7

C28 C30C31C32C33C28 C30C31C32C3322pf22pf22pf22pf22pf22pf3.16TA1~TA8这8个单片机引脚输出“”信号的时候，该系统就会发出“00001.mp33-1所示：3-1I/O01111111011111101111111001111101111111010111110011111100000000000本设计是轿车车内环境测控系统设计针对车内的有害气体进行检测检测电路将检测的数据传给单片机，单片机接收数据并作出内部判断。当环境信息达到一定阈值的时候，该系统会启动车内原有的空调设备自主进行清3.17所示。 3.174主控MSP430F149MSP430F149整体程序设计包括各传感器数据获取、LCD显示程序、蜂鸣器、按键、语音程序等。其总体流程图如图4.1所示。开开否获取成功是等待各模块采集数据全部初始数据处理并输出

4.1众所周知，温度和湿度检测程序设计使用单个总线协议。手册中要求的正常工作电源限制在3.5-5.5V。如果传感器工作在高于5.5V的条件下可能会5V供电。16168位那就说明温度和湿度的数据传输出了问题（可能是时序错误，或者是传感器有问题），放弃这次数据。编写T1_Rd_Dta()函数温湿度数据，通过对比最后八位判定结果是否正确所返回值0正常失败模块和MSP430F149上电后，1s内不数据，之后MSP430F149先将起始信号送给模块，然后从机（DHT11温湿度传感器）接收起始信号发出应答信data线置高电平（这个时候单片机io是设置为输入的）。然后传感器模块会将data线置低电平，接着单片机data线的电平信号。之后传感器模块会将data线重新拉高，并且单片机等候约40us后再次data引脚电平，低电平时为“0”，高电平时为“1”。接下来只需重复上述1,2步骤累计40次即可到数据。当data线被拉低大约50us的时候，意味着数据结束。4.24.2配置温湿度程序流程图如图4.3所示模块模块初始校验成功校并温湿度按键设阈是LCD实时显超阈值判定是发图4.3温湿度程序流程温湿度函数：temp代表温度值(范围:0~50°)，humi表示湿度值(范围:20%~90%)，返回值：0表示正常；1表示失败：SGP30SGP304.44.4SGP30SGP30是数字传感器，直接使用I2C接口进行，如图4.5是4.5I2CSGP304.6开开初始化初始化函Master发送初始化函Master发送Slave发送Master发送Slave发送Master发送Slave发送Master发送数据校验处4.6SGP30SGP30传感器初始化程序由子函数Spg30Sensor_init()该系统使用的MQ-2烟雾传感器内部集成了ADC0809它是一个8位A/D转换器。ADC08093ALE的值为1然后锁存该地址信息该地址是比较器的8路信道上的模拟输入。在A/D转换开始后，EOC的输出信号已经下降，表示目前正在转换。在完成A/D转换之前，EOCA/D转换，转换结果已送入锁存器。当OE的输入处于高压状态时，它会开启三相输出，将结果转换成数1V。当传感器检测到要测量的气体时，电压增加0.1V，说明被测物质浓度增加了200ppm4.7所示。4.7A/D烟雾传感器初始化程序由SmogSensor_init()LCD与LCD相关的程序代码在lcd.c和lcd.h里，分别LCD的驱动库文件包括部分字符用到了LCD_ShowChar(u8x,u8yu8chr)函数，x,y是起点坐标，清除屏幕显示内容用LCD_Clear(void)清屏函数。此外，要显示汉字需要用上位机编写汉字库并添加到字库文件bmp.h中。LCD4.8开开OLED_ON()开始显清开启显IIC初始化、LCD初始化4.8LCDLCD清屏子函数：voidLCD指定位置显示一个字符,包括部分字符,x，y是开始显示第一个字符的坐标:voidLCD_ShowChar(u8x,u8y,u8chr)；显示数字函数：voidLCD_ShowNum(u8x,u8yu32num,u8len,u8size2)声声光采用LED和蜂鸣器组成部分，LED电路主要由上拉电阻和LEDVCCLEDI/O口输出高的适合发出持续声音当发生紧急情况时单片机控制LED电平及蜂鸣器发出信号。首先配置单片机I/O引脚为输出，控制蜂鸣器和LED。当需要的时候，将蜂鸣器电平信号置为高电平，LED300毫秒，恢复电平。这样就会形成LED闪烁、蜂鸣器“滴~滴”，程序流程图如图4.9循环 解语音提循环 解

图4.9声光程序流程采用上位机将文字转为语音WAV音频文件并录制在模块内部ram中，单片机I/O4.10所示。ModeMode=播ModeMode=播Mode=Mode=播Mode=播Mode=播4.100000x.MP3语音模块I/O引脚初始化：voidvoice_init(void)；而语音程序设计采Cswitch和case5本文系统选材与环境的影响主要分为环境对本系统的影响和本系统可能会对环境造成的影响。环境对本系统的影响主要考虑气候因素、机械因素和电磁干扰等等。气候因素包括温度、湿度、气压、日光照射强度、盐雾和霉菌灰尘等。机械因素意味着产品在和使用过程中将各种类型的机械作用。这些机械效应包括机器部件使用时产生的磨损，这是设备不可避免的的特性，会缩短机器的使用年限在和使用过程中可能会承受来自周围的机械外力主要包括冲击、碰撞、离心加速度、振动、等，会造成机器的永久性损坏。电磁干扰是指，除了准备接收的信号外，其他电磁波都是干扰。干扰来源既来自设备内部也来自外部。本系统合理选择实验耗材，电子产品的开发必须充分考虑环境质量，减少原材料的生产使用有害物质采用模块化设计这样能达到易维修易升级的效果。本系统采用直接供电方式，没有设置储能元器件，减少了电池中的有害物质对环境造成污染。系统设计对社会可持续发展的影在设计过程中，本系统注重安全性，选材方面保持谨慎态度，尽量避开有降低电子产品淘汰更换频率，使资源得到节约。资源是有限的，为了保护人们注重生态性，合理利用能源，使人类生存发展的空间就变得更加理想，有利于系统的经济效益分气体实时显示与功能。本设计采用了MSP430F149单片机作为系统的控制，围绕MSP430F149设计一套监测系统，可以安装在车上，实现对关灵活的调整。选择主控时，可以参考的有飞思系列K60和MSP430F149，经过对比之后我选择了MSP430F149。本系统在软件编程时也需要根据实际情况做出选择用到A/D转分配。本系统软件设计采用模块化编程，根据程序需要，设计main函数，在main函数里首先进行时钟初始化、定时器初始化以及各个模块的初始化，在定动化。这大学四年里我掌握了C/C++Keil、IAR开发环境对飞思、32等单片机进行编程，学会了使用AltiumDesigner设计原理图和PCBMultisim电路仿真，能够使用示波器、万用表、信号发生器等工具进行硬件调试，熟悉编程以及仿真。我是一个热我还要感谢我的、我的室友们，北方的冬天很冷，但人心很暖，在这里带给我温暖维系着那份家的融洽我们更像是相亲相爱的一家人四年前，我沉重的行囊来到学校，会想起那一幕一切仿佛就在昨天。这四年的求学生涯，我们没有吵过架、没有发生过不愉快的事情，我们一起团建，一起聚餐。今后大家就难得再聚在一起了，各奔前程，大家珍重。[1]康团结.多传感器数据处理的列车环境监测系统[D].西南交通大学[2].基于Zigbee的空气质量检测系统的设计与实现[D].吉林大学[3].酿酒系统的设计与实现[D].电子科技大学[4].基于STM32的汽车室内空气污染物监测系统设计[D].纺织大学[5].车内环境PM2.5检测与净化应用研究[D].吉林大学[6].GPRS的供暖系统设计研究[J].微型电脑应用,2020,36(12):79-[7].温室智能控制中多传感器信息融合算法的研究[D].西安科技大学[8]何勉.基于物联网的温室环境系统设计[J].陕西理工大学学报(自然科学[9].基于ARM11的温室环境参数自动调控系统的设计与实现[D].重庆三峡学[10].汽