前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的車內環境監測系統設計研究，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
摘要：汽車行駛過程中，產生大量有害氣體，有害氣體會進入車內。當有害氣體積累到一定量時，將會對車內人員的身體健康有害。我們團隊針對這種現象，設計了一套以STC89C52處理器為核心的智能車內環境監測系統。此系統能夠實時收集車內溫濕度、pm2.5、甲醛、煙霧的數據，通過LCD顯示屏顯示數值，含量超標蜂鳴器會進行報警，以便駕駛員根據當前車內環境對車窗、空調進行控制。
關鍵詞：STC89C52單片機；DHT11溫濕度傳感器；MQ-2煙霧傳感器；PM2.5傳感器；甲醛傳感器
前言
隨著時代的發展及社會的進步，汽車已經成為人們日常出行的交通工具。它在為人類生活提供了便捷，但它也給人們的身體健康帶來一些危害。在汽車在行駛時會產生CO、NO、甲醛等有害氣體，這些有害氣體一旦進入車內，積累到一定濃度時，將會使車內人員出現呼吸困難或頭暈等癥狀；車內的空氣質量會隨車內溫度升高而變差，這將嚴重影響車內人員的健康?；谏鲜隼碛?，我們團隊設計了智能車內環境監測系統，當車內溫度過高，甲醛、PM2.5、煙霧超出設定上限時，蜂鳴器能夠進行報警，提醒人們及時開窗或開空調，降低車內有害氣體的含量，改善駕駛環境。
1系統總計設計
系統總體設計由數據采集部分和傳輸顯示部分組成，本系統采用STC89C52微處理器作為主控制器，采用DHT11溫濕度傳感器、MQ-2煙霧傳感器、PM2.5傳感器、甲醛傳感器構成數據采集部分，實時采集當前環境參數。采用LCD顯示屏組成傳輸顯示部分，將采集到的數據即時顯示。
2系統硬件組成
2.1數據采集部分
2.1.1溫濕度檢測模塊
本設計采用DHT11型溫濕度傳感器，它含有已校準數字信號，能輸出的溫濕度數據。它采用數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，它具有很高的可靠性與卓越的穩定性。傳感器包括一個電阻式感應元件和一個NTC測溫元件，檢測電路如圖1所示。它響應快、抗干擾能力強、價格實惠。它采用單線制串行接口，系統集成十分簡易。功耗低，體積小，信號傳輸距離較遠。傳感器是4針引腳封裝，連接方便。電源電壓為5V，數據采集引腳接10k電阻。
2.1.2煙霧檢測模塊
本設計采用MQ-2煙霧傳感器，用直流5V工作電壓供電，檢測電路如圖2所示。它具有模擬量輸出及TTL電平輸出，是雙路信號輸出。當輸出信號為低電平時，信號燈亮，可直接接單片機。模擬量輸出0-5V電壓，濃度越高電壓越高。傳感器對煙霧等有害氣體有較好的靈敏度，使用壽命長，穩定性高，響應十分快速。我們設計的系統采用集成運算放大器對信號進行放大，達到方便測量的目的。采用LM393芯片使輸出負載電阻能接在可允許電源電壓范圍的任何電源電壓，不受Vcc端電壓值的影響。
2.1.3甲醛檢測模塊
本設計采用ZE08-CH2O傳感器，此傳感器是原電池型電化學傳感器，檢測電路如圖3所示。CH2O和O2在工作電極上發生氧化還原反應，反應釋放電荷形成電流，產生的電流大小與CH2O的濃度成正比，反應遵循法拉第定律，通過測試電流的大小可判定CH2O濃度的高低。工作電壓為5V，采用RXD、TXD串口通訊，接100歐電阻。
2.1.4PM2.5檢測模塊
本設計采用夏普PM2.5粉灰塵傳感器檢測模塊，傳感器可以感應空氣中的塵埃，檢測電路如圖4所示。傳感器內部有紅外線發光二極管、光電晶體管，它能夠探測空氣中的塵埃反射光，通過檢測灰塵折射過后的光線來判斷灰塵的含量。該傳感器輸出的值與粉塵濃度成正比，通過STC89C52單片機進行采集數據，運用算法計算出粉塵濃度，達到測量PM2.5的含量的目的。工作電壓為5V，LED引腳接220uf的電容。
2.2芯片部分
STC89C52是STC公司生產的微控制器，功耗低，穩定性好，使用經典的MCS-51內核，系統電路圖如圖5所示。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU，在系統中可編程Flash，可以為嵌入式控制應用系統提供靈活度高、十分有效的解決方案。
3系統軟件設計
車內環境監測系統采用C語言進行編程，主流程如圖6所示。打開開關，系統首先進行初始化，接著從端口讀取各傳感器測量的數值。單片機將數值傳輸給LCD屏進行顯示，同時單片機對測得的值進行比較。如果測量值大于標準值，對人的身體健康造成威脅，蜂鳴器啟動進行報警，駕駛員可根據顯示情況對空調、車窗進行控制。
4系統測試
4.1溫濕度模塊檢測
通過溫濕度計測量正常室內溫度18.5℃，相對濕度是64.4%，當給溫濕度傳感器添加熱源后，溫度上升為23.7℃，當給溫濕度傳感器周圍放置加濕器后，相對濕度上升到88.8%，表明溫濕度傳感器性能良好。
4.2煙霧模塊檢測
煙霧傳感器輸出信號一般比較微弱，所以我們添加了運放電路對其進行放大，并進行濾波、電平的調整，以便單片機對輸入信號進行感應。在煙霧傳感器周圍點燃香煙，當系統檢測到煙霧時，信號經過電壓比較，輸出高電平的數字信號，反之是低電平。在示波器上顯示有高低電平的轉換，說明煙霧傳感器信號檢測正常。
4.3甲醛模塊檢測
甲醛傳感器是對車內甲醛氣體進行檢測，甲醛的標準值為0.08mg/m^3，在甲醛傳感器周圍提供一定濃度的甲醛氣體（范圍在0.06-0.6mg/m^3），當傳感器檢測到甲醛氣體時，會發出報警聲，甲醛濃度越高，報警聲音越急促，說明甲醛傳感器的檢測正常。
4.4PM2.5模塊檢測
對PM2.5檢測模塊進行測試，當室內無煙時液晶顯示屏顯示PM2.5值為40，在傳感器周圍揚塵，LCD顯示屏顯示PM2.5值為250，表明該模塊檢測靈敏度高，工作正常。
5結束語
通過測試，此款設備能對車內的溫濕度、PM2.5、甲醛、煙霧空氣情況進行監測，當參數超標時進行報警，并通過LCD顯示屏進行顯示，以便駕駛員做出相應的措施，提高車內的空氣質量，避免一些危險發生。
參考文獻
[1]劉小洋.伍民友車聯網:物聯網在城市交通網絡中的應用[J].計算機應用,2012,32(4):900-904.
[2]劉同法.單片機外圍接口電路與工程實踐[M].北京:北京航空航天大學出版社,2009:32-38.
[3]張洪潤.傳感器應用設計300例(上)[M].北京:北京航空航天大學出版社,2008:158-198.
[4]戴衛恒.51單片機C語言應用程序設計實例精講[M].北京電子工業出版社,2006:350-361.
[5]何小艇.電子系統設計[M].杭州:浙江大學出版社,2008:107-129.
作者:吳凡 李曉宇 劉毅 王敬怡 靳小煊 單位:天津職業技術師范大學