基于STC89C52的車內環境監測系統設計

吳凡，李曉宇，劉毅，王敬怡，靳小煊

基于STC89C52的車內環境監測系統設計

吳凡，李曉宇，劉毅，王敬怡，靳小煊

（天津職業技術師范大學，天津 300222）

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。

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。基于上述理由，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。

圖1 溫濕度檢測電路

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。

圖2 煙霧檢測電路

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。

圖3 甲醛檢測電路

2.1.4 PM2.5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。

圖4 PM2.5 檢測電路

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。

圖5 單片機系統電路圖

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。

圖6 主流程圖

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。

圖7 系統總體設計原理圖

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。

4.4 PM2.5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。

圖8 系統總體PCB圖

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。

[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.

Design of vehicle interior environment monitoring system based on STC89C52

Wu Fan, Li Xiaoyu, Liu Yi, Wang Jingyi, Jin Xiaoxuan

（Tianjin Vocational and Technical Normal University, Tianjin 300222）

A lot of harmful gases are produced in the course of driving, and harmful gases will enter the car. When harmful gases accumulate to a certain amount, they will be harmful to the health of the people in the car. In view of this phenomenon, our team designed a set of intelligent vehicle interior environment monitoring system based on STC89C52 processor. The system can collect real-time data of temperature and humidity, pm2.5, formaldehyde and smoke in the vehicle, display the value through LCD display screen, and the buzzer with excessive content will alarm, so that the driver can control the windows and air conditioning according to the current car environment.

STC89C52 MCU; DHT11 temperature and humidity sensor; MQ-2 smoke sensor; PM2.5sensor; formal -dehyde sensor

U473.9

A

1671-7988(2019)14-73-03

U473.9

A

1671-7988(2019)14-73-03

吳凡，就讀于天津職業技術師范大學。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.14.023