基于單片機的車內環境優化系統設計與實現

董興，李仕林，陳亞光

（遼寧科技學院電氣與信息工程學院，遼寧本溪，117000）

0 引言

科技的進步和經濟的發展，使人們的物質生活越來越豐富。轉眼間，汽車已成為人們生活中必不可少的代步工具。為了避免粗心車主將幼童遺留車內，同時也為了給車主提供健康舒適的乘車空間，設計一個車內環境優化系統解決人們的實際問題。

圖1 系統框圖

1 系統組成

車內環境優化系統以STC89C52RC單片機為控制單元，檢測車內是否有人、車內的溫度及環境氣體成分。系統框圖如圖1所示，主要包括溫度采集模塊、空氣質量采集模塊、通信模塊、液晶顯示模塊等。

系統利用人體紅外感應模塊檢測車內是否有人，利用溫度傳感器采集車內的溫度，利用空氣質量檢測模塊采集車內空氣質量參數。當車內出現異常情況時，通過單片機控制GSM通信模塊發送報警信息，并可以利用物聯網模塊通過手機APP控制繼電器控制空氣凈化器對車內空氣進行凈化。

2 系統硬件設計與實現

硬件設計時，將Proteus仿真軟件結合KEIL軟件進行聯合仿真調試，對部分電路進行仿真，實現了預期結果。部分硬件電路仿真圖如圖2所示，包括單片機最小系統、液晶顯示、溫度檢測、空氣質量檢測、按鍵等。

■2.1 檢測是否有人的設計與實現

車門落鎖后，利用人體紅外感應模塊HC-SR501檢測車內是否有人，接在單片機P3.2口，如圖2所示。人體紅外感應模塊HC-SR501采用德國原裝進口探頭設計，通電后有一分鐘左右的初始化時間，具有感應封鎖時間短，靈敏度高，可靠性強，超低電壓工作模式。該模塊工作電壓范圍寬，直流電壓4.5 V ～20V，靜態工作電流小于50μA。檢測時，人進入其感應范圍則輸出高電平，人離開感應范圍則自動延時關閉高電平，輸出低電平。使用該模塊時應盡量避免燈光等干擾源近距離直射模塊表面的透鏡，以免引進干擾信號產生誤動作；使用環境要盡量避免流動的風，風也會對模塊工作造成干擾。

■2.2 檢測溫度的設計與實現

采用溫度傳感器DS18B20進行實時溫度檢測，接在單片機P3.3口，如圖2所示。溫度傳感器DS18B20將半導體溫敏器件、A/D 轉化器、存儲器等做在一個集成電路芯片上，屬于一款單總線數字溫度傳感器，傳感器直接輸出的就是溫度信號數字值，具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強等優點。系統溫度檢測后通過液晶顯示屏LCD1602顯示。LCD1602顯示屏采用16腳接口，液晶顯示2行字符，分4位和8位數據傳輸方式，邏輯工作電壓4.5～5.5V。調試結果如圖3左側所示，第一行Set是溫度限值，第二行Temp是實時溫度。溫度超過限值時可以通過GSM模塊報警。系統設計了修改溫度限值的按鍵，可以根據季節或實際環境不同來通過按鍵修改溫度限值。

圖3 液晶顯示

■2.3 檢測空氣質量的設計與實現

車內空氣質量檢測采用空氣質量模塊ZP01，該模塊中先進的片式厚膜半導體氣敏元件對甲醛、苯、一氧化碳、氨氣、氫氣、酒精、香煙煙霧等有機揮發氣體具有極高的靈敏度，初次上電使用需要預熱5分鐘以上。空氣質量模塊ZP01有四個引腳，其中GND為輸入電源負極，5V為輸入電源正極，A、B為輸出信號。根據輸出信號的電壓不同，空氣質量模塊ZP01污染等級分為0～3級，數字越大，污染越嚴重。

硬件設計中，空氣質量模塊接在單片機P1.0口和1.1口，如圖2所示，用2個LED燈模擬輸出，空氣質量數據通過液晶顯示屏LCD1602顯示。硬件調試結果如圖3右側所示，第二行顯示污染信號等級為1級。空氣質量模塊使用時尤其注意電壓不能超過5.5V，否則會導致模塊不可逆轉的損壞。

■2.4 通信模塊設計與實現

系統通信部分包括GSM模塊和手機APP。

當車內出現異常情況時，可以通過GSM模塊SIM900A給車主發短信或打電話報警，發短信報警如圖4所示。使用模塊SIM900A時，首先要檢測模塊是否注冊到網絡，是否讀到SIM卡，該模塊供電電壓需要5V，電流至少需要1.5A；待機電流在40mA左右，可以進行低功耗設置，休眠狀態時電流在10mA左右。調試中發現需要單獨單元供電時，數據傳輸比較穩定，但要注意與系統共地問題。

圖4 短信報警

車內空氣污染嚴重報警時，車主可以通過手機APP控制繼電器開啟空氣凈化器對車內空氣進行凈化，如圖5所示，這部分功能通過物聯網模塊跨陣M4實現。物聯網模塊跨陣M4輸入電壓選擇5V，工作功率小于0.5W。它帶有一個繼電器，可以通過手機進行遠程控制，只需連入可訪問外網的WIFI，即手機無需和跨陣M4處于同一個WIFI環境下。在手機上控制相應按鈕，控制繼電器閉合和斷開，繼電器輸出電壓5V，可以控制空氣凈化器工作。

圖5 手機APP控制界面

3 系統軟件設計與實現

系統軟件設計主要包括人體紅外感應、液晶顯示、溫度檢測、空氣質量檢測和GSM通信等。與單片機相關的軟件采用C語言進行編程，GSM通信部分采用AT指令。系統上電后，循環檢測人體紅外感應模塊、溫度傳感器及空氣質量，當出現異常情況后，系統報警；否則繼續檢測，系統主程序流程圖如圖6所示。

圖6 流程圖

4 結束語

通過系統調試，車內環境優化系統可以檢測是否有人，解決幼兒遺留車內問題；實時溫度檢測，當溫度超限時，系統會發送報警信息提醒車主調節車內溫度；檢測車內空氣質量，超限后通過手機APP控制繼電器開啟空氣凈化器凈化空氣，減少因環境空氣問題給車內人員造成不適。系統體積小，測量準確，性價比較高，具有一定的推廣使用價值。