汽車內部甲醛檢測與控制系統設計

劉 歡，劉 康

（安康學院 電子與信息工程學院，陜西 安康 725000）

0 引 言

近年來，隨著國民物質和生活水平的不斷改善和提高，購買汽車的人越來越多。與此同時，人們對于汽車健康環保的問題也愈加重視。眾所周知，汽車內部由車頂氈、座椅表皮、儀表盤涂層塑料以及其他裝飾物構成，經高溫暴曬后，車體內部會不時地散發出一股難聞的塑料金屬味，其主要成分為甲醛。甲醛是一種原生的化學毒物，對人體健康具有直接的危害，其具有長期性、隱蔽性和潛伏性等特點。目前，車內甲醛檢測主要以手持式檢測裝置為主，需要長期暴露于高溫和甲醛含量未知的車內環境，存在潛在的健康隱患。同時，手持式檢測裝置含量檢測不準確、使用不便捷、難以實時檢測車體內甲醛含量，無法及時預警并采取措施降低甲醛濃度。

針對此問題，本系統結合單片機控制技術和無線通信技術，設計了一款汽車內部甲醛檢測與控制系統，具備車內甲醛含量和溫濕度實時檢測、濃度超標語音提醒、遠程控制車內通風換氣等功能，避免甲醛濃度過高對人體造成危害，保障車輛使用者的身體健康。

1 系統總體設計

系統采用高靈敏度電化學甲醛傳感器和溫濕度傳感器對車內甲醛和溫濕度進行檢測，以STM32F103為系統控制核心，對傳感器數據進行處理，輸出至OLED顯示當前車內甲醛濃度和溫濕度等信息。可使用按鍵設置甲醛濃度閾值，進行語音提醒，同時通過WiFi模塊將預警數據上傳至OneNET云平臺，遠程控制車內通風換氣模塊開啟/關閉，降低車內甲醛濃度。

系統分為STM32F103主控模塊、甲醛濃度傳感器和溫濕度傳感器、電源模塊、按鍵控制模塊、OLED顯示模塊、WT588D語音模塊和通風換氣共7個模塊，結構如圖1所示。

圖1 系統結構

2 硬件設計

2.1 STM32核心板

STM32是一種基于ARM Cortex-M3內核的32位應用程序集微控制器。其具有可靠的高性能、低功耗電源，創新的內核以及外設等超前的產品設計體系和技術核心結構，廣泛應用于小型設備。系統采用STM32F103作為主控模塊，對數據進行分析處理并發出控制指令。

2.2 ZE08-CH2O甲醛模組

ZE08-CHO是一種基于小型分子氣體的電化學通用模組，利用電化學反應原理對空氣中廣泛存在的微量氣體—甲醛進行探測。該模組具有高穩定性、高靈敏度和高分辨率等特點，主要應用于新風換氣系統和便攜式設備。甲醛模組主要技術指標見表1所列。

表1 甲醛模組技術指標

2.3 DHT11溫濕度模塊

DHT11是用于數字數據采集和自動化溫濕度檢測的自動測量傳感器，其由一個數字電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件組成，具有很好的測量可靠性和卓越的長期運行穩定性。采用多種單線制串行接口，系統集成簡單快捷，連接方便。DHT11主要技術指標見表2所列。

表2 DHT11技術指標

2.4 按鍵模塊

按鍵分為返回鍵及增、減、確認鍵，通過按鍵的增、減來設置甲醛濃度和溫濕度的閾值，設置完成后按下“確認”鍵表示設置成功，按下“返回”鍵將會返回到濃度顯示界面。

2.5 OLED顯示模塊

OLED顯示屏采用非常薄的有機玻璃材料制成涂層和有機玻璃基板，具有控制屏幕視角大小、功耗低、反應速度快和色彩對比度高等優點，適用于各種小型系統。系統采用1.3寸4針IC接口的OLED顯示屏，用于顯示甲醛濃度和溫濕度數據。

2.6 WT588D語音模塊

WT588D是一款具有單片機內核的高速可編程語音輸入芯片，支持PWM/DAC兩種語音輸出方式，且同時支持插入靜音模式和多種控制模式。該模塊具有聲音抗干擾能力強、輸出音質好、音頻采樣率高等特點，可廣泛應用于提醒器、智能家電等領域。

2.7 ESP8266串口WiFi模塊

ESP8266是一款具有先進技術和高性能的UART-WiFi模塊，支持STA/AP/STA+AP三種工作模式，采用串口與MCU通信，內置TCP/IP協議棧，能夠直接實現串口與WiFi間的數據轉換，具有數據傳輸速率快、能耗低和數據集成度高等優點，應用廣泛。

2.8 OneNET云平臺

OneNET是一款高效、穩定、安全的移動物聯網應用開放平臺，可輕松實現各種移動傳感器和硬件通信設備的快速接入，支持移動網絡應用環境和協議應用類型。該云平臺具有低時延、高并發、高可用的特點，主要應用于智能家居、車聯網等商業領域。

3 軟件設計

3.1 程序結構設計

軟件設計主要分為人機交互功能模塊和數據處理功能模塊。人機交互模塊主要通過用戶輸入指令信號來自動實現所需功能。數據處理模塊主要實現溫濕度、甲醛濃度的檢測與顯示功能。通過傳感器不斷采集數據，同時對這些數據進行處理、修正和補償，最終在OLED屏幕上進行顯示。程序結構設計如圖2所示。

圖2 程序結構設計

3.2 程序流程設計

系統上電后，首先對系統的各功能模塊進行初始化，設置標志位和定時器。其次，讀取溫濕度和甲醛濃度對應的模擬電流電壓等電信號參數值，將模擬數據進行A/D轉換和數據采集。最后，通過按鍵設置濃度閾值，若濃度超標，則語音提醒，同時將數據上傳至云平臺。程序流程設計如圖3所示。

圖3 程序流程

4 測試結果

4.1 顯示測試

在數據傳輸測試過程中，將甲醛系統放置到汽車中，可以準確檢測到當前車內甲醛的濃度以及溫濕度信息，并將信息在OLED屏幕上顯示，實現數據的本地化展示。OLED顯示結果如圖4所示。

圖4 OLED顯示結果

4.2 云平臺測試

在數據實時展示中，通過WiFi模塊將數據成功發送至OneNET云平臺，并在云平臺上實時查看更新的數據，借助手機發送指令遠程控制汽車換氣，及時降低車內甲醛濃度。OneNET測試結果如圖5所示。

圖5 OneNET測試結果

5 結 語

本設計經過電路圖設計、PCB板制作和實物焊接，最終完成了系統軟件和硬件的測試。系統能以較高的精度實時檢測甲醛濃度，從而遠程控制車內通風換氣，滿足汽車內部甲醛檢測與系統控制的基本需求。