一种汽车内部智能环境检测系统的设计与实现

徐海铭　谢锦涛

【摘 要】提出一种能够对汽车内部环境进行检测的智能化系统，该系统通过传感器，采集车内温度、湿度、二氧化碳浓度，并对人体舒适度进行评价，进而控制相应的智能电机系统对车窗等进行智能控制。系统在实验平台进行测试和验证，效果良好。

【关键词】汽车;环境检测;智能化

中图分类号： U463.6文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）27-0023-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.27.010

【Abstract】This paper puts forward an intelligent system which can detect the internal environment of automobile. The system collects the temperature， humidity and carbon dioxide concentration of automobile through sensors， and evaluates the comfort level of human body， and then controls the corresponding intelligent motor system to control the window intelligently. The system is tested and verified on the experimental platform， and it works very well.

【Key words】Automobile; Environment detection; Intelligent

0 引言

随着汽车的智能化发展，内部环境检测成为汽车的设计关注的热点之一，但是当前的汽车多数没有提供合理、便捷、智能的内部环境检测方案。本文从实际出发，提出一种基于单片机设计的汽车内部智能环境检测系统，系统通过温湿度传感器、二氧化碳传感器实现对信息的采集，最终通过单片机实现车载界面告警显示以及电机控制。系统在实验平台中测试正常，有较好的应用性能。

1 整体设计

系统主要分为控制模块、检测模块和处理模块。为了提高开发效率和节省成本，此处采用STC89C51单片机作为中心数据控制器，采用11.0592MHZ晶振工作，并通过车载电源5V直流电供电。温度传感器采用PT100热电阻采集模块，其可通过隔离的485通讯接口与RS-485局域控制网组网连接，RS-485最多可以允许32个PT100热电阻采集模块挂在同一总线上，这提供了传感器多点部署提高温度可信度的实现方式。PT100工作温度可以在工业级的-40°C-85°C，满足设计的需要。二氧化碳传感器则采用MG811，该传感器对二氧化碳有很好的灵敏度和选择性，能适应不同环境下的数据采集。为了实现智能化，系统采用28BYJ-48实现对汽车车窗的控制。28BYJ-48是一种8拍驱动、步距角5.625°的可控电机，供电电源也采用直流5V电源，可以采用ULN2003作为驱动。处理模块则需要将前序两个模块的处理结果反馈给电机进行控制，同时实现在车载屏幕上的多样显示。为了提高显示性能和稳定性，系统通过STM32F439结合嵌入式实时操作系统uC/OS-II。uC/OS-II可以实现多线程多任务同时处理，同时具有可以忽略不计的中断停用时间，切换任务快速的性能可以满足汽车车载互联网平台底层对实时性的要求。

1.1 控制模块设计

单片机主要处理分为三个部分，一是采集温湿度数据，二是控制电机进行车窗的联动控制，三是进行数据传输和显示。28BYJ-48两相四线步进电机以8拍方式工作，则每个脉冲旋转0.9°，即每旋转一圈需要400个脉冲信号来励磁。步进电机的正、反转由励磁脉冲产生的顺序来控制。电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，单片机根据采集结果分析后给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。接通电源后如果驱动器灯亮，但是无法控制电机旋转，可以考虑控制部分驱动能力不足或者驱动器所设置的驱动电流不够。在实验开发板（L298N）中逻辑输入IN1～IN4分别与单片机的控制引脚相连，输出A和输出B（OUT1～OUT4）分别与电机的A、-A、B、-B相连。而针对信息处理传输模块，为了提高系统的稳定性，系统采用蓝牙传输。HC-05 蓝牙串口主从一体 AT是当前比较常见的蓝牙通信处理模块，其提供了成熟的AT命令，可以节省开发成本提高开发效率。HC-05只支持一种串口数据格式（数据位8 位，停止位1 位，无校验位，无流控制），在单片机串口设置完毕后，按住按键或EN脚拉高，此时发现板件上红灯快闪，该模块处于待命可通讯状态。

1.2 检测模块设计

按照2012年实施的《乘用车内空气质量评价指南》和结合实际车载环境系统将二氧化碳的阈值设置为0.1%。在与单片机的电路设计中，系统实现TTL电平信号，当TTL输出为低电平时表示此时浓度超标，输出相应的红色指示灯，并将数据传输给单片机。在数据的处理上，系统模拟电压范围为0-2V，浓度越低电压越高，当环境情况发生变化时，系统将输出电压信号变化并将变化量转换为对应电压输出变化量。就传感器的指标而言，二氧化碳气体的测试浓度范围可以到10000×10-6。单片机的DOUT输出数字信号直接与传感器相连，浓度变大则输出低电平，单片机将其处理后控制电机进行下一步操作。设计的电路如图1所示。

1.3 处理模块

处理模块主要处理来自单片机处理完后的消息将其分析处理后显示在车载嵌入式系统中，并带动其他智能化装置（上述车窗控制是其中之一），篇幅关系，此处仅探讨车载嵌入式系统的显示。系统采用多线程处理设计，实时显示相应环境指标的动态流程图。此处的多线程主要分为接收消息线程、分析处理线程以及控制线程。接收消息线程将通过设置数据池，收到的数据信息将被放在数据池中，并设置统一标志位。如果该标志位为1则表示该数据尚未处理，如果置为0则表示该数据已被处理。控制线程在处理上将分配独立于其它的线程处理并将其设计为最高等级，以保证系统的整体运行稳定，其接收来自主线程的调配命令以及监控其他線程的运作情况，根据需要发送消息给接收消息线程进行消息的主动索取。分析处理线程则需要占用较长的时间片，以保证用户人机界面操作的流畅。

在此过程，系统必须对人体舒适度进行量化处理，参考相关文献此处将其定义为如下：温度（夏季24-28;冬季18-22;单位：°C）;湿度（40-70;单位：%）;二氧化碳≤0.15。

系统将根据采集到的信息进行加权评估，简单估计人体舒适度并通过1-10的等级量化。

为了对接收的环境数据进行绘图显示，系统定义了具有多属性的环境数据类，该类的属性包括温度、湿度、二氧化碳浓度、人体舒适度等。当收到新的数据时，系统将形成一个具体的类对象，并加入到程序设计的列表中。另一方面，显示模块将遍历程序设计列表，读取每个列表元素，并将其逐一绘制显示。实现上可以通过C++Builder自带的画图控件Tchart实现曲线绘制。

2 结束语

本文设计了一种汽车内部智能环境检测系统，该系统通过多种传感器采集接收数据，并通过单片机作为下位机统一处理接收，设计通过蓝牙串口模块实现单片机与车载操作嵌入式系统的互联。最终通过嵌入式系统的图形绘制以及电机驱动车窗等实现对车内环境的智能检测与控制。系统实现简单，并在实验平台上进行验证，为相关研究抛砖引玉。

【参考文献】

[1]曾培彬.基于多线程的温湿度集中监控设计[J].计算机系统应用，2013（02）.

[2]徐京莲，韩峻峰，童启武，杨叙.智能传感器在汽车上的应用[J].传感器与微系统，2009（08）.

[3]陈文辉，罗文广，杨叙.基于蓝牙技术的振动测量仪设计[J].实验技术与管理，2010（11）.

[4]黄继文.某轻型客车室内流场与热舒适性研究[D].厦门理工学院，2016.

[5]曾培彬，黄丹坤.基于键盘扫描算法的多路断电报警系统设计[J].现代电子技术，2012（10）.