基于STC89C52的车内环境监测系统设计

吴凡，李晓宇，刘毅，王敬怡，靳小煊

基于STC89C52的车内环境监测系统设计

吴凡，李晓宇，刘毅，王敬怡，靳小煊

（天津职业技术师范大学，天津 300222）

汽车行驶过程中，产生大量有害气体，有害气体会进入车内。当有害气体积累到一定量时，将会对车内人员的身体健康有害。我们团队针对这种现象，设计了一套以STC89C52处理器为核心的智能车内环境监测系统。此系统能够实时收集车内温湿度、pm2.5、甲醛、烟雾的数据，通过LCD显示屏显示数值，含量超标蜂鸣器会进行报警，以便驾驶员根据当前车内环境对车窗、空调进行控制。

STC89C52单片机；DHT11温湿度传感器；MQ-2烟雾传感器；PM2.5传感器；甲醛传感器

前言

随着时代的发展及社会的进步，汽车已经成为人们日常出行的交通工具。它在为人类生活提供了便捷，但它也给人们的身体健康带来一些危害。在汽车在行驶时会产生CO、NO、甲醛等有害气体，这些有害气体一旦进入车内，积累到一定浓度时，将会使车内人员出现呼吸困难或头晕等症状；车内的空气质量会随车内温度升高而变差，这将严重影响车内人员的健康。基于上述理由，我们团队设计了智能车内环境监测系统，当车内温度过高，甲醛、PM2.5、烟雾超出设定上限时，蜂鸣器能够进行报警，提醒人们及时开窗或开空调，降低车内有害气体的含量，改善驾驶环境。

1 系统总计设计

系统总体设计由数据采集部分和传输显示部分组成，本系统采用STC89C52微处理器作为主控制器，采用DHT11温湿度传感器、MQ-2烟雾传感器、PM2.5传感器、甲醛传感器构成数据采集部分，实时采集当前环境参数。采用LCD显示屏组成传输显示部分，将采集到的数据即时显示。

2 系统硬件组成

2.1 数据采集部分

2.1.1温湿度检测模块

本设计采用DHT11型温湿度传感器，它含有已校准数字信号，能输出的温湿度数据。它采用数字模块采集技术和温湿度传感技术，它具有很高的可靠性与卓越的稳定性。传感器包括一个电阻式感应元件和一个NTC测温元件，检测电路如图1所示。它响应快、抗干扰能力强、价格实惠。它采用单线制串行接口，系统集成十分简易。功耗低，体积小，信号传输距离较远。传感器是4针引脚封装，连接方便。电源电压为5V，数据采集引脚接10k电阻。

图1 温湿度检测电路

2.1.2烟雾检测模块

本设计采用MQ-2烟雾传感器，用直流5V工作电压供电，检测电路如图2所示。它具有模拟量输出及TTL电平输出，是双路信号输出。当输出信号为低电平时，信号灯亮，可直接接单片机。模拟量输出0-5V电压，浓度越高电压越高。传感器对烟雾等有害气体有较好的灵敏度，使用寿命长，稳定性高，响应十分快速。我们设计的系统采用集成运算放大器对信号进行放大，达到方便测量的目的。采用LM393芯片使输出负载电阻能接在可允许电源电压范围的任何电源电压，不受Vcc端电压值的影响。

图2 烟雾检测电路

2.1.3甲醛检测模块

本设计采用ZE08-CH2O传感器，此传感器是原电池型电化学传感器，检测电路如图3所示。CH2O和O2在工作电极上发生氧化还原反应，反应释放电荷形成电流，产生的电流大小与CH2O的浓度成正比，反应遵循法拉第定律，通过测试电流的大小可判定CH2O浓度的高低。工作电压为5V，采用RXD、TXD串口通讯，接100欧电阻。

图3 甲醛检测电路

2.1.4 PM2.5检测模块

本设计采用夏普PM2.5粉灰尘传感器检测模块，传感器可以感应空气中的尘埃，检测电路如图4所示。传感器内部有红外线发光二极管、光电晶体管，它能够探测空气中的尘埃反射光，通过检测灰尘折射过后的光线来判断灰尘的含量。该传感器输出的值与粉尘浓度成正比，通过STC89C52单片机进行采集数据，运用算法计算出粉尘浓度，达到测量PM2.5的含量的目的。工作电压为5V，LED引脚接220uf的电容。

图4 PM2.5 检测电路

2.2 芯片部分

STC89C52是STC公司生产的微控制器，功耗低，稳定性好，使用经典的MCS-51内核，系统电路图如图5所示。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU，在系统中可编程Flash，可以为嵌入式控制应用系统提供灵活度高、十分有效的解决方案。

图5 单片机系统电路图

3 系统软件设计

车内环境监测系统采用C语言进行编程，主流程如图6所示。打开开关，系统首先进行初始化，接着从端口读取各传感器测量的数值。单片机将数值传输给LCD屏进行显示，同时单片机对测得的值进行比较。如果测量值大于标准值，对人的身体健康造成威胁，蜂鸣器启动进行报警，驾驶员可根据显示情况对空调、车窗进行控制。

图6 主流程图

4 系统测试

4.1 温湿度模块检测

通过温湿度计测量正常室内温度18.5℃，相对湿度是64.4%，当给温湿度传感器添加热源后，温度上升为23.7℃，当给温湿度传感器周围放置加湿器后，相对湿度上升到88.8%，表明温湿度传感器性能良好。

4.2 烟雾模块检测

烟雾传感器输出信号一般比较微弱，所以我们添加了运放电路对其进行放大，并进行滤波、电平的调整，以便单片机对输入信号进行感应。在烟雾传感器周围点燃香烟，当系统检测到烟雾时，信号经过电压比较，输出高电平的数字信号，反之是低电平。在示波器上显示有高低电平的转换，说明烟雾传感器信号检测正常。

图7 系统总体设计原理图

4.3 甲醛模块检测

甲醛传感器是对车内甲醛气体进行检测，甲醛的标准值为0.08mg/m^3，在甲醛传感器周围提供一定浓度的甲醛气体（范围在0.06-0.6mg/m^3），当传感器检测到甲醛气体时，会发出报警声，甲醛浓度越高，报警声音越急促，说明甲醛传感器的检测正常。

4.4 PM2.5模块检测

对PM2.5检测模块进行测试，当室内无烟时液晶显示屏显示PM2.5值为40，在传感器周围扬尘，LCD显示屏显示PM2.5值为250，表明该模块检测灵敏度高，工作正常。

图8 系统总体PCB图

5 结束语

通过测试，此款设备能对车内的温湿度、PM2.5、甲醛、烟雾空气情况进行监测，当参数超标时进行报警，并通过LCD显示屏进行显示，以便驾驶员做出相应的措施，提高车内的空气质量，避免一些危险发生。

[1] 刘小洋.伍民友车联网:物联网在城市交通网络中的应用[J].计算机应用,2012, 32 (4) :900-904.

[2] 刘同法.单片机外围接口电路与工程实践[M].北京:北京航空航天大学出版社,2009:32-38.

[3] 张洪润.传感器应用设计300例(上)[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2008: 158-198.

[4] 戴卫恒.51单片机C语言应用程序设计实例精讲[M].北京电子工业出版社,2006:350-361.

[5] 何小艇.电子系统设计[M].杭州:浙江大学出版社,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

吴凡，就读于天津职业技术师范大学。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.14.023