轿车车内环境监测与预警系统设计(附件)【字数：10564】
摘 要随着社会经济的快速发展，车辆出行逐渐成为人们出行最喜爱的一种方式。轿车在带来诸多便利的同时，也带来了新的安全隐患，为了健康，我们必须关心汽车里面的空气污染问题。这篇文章主要是为了帮助社会中的一些弱势群体，为保护他们不再遭受车内窒息这一隐患，当系统发现车内环境污染严重，危及到人的生命时，能够采取相应的措施，比如打开轿车天窗、发短信息通知轿车车主，以及发出警报来保护轿车车内人员。本文在研究国内外已有研究的前提下，分析其优缺点，对不够完善的地方提出优化方案，设计本系统功能，然后对本系统所需硬件设备进行选型，分析其优点和工作原理，设计系统整体电路和外部电路，接着设计各部分软件，并分别进行测试，使其能够满足系统要求，最后，先分别测试各模块与控制部分的功能，再对系统整体功能进行测试，对本系统的软件设计进行进一步修改和完善；同时对本课题还需完善的地方和这种类型研究还有待优化的地方进行总结。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.1.1研究背景 1
1.1.2研究目的 1
1.1.3研究意义 1
1.2国内外研究现状 2
1.2.1国外研究现状 2
1.2.2国内研究现状 2
1.3存在问题及解决思路 3
1.3.1现有研究存在的问题 3
1.3.2解决思路 3
1.4课题主要研究内容 3
1.5技术路线 4
第二章 系统各模块硬件设计 5
2.1系统总体功能 5
2.2系统整体电路设计 5
2.3传感器的选型 6
2.4GSM模块选型 9
2.5本章小结 10
第三章 系统各模块软件设计 11
3.1系统软件结构设计 11
3.2温度传感器信号采集 12
3.3二氧化碳传感器信号采集 13
3.4人体探测模块信号采集 14
3.5GSM模块软件设计 14
3. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
6系统主程序设计 16
3.7本章小结 17
第四章 系统测试方案与结果 19
4.1温度传感器测试 19
4.2二氧化碳传感器测试 19
4.3人体探测模块测试 21
4.4GSM模块测试 21
4.5系统整体功能测试 22
4.6本章小结 23
结束语 24
致谢 25
参考文献 26
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
1.1.1研究背景
人们生活水平在逐渐提高的同时，汽车在我国已经很普及，成为我国一种极为重要的代步工具。随之而来的问题也层出不穷，近年来，又出现一个新的安全隐患。车内人员在车内窒息身亡，虽然此类现象并不多见，但每一个生命都弥足珍贵，因而这个问题不容忽视。众所周知，夏天若把车停在无遮蔽物的户外，汽车很容易变烤箱，即使打开空调，也要等很长时间车内温度才能降低。高温常常给我们带来过度疲劳，困乏，甚至中暑等症状，相关研究表明长期处于高温环境的人群相比于其他普通人群，身体发生病变的几率要高的多。车内发生窒息的高危人群以年幼的孩子为主，07年有两起儿童被困车中窒息身亡；10年有三起，11年有一起，12年两起，13年两起。这些事故发生在全国各地，保护儿童等弱势群体不发生窒息刻不容缓。
1.1.2研究目的
设计出一个既节能又能在车内环境不安全时及时保护车内人员安全的系统。系统工作原理：通过温度传感器和二氧化碳传感器检测到车内环境不利于人的健康时，本系统会通过人体检测技术立即感应车内有没有人。若没有人则不会启动，若有人，则会启动，通过开天窗通风换气、发短信通知车主及发出警报灯方式保障车内人员安全。
1.1.3研究意义
如果车内有害气体因为某些因素在空气中的占比不断提高，仅仅通过开空调是没有用的。相关研究指出，汽车在启动初期应该尽量少的使用空调，或者直接不使用空调,多开窗使空气保持流通，使有害气体尽快排出轿车内。车主上车后,为了使轿车车内空气与外界空气保持流通，应该第一时间打开车窗。一些车主在车内安装某些空气净化产品，但这类产品只会使车内人员面临更大的生命危险指数，由于其产品散发出的香味，人们无法第一时间感觉到有害气体的味道，而且这些产品无法去除车内有害气体，从而错过第一时间自救的机会。所以当车内环境污染严重时，打开天窗使车内空气与外界空气保持流通是一个极为有效的改善车内环境的措施。
在购置车辆时，一定要购买那些符合国家乘用车内空气质量评价指南的车辆，同时在后期自己购买车内饰品时也要购买合格的正规产品，车内有害气体大部分来源于车内使用的材质和其他装饰品，同时由于燃料挥发或燃烧，也会带来大部分有害气体，而且由于轿车车内空间较为狭窄，呼吸排出的各种代谢物也成为车内环境的一大隐患，在代谢物中，二氧化碳排出的占比量较大。随着二氧化碳浓度的不断升高，当在空气中的占比达到0.5%时，人就会头晕，而且由于轿车车内空间狭窄，二氧化碳在空气中的占比会不断提高。
此类课题的研究目的在于保护社会中的老幼群体，这些人群容易陷入这类危险事故中，且无法在事故发生时自救。同时，轿车车内监测与预警系统对以后轿车的智能化进程也具有同等重要的意义，比如当驾驶员在行驶车辆时，实时监测车内环境并发出提示给驾驶员。
1.2国内外研究现状
1.2.1国外研究现状
在上个世纪八九十时年代，德，美，日，韩等汽车生产大国已经通过环保机构和产销各方的协调，相继制订出相应的标准，特别是对车内各种有害气体的浓度和含量均作出明确限制。HOEHN RALF通过温度和气体压力传感器感测车内空间中的温度和气体压力以及车内存在的生物，当内部条件被确定为危机生命时，通过传感器输出，执行机构被激活，列如门或天窗[1]。 Yangyang Xu阐述为了提高自动门运行的可靠性，采用S7200可编程控制器（PLC），对控制系统硬件进行了描述，介绍了控制系统的工作原理、门位置自动检测和障碍物检测等控制电路的工作过程。结合可编程控制器的工作特点，介绍了如何选择PLC类型来真正解决I/O指令，对系统的工作流程进行了合理的优化。在此基础上，采用结构化编程方法，编制了主程序模块、开门子程序模块和关门子程序模块的程序流程图。对控制系统进行了调试，并采用了控制系统。实际应用表明，该控制系统良好可靠。国外研究对车内是否有人这一关键问题取得不错的成就[2]。
1.2.2国内研究现状
2004年国家环保总局启动了《车内空气污染控制标准》的制定工作。而几乎同时，中国科协工程学会联合室内环境专业委员会也决定在全国范围内开展了“首次中国汽车车内环境污染情况调查行动”。徐荣成，王近中，柯文棋等人通过研究，提出了正常人体至少可以耐受90天的10种污染物质的浓度建议值[3]。刘晓燕在内蒙古科技与经济刊物上发表的文章针对我国第一列车内环境污染案“奥拓车苯中毒案”，分析了汽车内环境污染的来源及危害，提出减少汽车内空气污染的措施，及车内环境污染的控制与治理[4]。孟妮，韩丹公开了一种轿车天窗自动开启的装置，该装置能自动调节天窗的开启，能够根据车内外温度、是否下雨来自动调节，实现对车内温度的调节[5]。徐进伟，张金民，陈春旭公开了一种基于投影装置及雨露检测装置的车内环境监控系统，包括微控制模块以及与微控制模块连接的有害气体检测单元、灰尘检测单元、雨露检测单元、净化单元、投影单元、天窗驱动单元、报警单元与电源模块。该发明结构简单，易于实现；且有效的结合投影技术显示监测数据及根据天气状况控制天窗关闭，实现轿车车内环境温度测量和有害气体浓度实时测控，有效的改善了车内环境[6]。韩洁琼、蔡志阳介绍了该汽车内部环境监测装置的组成，分析各组成部分在装置中的作用及装置运行原理，利用传感器实时监测汽车内的环境数据,并通过微处理器进行分析整合,在显示屏上显示各个传感器的数据,同时微处理器会根据数据进行分析控制,智能的打开或者关闭车窗,同时在车内环境数据异常时,报警器工作提醒用户注意安全驾驶,该实用新型装置实现智能控制,数据可视化,具有很强大的实用性[7]。毛亮、胡健、杨繁庆通过对窒息原因的分析，得出中暑休克以及长时间待在密闭空间造成缺氧导致窒息死亡两大原因，并针对此两大原因提出防窒息方案设计，对装置模块介绍，包括信号处理模块、响应报警模块、系统供电模块。当该系统检测到车内环境不正常时，能及时通知车主，如果车主因为某些因素无法第一时间赶回救援被困人员，该系统能采取打开车窗和发出警报提醒车中被困人员的措施来尽可能的保护车内人员[8]。王绍杰车内环境监测系统采用传感器、现场总线和计算机通信等技术，以湿温度、COX、NOX、SO2、甲醛和酒精为监测对象，一旦检测到车厢环境危害到乘客时，采取相应的解决办法，消除危及。该系统具有一定的可移植性与扩展性[9]。许东明、杨乐、腾开宏、朱陈芳的车内外PM2.5传感信息模块,包括GPS定位信息模块,信息接收存储与处理模块以及预警模块。信息接收存储与处理模块可实时获取由GPS定位信息模块检测并传输来的汽车位置信息以及由车内外PM2.5传感信息模块检测并传输来的车内外PM2.5浓度信息。信息接收存储与处理模块通过对获得的位置和PM2.5浓度信息运算,并决定是否触发预警模块。预警模块被触发后,通过语音和图形提示用户及时打开汽车的内循环或循环功能,从而改善车内环境质量,使用户获得更加舒适的用车体验[10]。王达设计的网络式车内环境数据实时监测系统，以PCB为硬件，4G无线通信为通信方式，并结合Web互联网技术，达到了预期设计的目的 [11]。秦莉、王香莲设计的基于STM32的车内环境监测系统设计，采用一氧化碳传感器和温度传感器对车内温度、湿度、一氧化碳浓度进行实时监测，并判断车内空气环境是否处于正常区间状态，如果出现异常数值，将及时提醒车内人员对车内环境进行及时处理[12]。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.1.1研究背景 1
1.1.2研究目的 1
1.1.3研究意义 1
1.2国内外研究现状 2
1.2.1国外研究现状 2
1.2.2国内研究现状 2
1.3存在问题及解决思路 3
1.3.1现有研究存在的问题 3
1.3.2解决思路 3
1.4课题主要研究内容 3
1.5技术路线 4
第二章 系统各模块硬件设计 5
2.1系统总体功能 5
2.2系统整体电路设计 5
2.3传感器的选型 6
2.4GSM模块选型 9
2.5本章小结 10
第三章 系统各模块软件设计 11
3.1系统软件结构设计 11
3.2温度传感器信号采集 12
3.3二氧化碳传感器信号采集 13
3.4人体探测模块信号采集 14
3.5GSM模块软件设计 14
3. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
6系统主程序设计 16
3.7本章小结 17
第四章 系统测试方案与结果 19
4.1温度传感器测试 19
4.2二氧化碳传感器测试 19
4.3人体探测模块测试 21
4.4GSM模块测试 21
4.5系统整体功能测试 22
4.6本章小结 23
结束语 24
致谢 25
参考文献 26
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
1.1.1研究背景
人们生活水平在逐渐提高的同时，汽车在我国已经很普及，成为我国一种极为重要的代步工具。随之而来的问题也层出不穷，近年来，又出现一个新的安全隐患。车内人员在车内窒息身亡，虽然此类现象并不多见，但每一个生命都弥足珍贵，因而这个问题不容忽视。众所周知，夏天若把车停在无遮蔽物的户外，汽车很容易变烤箱，即使打开空调，也要等很长时间车内温度才能降低。高温常常给我们带来过度疲劳，困乏，甚至中暑等症状，相关研究表明长期处于高温环境的人群相比于其他普通人群，身体发生病变的几率要高的多。车内发生窒息的高危人群以年幼的孩子为主，07年有两起儿童被困车中窒息身亡；10年有三起，11年有一起，12年两起，13年两起。这些事故发生在全国各地，保护儿童等弱势群体不发生窒息刻不容缓。
1.1.2研究目的
设计出一个既节能又能在车内环境不安全时及时保护车内人员安全的系统。系统工作原理：通过温度传感器和二氧化碳传感器检测到车内环境不利于人的健康时，本系统会通过人体检测技术立即感应车内有没有人。若没有人则不会启动，若有人，则会启动，通过开天窗通风换气、发短信通知车主及发出警报灯方式保障车内人员安全。
1.1.3研究意义
如果车内有害气体因为某些因素在空气中的占比不断提高，仅仅通过开空调是没有用的。相关研究指出，汽车在启动初期应该尽量少的使用空调，或者直接不使用空调,多开窗使空气保持流通，使有害气体尽快排出轿车内。车主上车后,为了使轿车车内空气与外界空气保持流通，应该第一时间打开车窗。一些车主在车内安装某些空气净化产品，但这类产品只会使车内人员面临更大的生命危险指数，由于其产品散发出的香味，人们无法第一时间感觉到有害气体的味道，而且这些产品无法去除车内有害气体，从而错过第一时间自救的机会。所以当车内环境污染严重时，打开天窗使车内空气与外界空气保持流通是一个极为有效的改善车内环境的措施。
在购置车辆时，一定要购买那些符合国家乘用车内空气质量评价指南的车辆，同时在后期自己购买车内饰品时也要购买合格的正规产品，车内有害气体大部分来源于车内使用的材质和其他装饰品，同时由于燃料挥发或燃烧，也会带来大部分有害气体，而且由于轿车车内空间较为狭窄，呼吸排出的各种代谢物也成为车内环境的一大隐患，在代谢物中，二氧化碳排出的占比量较大。随着二氧化碳浓度的不断升高，当在空气中的占比达到0.5%时，人就会头晕，而且由于轿车车内空间狭窄，二氧化碳在空气中的占比会不断提高。
此类课题的研究目的在于保护社会中的老幼群体，这些人群容易陷入这类危险事故中，且无法在事故发生时自救。同时，轿车车内监测与预警系统对以后轿车的智能化进程也具有同等重要的意义，比如当驾驶员在行驶车辆时，实时监测车内环境并发出提示给驾驶员。
1.2国内外研究现状
1.2.1国外研究现状
在上个世纪八九十时年代，德，美，日，韩等汽车生产大国已经通过环保机构和产销各方的协调，相继制订出相应的标准，特别是对车内各种有害气体的浓度和含量均作出明确限制。HOEHN RALF通过温度和气体压力传感器感测车内空间中的温度和气体压力以及车内存在的生物，当内部条件被确定为危机生命时，通过传感器输出，执行机构被激活，列如门或天窗[1]。 Yangyang Xu阐述为了提高自动门运行的可靠性，采用S7200可编程控制器（PLC），对控制系统硬件进行了描述，介绍了控制系统的工作原理、门位置自动检测和障碍物检测等控制电路的工作过程。结合可编程控制器的工作特点，介绍了如何选择PLC类型来真正解决I/O指令，对系统的工作流程进行了合理的优化。在此基础上，采用结构化编程方法，编制了主程序模块、开门子程序模块和关门子程序模块的程序流程图。对控制系统进行了调试，并采用了控制系统。实际应用表明，该控制系统良好可靠。国外研究对车内是否有人这一关键问题取得不错的成就[2]。
1.2.2国内研究现状
2004年国家环保总局启动了《车内空气污染控制标准》的制定工作。而几乎同时，中国科协工程学会联合室内环境专业委员会也决定在全国范围内开展了“首次中国汽车车内环境污染情况调查行动”。徐荣成，王近中，柯文棋等人通过研究，提出了正常人体至少可以耐受90天的10种污染物质的浓度建议值[3]。刘晓燕在内蒙古科技与经济刊物上发表的文章针对我国第一列车内环境污染案“奥拓车苯中毒案”，分析了汽车内环境污染的来源及危害，提出减少汽车内空气污染的措施，及车内环境污染的控制与治理[4]。孟妮，韩丹公开了一种轿车天窗自动开启的装置，该装置能自动调节天窗的开启，能够根据车内外温度、是否下雨来自动调节，实现对车内温度的调节[5]。徐进伟，张金民，陈春旭公开了一种基于投影装置及雨露检测装置的车内环境监控系统，包括微控制模块以及与微控制模块连接的有害气体检测单元、灰尘检测单元、雨露检测单元、净化单元、投影单元、天窗驱动单元、报警单元与电源模块。该发明结构简单，易于实现；且有效的结合投影技术显示监测数据及根据天气状况控制天窗关闭，实现轿车车内环境温度测量和有害气体浓度实时测控，有效的改善了车内环境[6]。韩洁琼、蔡志阳介绍了该汽车内部环境监测装置的组成，分析各组成部分在装置中的作用及装置运行原理，利用传感器实时监测汽车内的环境数据,并通过微处理器进行分析整合,在显示屏上显示各个传感器的数据,同时微处理器会根据数据进行分析控制,智能的打开或者关闭车窗,同时在车内环境数据异常时,报警器工作提醒用户注意安全驾驶,该实用新型装置实现智能控制,数据可视化,具有很强大的实用性[7]。毛亮、胡健、杨繁庆通过对窒息原因的分析，得出中暑休克以及长时间待在密闭空间造成缺氧导致窒息死亡两大原因，并针对此两大原因提出防窒息方案设计，对装置模块介绍，包括信号处理模块、响应报警模块、系统供电模块。当该系统检测到车内环境不正常时，能及时通知车主，如果车主因为某些因素无法第一时间赶回救援被困人员，该系统能采取打开车窗和发出警报提醒车中被困人员的措施来尽可能的保护车内人员[8]。王绍杰车内环境监测系统采用传感器、现场总线和计算机通信等技术，以湿温度、COX、NOX、SO2、甲醛和酒精为监测对象，一旦检测到车厢环境危害到乘客时，采取相应的解决办法，消除危及。该系统具有一定的可移植性与扩展性[9]。许东明、杨乐、腾开宏、朱陈芳的车内外PM2.5传感信息模块,包括GPS定位信息模块,信息接收存储与处理模块以及预警模块。信息接收存储与处理模块可实时获取由GPS定位信息模块检测并传输来的汽车位置信息以及由车内外PM2.5传感信息模块检测并传输来的车内外PM2.5浓度信息。信息接收存储与处理模块通过对获得的位置和PM2.5浓度信息运算,并决定是否触发预警模块。预警模块被触发后,通过语音和图形提示用户及时打开汽车的内循环或循环功能,从而改善车内环境质量,使用户获得更加舒适的用车体验[10]。王达设计的网络式车内环境数据实时监测系统，以PCB为硬件，4G无线通信为通信方式，并结合Web互联网技术，达到了预期设计的目的 [11]。秦莉、王香莲设计的基于STM32的车内环境监测系统设计，采用一氧化碳传感器和温度传感器对车内温度、湿度、一氧化碳浓度进行实时监测，并判断车内空气环境是否处于正常区间状态，如果出现异常数值，将及时提醒车内人员对车内环境进行及时处理[12]。
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