can总线的车载空气质量监控系统的硬件设计(附件)
社会主义不断发展，人们的生活水平有了明显的提高，代步工具也逐渐完善，以前的自行车逐渐被汽车代替。因此，一个良好的车内环境显得尤为重要。车内空气中含有很多有害气体，而且它们大多数都有难闻的味道，其中危害最大的就是甲醛。所以，对车内车载空气的检测有很强的必要性。本文介绍了一种车载空气气体检测系统的设计。重点阐述了基于CAN总线的车载空气气体检测系统的构成及其工作原理，采用甲醛传感器和STM32单片机作为核心部件，设计了单片机控制模块、蜂鸣器报警模块、电源模块，CAN通信模块等内容。 最后，对不同环境下车载空气气体检测系统的性能进行测试，基本达到设计要求。关键词 车载空气，气体检测仪，STM32单片机
目 录
1 引言 1
1.1 本课题的研究背景与意义 1
1.2 当前国内的研究现状 2
1.3 当前国内的研究趋势 3
1.4 本课题的研究内容和关键问题 4
2 总体方案概述 4
2.1 系统组成 4
2.2 系统的主要特点和器件选型 5
2.3 系统控制原理 5
2.4 总线种类 6
3 系统硬件设计 7
3.1 系统硬件架构 7
3.2 STM32引脚 7
3.3 电源系统 8
3.4 振荡电路 9
3.5 复位系统 10
3.6 车载空气气体传感器 10
3.7 串口通信 13
3.8 JTAG接口 13
3.9 蜂鸣器报警电路 14
3.10 CAN通信接口电路 15
4 软件设计 18
4.1 KEIL UVISION 4简介 18
4.2 主控制模块主程序设计 20
4.3 主程序运行 20
5 硬件调试 20
结 论 23
致 谢 24
参考文献 25
附录 26
1 引言
1.1 本课题的研究背景与意义
近几年来，随着汽车行业 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
的不断发展，各种各样的汽车在大街上随处可见[1]。90年代的汽车还很少，但是现在却到处都是。人们出行从步行，到自行车，再到电动车，最后变成了小汽车，因此，人们对汽车的要求越来越高。以前的汽车里面设施和功能比较少，基本上只能控制车子行驶，人们坐在车里夏天很热，冬天很冷。但是现在不一样了，科技在进步，原有的功能已经不能满足人们的需求，所以，更加智能的汽车应运而生。它在原有基础上增加了许多现代化元素，比如空调，里程显示等功能，甚至有的可以控制家里的无线设置，这些统统在潜移默化的改变着人们的生活[2]。但是在社会发展的同时，一些问题也随之产生。一些汽车厂商只顾自己的利益，完全不管消费者，汽车内的有害气体远远超过正常值，严重威胁了消费者的身体健康。安全驾驶不仅是对别人负责，更是对自己负责，如果我们长期在这种环境下驾驶，肯定会产生头晕目眩之类的情况，到时候就会存在安全隐患。所以，对于汽车内部环境我们一定要重视。
车载空气是指汽车内部的空气成分，它和我们的健康息息相关。正常来说，车内的人越少，空气应该越好。因为人越多，在封闭的车内产生的二氧化碳就越多，夏天还好，经常开窗通风，但是冬天就会感觉特别明显，比如在冬天乘坐公交车，有很多人就会感到胸闷，甚至想吐，就是这个原因。但是车内污染最主要的并不是二氧化碳，而是甲醛，它的危害性远远比二氧化碳严重得多，许多车辆内部都会产生甲醛，主要是由于车子本身的材料所致，再加上驾车出行所产生的汽车尾气。尽管驾乘人员的呼吸活动可能会产生一点，但那毕竟少数。车载空气的污染源头主要包括内饰材料和燃烧汽油产生的挥发性有机化合物，厂商使用大量劣质材料来装饰车身内部，导致车内污染物容易聚集，同时汽油燃烧不充分产生的挥发性有机化合物给车内空气质量带来了更大的影响，同时对人体的身心健康带来了更大的危害[3]。如何有效地控制车内空气质量问题成了我国空气研究领域的一大热点。 本文针对车内空气环境问题，设计了一个检测有害气体的装置，在污染过高时发出警报，提醒乘车人注意驾驶，确保安全出行。
1.2 当前国内的研究现状
当前国内有许多检测气体的方法，但是应用比较广泛的就是气象色谱法和PID检测法。
1.气相色谱法
气相色谱法，顾名思义，就是根据气体移动的位置来判别它的种类。不同的气体运动强度不同，所以它们附着在传感器上面的程度也不一样[4]。它也可以用来分离或过滤不同的气体，根据它们的速率不同，可以很容易辨别出相异气体，但温度可能会影响它的工作状态，因为温度过高或者温度过低气体分子运动会受很大的影响，温度过高它会运动很快，温度过低则会变得很慢。最后，根据它表面覆盖的面积来确定它的种类。气象色谱仪如图12所示。
/
图12 气相色谱仪
2. PID检测法
PID说的通俗一点就是用光离子来检测气体的技术，最常见的就是PID检测仪，它的应用也比较广，因为它防水，而且它的耐腐蚀性也很好，更为重要的是它的组件很少，如果以后你想换传感器或者选择其它器件，它也便于拆卸。所以在研究中也比较常见。PID检测器如图13所示。
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图13 PID检测器
1.3 当前国内的研究趋势
传统空气检测系统或多或少都会存在一些问题，有的可能检测不够准确，有的可能检测种类过少，因此，需要研发更全面的产品来改善。科技多元化为此提供了一个完美的契机，把许多产品长处集中在一起，然后去除它们的短板，综合利用，一起促进检测系统的进步。
1. 远红外便携光谱技术
有机化合物吸收的光谱有部分重叠的部分，因此需要针对多个色谱峰的面值进行计算结合现代分子运动与量子力学理论的研发成果，各个分子和原子被分成不同的能级，其释放的能量各不相同，对光谱的吸收特征也各不相同，从而判断空气中是否具有车载空气成分[5]，远红外便携光谱技术在色相气谱法的基础上做出了改善，根据分子释放的能量不同来判别它的种类，相比之下，这项技术显得更加精确。
目 录
1 引言 1
1.1 本课题的研究背景与意义 1
1.2 当前国内的研究现状 2
1.3 当前国内的研究趋势 3
1.4 本课题的研究内容和关键问题 4
2 总体方案概述 4
2.1 系统组成 4
2.2 系统的主要特点和器件选型 5
2.3 系统控制原理 5
2.4 总线种类 6
3 系统硬件设计 7
3.1 系统硬件架构 7
3.2 STM32引脚 7
3.3 电源系统 8
3.4 振荡电路 9
3.5 复位系统 10
3.6 车载空气气体传感器 10
3.7 串口通信 13
3.8 JTAG接口 13
3.9 蜂鸣器报警电路 14
3.10 CAN通信接口电路 15
4 软件设计 18
4.1 KEIL UVISION 4简介 18
4.2 主控制模块主程序设计 20
4.3 主程序运行 20
5 硬件调试 20
结 论 23
致 谢 24
参考文献 25
附录 26
1 引言
1.1 本课题的研究背景与意义
近几年来，随着汽车行业 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
的不断发展，各种各样的汽车在大街上随处可见[1]。90年代的汽车还很少，但是现在却到处都是。人们出行从步行，到自行车，再到电动车，最后变成了小汽车，因此，人们对汽车的要求越来越高。以前的汽车里面设施和功能比较少，基本上只能控制车子行驶，人们坐在车里夏天很热，冬天很冷。但是现在不一样了，科技在进步，原有的功能已经不能满足人们的需求，所以，更加智能的汽车应运而生。它在原有基础上增加了许多现代化元素，比如空调，里程显示等功能，甚至有的可以控制家里的无线设置，这些统统在潜移默化的改变着人们的生活[2]。但是在社会发展的同时，一些问题也随之产生。一些汽车厂商只顾自己的利益，完全不管消费者，汽车内的有害气体远远超过正常值，严重威胁了消费者的身体健康。安全驾驶不仅是对别人负责，更是对自己负责，如果我们长期在这种环境下驾驶，肯定会产生头晕目眩之类的情况，到时候就会存在安全隐患。所以，对于汽车内部环境我们一定要重视。
车载空气是指汽车内部的空气成分，它和我们的健康息息相关。正常来说，车内的人越少，空气应该越好。因为人越多，在封闭的车内产生的二氧化碳就越多，夏天还好，经常开窗通风，但是冬天就会感觉特别明显，比如在冬天乘坐公交车，有很多人就会感到胸闷，甚至想吐，就是这个原因。但是车内污染最主要的并不是二氧化碳，而是甲醛，它的危害性远远比二氧化碳严重得多，许多车辆内部都会产生甲醛，主要是由于车子本身的材料所致，再加上驾车出行所产生的汽车尾气。尽管驾乘人员的呼吸活动可能会产生一点，但那毕竟少数。车载空气的污染源头主要包括内饰材料和燃烧汽油产生的挥发性有机化合物，厂商使用大量劣质材料来装饰车身内部，导致车内污染物容易聚集，同时汽油燃烧不充分产生的挥发性有机化合物给车内空气质量带来了更大的影响，同时对人体的身心健康带来了更大的危害[3]。如何有效地控制车内空气质量问题成了我国空气研究领域的一大热点。 本文针对车内空气环境问题，设计了一个检测有害气体的装置，在污染过高时发出警报，提醒乘车人注意驾驶，确保安全出行。
1.2 当前国内的研究现状
当前国内有许多检测气体的方法，但是应用比较广泛的就是气象色谱法和PID检测法。
1.气相色谱法
气相色谱法，顾名思义，就是根据气体移动的位置来判别它的种类。不同的气体运动强度不同，所以它们附着在传感器上面的程度也不一样[4]。它也可以用来分离或过滤不同的气体，根据它们的速率不同，可以很容易辨别出相异气体，但温度可能会影响它的工作状态，因为温度过高或者温度过低气体分子运动会受很大的影响，温度过高它会运动很快，温度过低则会变得很慢。最后，根据它表面覆盖的面积来确定它的种类。气象色谱仪如图12所示。
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图12 气相色谱仪
2. PID检测法
PID说的通俗一点就是用光离子来检测气体的技术，最常见的就是PID检测仪，它的应用也比较广，因为它防水，而且它的耐腐蚀性也很好，更为重要的是它的组件很少，如果以后你想换传感器或者选择其它器件，它也便于拆卸。所以在研究中也比较常见。PID检测器如图13所示。
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图13 PID检测器
1.3 当前国内的研究趋势
传统空气检测系统或多或少都会存在一些问题，有的可能检测不够准确，有的可能检测种类过少，因此，需要研发更全面的产品来改善。科技多元化为此提供了一个完美的契机，把许多产品长处集中在一起，然后去除它们的短板，综合利用，一起促进检测系统的进步。
1. 远红外便携光谱技术
有机化合物吸收的光谱有部分重叠的部分，因此需要针对多个色谱峰的面值进行计算结合现代分子运动与量子力学理论的研发成果，各个分子和原子被分成不同的能级，其释放的能量各不相同，对光谱的吸收特征也各不相同，从而判断空气中是否具有车载空气成分[5]，远红外便携光谱技术在色相气谱法的基础上做出了改善，根据分子释放的能量不同来判别它的种类，相比之下，这项技术显得更加精确。
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