董興，李仕林，陳亞光

（遼寧科技學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，遼寧本溪，117000）

0 引言

科技的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，使人們的物質(zhì)生活越來越豐富。轉(zhuǎn)眼間，汽車已成為人們生活中必不可少的代步工具。為了避免粗心車主將幼童遺留車內(nèi)，同時(shí)也為了給車主提供健康舒適的乘車空間，設(shè)計(jì)一個(gè)車內(nèi)環(huán)境優(yōu)化系統(tǒng)解決人們的實(shí)際問題。

圖1 系統(tǒng)框圖

1 系統(tǒng)組成

車內(nèi)環(huán)境優(yōu)化系統(tǒng)以STC89C52RC單片機(jī)為控制單元，檢測車內(nèi)是否有人、車內(nèi)的溫度及環(huán)境氣體成分。系統(tǒng)框圖如圖1所示，主要包括溫度采集模塊、空氣質(zhì)量采集模塊、通信模塊、液晶顯示模塊等。

系統(tǒng)利用人體紅外感應(yīng)模塊檢測車內(nèi)是否有人，利用溫度傳感器采集車內(nèi)的溫度，利用空氣質(zhì)量檢測模塊采集車內(nèi)空氣質(zhì)量參數(shù)。當(dāng)車內(nèi)出現(xiàn)異常情況時(shí)，通過單片機(jī)控制GSM通信模塊發(fā)送報(bào)警信息，并可以利用物聯(lián)網(wǎng)模塊通過手機(jī)APP控制繼電器控制空氣凈化器對車內(nèi)空氣進(jìn)行凈化。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

硬件設(shè)計(jì)時(shí)，將Proteus仿真軟件結(jié)合KEIL軟件進(jìn)行聯(lián)合仿真調(diào)試，對部分電路進(jìn)行仿真，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期結(jié)果。部分硬件電路仿真圖如圖2所示，包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、液晶顯示、溫度檢測、空氣質(zhì)量檢測、按鍵等。

■2.1 檢測是否有人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

車門落鎖后，利用人體紅外感應(yīng)模塊HC-SR501檢測車內(nèi)是否有人，接在單片機(jī)P3.2口，如圖2所示。人體紅外感應(yīng)模塊HC-SR501采用德國原裝進(jìn)口探頭設(shè)計(jì)，通電后有一分鐘左右的初始化時(shí)間，具有感應(yīng)封鎖時(shí)間短，靈敏度高，可靠性強(qiáng)，超低電壓工作模式。該模塊工作電壓范圍寬，直流電壓4.5 V ～20V，靜態(tài)工作電流小于50μA。檢測時(shí)，人進(jìn)入其感應(yīng)范圍則輸出高電平，人離開感應(yīng)范圍則自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉高電平，輸出低電平。使用該模塊時(shí)應(yīng)盡量避免燈光等干擾源近距離直射模塊表面的透鏡，以免引進(jìn)干擾信號產(chǎn)生誤動(dòng)作；使用環(huán)境要盡量避免流動(dòng)的風(fēng)，風(fēng)也會(huì)對模塊工作造成干擾。

■2.2 檢測溫度的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

采用溫度傳感器DS18B20進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度檢測，接在單片機(jī)P3.3口，如圖2所示。溫度傳感器DS18B20將半導(dǎo)體溫敏器件、A/D 轉(zhuǎn)化器、存儲(chǔ)器等做在一個(gè)集成電路芯片上，屬于一款單總線數(shù)字溫度傳感器，傳感器直接輸出的就是溫度信號數(shù)字值，具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)溫度檢測后通過液晶顯示屏LCD1602顯示。LCD1602顯示屏采用16腳接口，液晶顯示2行字符，分4位和8位數(shù)據(jù)傳輸方式，邏輯工作電壓4.5～5.5V。調(diào)試結(jié)果如圖3左側(cè)所示，第一行Set是溫度限值，第二行Temp是實(shí)時(shí)溫度。溫度超過限值時(shí)可以通過GSM模塊報(bào)警。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了修改溫度限值的按鍵，可以根據(jù)季節(jié)或?qū)嶋H環(huán)境不同來通過按鍵修改溫度限值。

圖3 液晶顯示

■2.3 檢測空氣質(zhì)量的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

車內(nèi)空氣質(zhì)量檢測采用空氣質(zhì)量模塊ZP01，該模塊中先進(jìn)的片式厚膜半導(dǎo)體氣敏元件對甲醛、苯、一氧化碳、氨氣、氫氣、酒精、香煙煙霧等有機(jī)揮發(fā)氣體具有極高的靈敏度，初次上電使用需要預(yù)熱5分鐘以上?？諝赓|(zhì)量模塊ZP01有四個(gè)引腳，其中GND為輸入電源負(fù)極，5V為輸入電源正極，A、B為輸出信號。根據(jù)輸出信號的電壓不同，空氣質(zhì)量模塊ZP01污染等級分為0～3級，數(shù)字越大，污染越嚴(yán)重。

硬件設(shè)計(jì)中，空氣質(zhì)量模塊接在單片機(jī)P1.0口和1.1口，如圖2所示，用2個(gè)LED燈模擬輸出，空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)通過液晶顯示屏LCD1602顯示。硬件調(diào)試結(jié)果如圖3右側(cè)所示，第二行顯示污染信號等級為1級?？諝赓|(zhì)量模塊使用時(shí)尤其注意電壓不能超過5.5V，否則會(huì)導(dǎo)致模塊不可逆轉(zhuǎn)的損壞。

■2.4 通信模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)通信部分包括GSM模塊和手機(jī)APP。

當(dāng)車內(nèi)出現(xiàn)異常情況時(shí)，可以通過GSM模塊SIM900A給車主發(fā)短信或打電話報(bào)警，發(fā)短信報(bào)警如圖4所示。使用模塊SIM900A時(shí)，首先要檢測模塊是否注冊到網(wǎng)絡(luò)，是否讀到SIM卡，該模塊供電電壓需要5V，電流至少需要1.5A；待機(jī)電流在40mA左右，可以進(jìn)行低功耗設(shè)置，休眠狀態(tài)時(shí)電流在10mA左右。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)需要單獨(dú)單元供電時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸比較穩(wěn)定，但要注意與系統(tǒng)共地問題。

圖4 短信報(bào)警

車內(nèi)空氣污染嚴(yán)重報(bào)警時(shí)，車主可以通過手機(jī)APP控制繼電器開啟空氣凈化器對車內(nèi)空氣進(jìn)行凈化，如圖5所示，這部分功能通過物聯(lián)網(wǎng)模塊跨陣M4實(shí)現(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)模塊跨陣M4輸入電壓選擇5V，工作功率小于0.5W。它帶有一個(gè)繼電器，可以通過手機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，只需連入可訪問外網(wǎng)的WIFI，即手機(jī)無需和跨陣M4處于同一個(gè)WIFI環(huán)境下。在手機(jī)上控制相應(yīng)按鈕，控制繼電器閉合和斷開，繼電器輸出電壓5V，可以控制空氣凈化器工作。

圖5 手機(jī)APP控制界面

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括人體紅外感應(yīng)、液晶顯示、溫度檢測、空氣質(zhì)量檢測和GSM通信等。與單片機(jī)相關(guān)的軟件采用C語言進(jìn)行編程，GSM通信部分采用AT指令。系統(tǒng)上電后，循環(huán)檢測人體紅外感應(yīng)模塊、溫度傳感器及空氣質(zhì)量，當(dāng)出現(xiàn)異常情況后，系統(tǒng)報(bào)警；否則繼續(xù)檢測，系統(tǒng)主程序流程圖如圖6所示。

圖6 流程圖

4 結(jié)束語

通過系統(tǒng)調(diào)試，車內(nèi)環(huán)境優(yōu)化系統(tǒng)可以檢測是否有人，解決幼兒遺留車內(nèi)問題；實(shí)時(shí)溫度檢測，當(dāng)溫度超限時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)送報(bào)警信息提醒車主調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度；檢測車內(nèi)空氣質(zhì)量，超限后通過手機(jī)APP控制繼電器開啟空氣凈化器凈化空氣，減少因環(huán)境空氣問題給車內(nèi)人員造成不適。系統(tǒng)體積小，測量準(zhǔn)確，性價(jià)比較高，具有一定的推廣使用價(jià)值。