摘要

隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，車輛安全問題越來越受到人們的關(guān)注。其中，車載防窒息系統(tǒng)是一項重要的安全設(shè)備。本論文基于STM32單片機，設(shè)計了一種智能車載防窒息系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括氧氣濃度檢測模塊、溫濕度檢測模塊、聲音檢測模塊、光線檢測模塊等。通過對車內(nèi)氧氣濃度、溫濕度、聲音和光線等參數(shù)的實時監(jiān)測，系統(tǒng)能夠判斷是否存在窒息危險，并及時采取相應(yīng)措施，保證乘客的安全。
本論文首先對車載防窒息系統(tǒng)的研究背景和意義進行了介紹，并對國內(nèi)外相關(guān)研究進行了綜述。接著，詳細介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。硬件設(shè)計主要包括傳感器的選型和接口電路的設(shè)計，軟件設(shè)計主要包括數(shù)據(jù)采集與處理、決策算法和控制策略等。然后，通過實驗驗證了系統(tǒng)的性能和可靠性。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確、穩(wěn)定地監(jiān)測車內(nèi)環(huán)境參數(shù)，并及時做出響應(yīng)，具有良好的防窒息效果。
本論文的研究成果對于提高車輛的安全性能、保障乘客的生命安全具有重要意義。同時，該研究也為智能車載系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)提供了一種新的思路和方法。
關(guān)鍵詞：STM32單片機；車載防窒息系統(tǒng)；氧氣濃度檢測；溫濕度檢測

所做工作及思路

本次設(shè)計核心采用32位單片機進行控制，主要用于智能車載防窒息系統(tǒng)，提高因為司機疏忽而導(dǎo)致的意外，設(shè)計的核心在于可以進行短信提醒，語音求助等，設(shè)計功能的實現(xiàn)，將具有廣闊的市場需求。設(shè)計實現(xiàn)的功能如下所示：
（1）在車主離開的情況下，可以檢測車內(nèi)是否有人員滯留；
（2）可以檢測車內(nèi)的溫度情況；
（3）可以檢測車內(nèi)二氧化碳的濃度；
（4）當(dāng)車主離開后，且有人員滯留時，將啟動短信通知以及語音報警；
（5）當(dāng)二氧化碳濃度過高時，開啟天窗；

章節(jié)安排

本論文共分為五章。
第一章緒論，將介紹智能車載防窒息系統(tǒng)的背景和意義，以及目前的研究現(xiàn)狀和存在的問題。智能車載防窒息系統(tǒng)是一種能夠監(jiān)測車內(nèi)氧氣濃度、二氧化碳濃度和溫度等參數(shù)，并在檢測到異常情況時采取相應(yīng)措施的系統(tǒng)。該系統(tǒng)的設(shè)計旨在提高車內(nèi)乘客的安全性和舒適度，減少窒息事故的發(fā)生。
第二章系統(tǒng)方案設(shè)計，系統(tǒng)設(shè)計部分將詳細介紹智能車載防窒息系統(tǒng)的整體架構(gòu)和各個組成部分的功能。系統(tǒng)主要由傳感器模塊、控制模塊和執(zhí)行模塊組成。傳感器模塊負責(zé)監(jiān)測車內(nèi)氧氣濃度、二氧化碳濃度和溫度等參數(shù)，將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給控制模塊。控制模塊根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)判斷是否存在窒息風(fēng)險，并通過執(zhí)行模塊采取相應(yīng)的措施，如開啟車窗或者啟動空氣凈化器等。
第三章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計，硬件設(shè)計部分將詳細介紹各個硬件模塊的設(shè)計和選型。傳感器模塊需要選用高精度的氧氣傳感器、二氧化碳傳感器和溫度傳感器?？刂颇K需要選用性能穩(wěn)定的單片機，如STM32系列單片機。執(zhí)行模塊需要根據(jù)具體需求選用合適的執(zhí)行器，如電機或者電磁閥等。
第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計，軟件設(shè)計部分將詳細介紹系統(tǒng)的軟件流程和算法設(shè)計。軟件設(shè)計主要包括傳感器數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和控制策略設(shè)計。傳感器數(shù)據(jù)采集模塊負責(zé)采集傳感器數(shù)據(jù)，并傳輸給數(shù)據(jù)處理模塊。數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)預(yù)設(shè)的窒息風(fēng)險判斷標(biāo)準(zhǔn)，對傳感器數(shù)據(jù)進行處理和分析，并通過控制策略模塊決策是否采取相應(yīng)措施。
第五章 組裝測試，系統(tǒng)進行了功能測試，并取得了試驗結(jié)果。

系統(tǒng)總體設(shè)計要求及框圖

本論文旨在設(shè)計一種基于STM32單片機的智能車載防窒息系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要用于監(jiān)測車內(nèi)空氣質(zhì)量，并在發(fā)現(xiàn)有害氣體濃度超過安全閾值時采取相應(yīng)的措施，以保護乘車人員的健康和安全。該系統(tǒng)旨在實時監(jiān)測車內(nèi)空氣質(zhì)量，當(dāng)檢測到窒息風(fēng)險時，能夠及時發(fā)出警報，并采取相應(yīng)措施，保護乘車人員的安全。
系統(tǒng)的硬件設(shè)計主要包括：STM32單片機、氣體傳感器、溫濕度傳感器、蜂鳴器、LED指示燈等。其中，氣體傳感器用于檢測車內(nèi)空氣中有害氣體濃度，溫濕度傳感器用于監(jiān)測車內(nèi)的溫度和濕度變化。STM32單片機作為系統(tǒng)的核心控制器，負責(zé)采集傳感器數(shù)據(jù)、進行數(shù)據(jù)處理和控制輸出。
系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要包括：數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和控制輸出模塊。數(shù)據(jù)采集模塊負責(zé)從傳感器中采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸給單片機。數(shù)據(jù)處理模塊對采集到的數(shù)據(jù)進行處理，判斷車內(nèi)空氣質(zhì)量是否達到窒息風(fēng)險的標(biāo)準(zhǔn)。如果檢測到窒息風(fēng)險，控制輸出模塊將發(fā)出警報信號，同時控制LED指示燈和蜂鳴器進行閃爍和鳴叫，提醒乘車人員及時采取措施。系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示。

智能車載防窒息硬件電路設(shè)計

本系統(tǒng)硬件主要由STM32F103C8T6單片機、MXL90614溫度傳感器模塊、MQ-2二氧化碳傳感器、SIM800C短信、LCD1602顯示模塊、HC-SR501紅外感應(yīng)、BY8001揚聲器、按鍵電路組成。

軟件設(shè)計語言與開發(fā)環(huán)境

4.1.1 軟件開發(fā)語言
在智能車載防窒息系統(tǒng)的設(shè)計中，選擇使用C語言作為主要的軟件開發(fā)語言。C語言是一種通用的高級編程語言，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和強大的功能。在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中，C語言是最常用的編程語言之一。它具有簡潔、高效的特點，能夠有效地利用系統(tǒng)資源，適用于對性能要求較高的應(yīng)用場景。
4.1.2 軟件開發(fā)環(huán)境
選擇了Keil MDK作為主要的開發(fā)工具。Keil MDK是一款功能強大的集成開發(fā)環(huán)境（IDE），適用于ARM Cortex-M系列微控制器的開發(fā)。它提供了一個友好的用戶界面，具有強大的代碼編輯、調(diào)試和編譯功能，能夠極大地提高開發(fā)效率。

軟件系統(tǒng)的總體設(shè)計

首先是進行系統(tǒng)初始化，初始化STM32微控制器及其外設(shè)，包括內(nèi)存、GPIO（通用輸入輸出）端口等，配置中斷優(yōu)先級和使能必要的中斷。硬件模塊初始化，初始化所有硬件模塊，如傳感器模塊（溫度傳感器）、通信模塊（SIM800C）、顯示模塊（如OLED顯示屏）以及報警模塊（如揚聲器或LED燈）。

該設(shè)計采用了32位單片機進行控制。當(dāng)電源接通的一剎那，短信模塊會首先進行初始化操作，以驗證其與單片機的通信狀態(tài)。一旦通信成功，屏幕將開始展示相關(guān)的信息，如二氧化碳濃度和溫度等。同時，指示燈會亮起，表示車內(nèi)有人。在這個階段，如果系統(tǒng)檢測到有人且環(huán)境中的溫度或二氧化碳濃度超出安全范圍，它將自動啟動語音求助和短信報警功能。完成這些操作后，設(shè)計將回到初始狀態(tài)，等待下一個循環(huán)的開始。

元器件的焊接與組裝

在設(shè)計和制作智能車載防窒息系統(tǒng)時，元器件的焊接和組裝是非常重要的環(huán)節(jié)。正確的焊接和組裝能夠確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，提高系統(tǒng)的性能和使用壽命。
（1）選擇合適的焊接工具和材料是至關(guān)重要的。在焊接過程中，需要使用到烙鐵、焊錫線、焊接劑等工具和材料。烙鐵應(yīng)選擇適合焊接元器件大小的尖頭，焊錫線應(yīng)選擇符合焊接要求的規(guī)格和質(zhì)量，焊接劑應(yīng)選擇高質(zhì)量且不會對元器件造成損害的產(chǎn)品。
（2）焊接前需要對焊接區(qū)域進行清潔和防靜電處理。清潔焊接區(qū)域可以確保焊接的可靠性和穩(wěn)定性，防止雜質(zhì)和污染物對焊接質(zhì)量的影響。防靜電處理可以避免靜電對元器件的損害，保證元器件的正常工作。
（3）根據(jù)設(shè)計圖紙和焊接要求，將元器件按照正確的位置和方向焊接到PCB板上。在焊接過程中，需要注意焊接時間、溫度和壓力的控制，以避免過度加熱或損壞元器件。同時，還需注意焊接點的質(zhì)量，確保焊接點的牢固性和導(dǎo)電性。

（4）進行組裝和測試。在組裝過程中，需要按照設(shè)計要求將焊接好的PCB板和其他組件進行組裝和連接。組裝時需要注意線路的正確連接和固定，以避免因連接不良或松動而引起的故障。完成組裝后，進行系統(tǒng)的測試和調(diào)試，確保系統(tǒng)的正常工作和穩(wěn)定性。

焊接和組裝是智能車載防窒息系統(tǒng)設(shè)計中不可或缺的環(huán)節(jié)。通過正確的焊接和組裝，可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，提高系統(tǒng)的性能和使用壽命。因此，在進行焊接和組裝時，需要選擇合適的工具和材料，進行清潔和防靜電處理，控制焊接時間、溫度和壓力，確保焊接點的質(zhì)量，進行正確的組裝和連接，并進行系統(tǒng)的測試和調(diào)試。只有這樣，才能設(shè)計出高質(zhì)量的智能車載防窒息系統(tǒng)。

軟件測試過程

（1）使用Keil 5軟件編寫智能車載防窒息系統(tǒng)代碼；
（2）代碼編譯，編譯過程中出現(xiàn)顯示異常，出現(xiàn)亂碼，通過修訂代碼，編譯成功；
（3）編譯成功后生成HEX文件，將其下載到STM32單片機；
（4）連接下載口，打開KEIL軟件進行程序燒錄。
（5）進行紅外傳感器子程序調(diào)試。觀察是否能夠正確讀取當(dāng)前車位使用情況的數(shù)據(jù)。
（6）測試的結(jié)果如下表6-1所示：

電路調(diào)試

在設(shè)計好電路圖和PCB布局之后，接下來需要對電路進行調(diào)試。電路調(diào)試是確保電路正常工作的重要步驟，它可以發(fā)現(xiàn)并解決電路中的問題，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
（1）需要檢查電路的連接是否正確。檢查電路板上的元件是否正確焊接，并確保元件之間的連接沒有短路和斷路。使用萬用表或示波器對電路進行測量，檢查電壓、電流和信號是否符合設(shè)計要求。
（2）需要對電路進行逐步調(diào)試?？梢韵葘㈦娫唇尤腚娐?#xff0c;檢查電源是否正常工作，并測量電源電壓是否穩(wěn)定。然后，逐個模塊地測試電路的功能。例如，對于傳感器模塊，可以通過改變輸入信號來觀察輸出信號的變化，并與預(yù)期結(jié)果進行比較。對于控制模塊，可以檢查控制信號是否正確發(fā)送和接收，并觀察控制效果是否符合預(yù)期。
（3）在調(diào)試過程中，如果發(fā)現(xiàn)電路中存在問題，可以通過以下方法進行排查和解決。首先，檢查電路連接是否正確，是否有松動或接觸不良的情況。其次，檢查元件的規(guī)格是否符合設(shè)計要求，是否存在損壞或過載的情況。如果有必要，可以更換元件進行測試。另外，還可以通過修改電路參數(shù)或調(diào)整控制算法來解決問題。
（4）在調(diào)試過程中，需要注意安全問題。確保電路工作在安全電壓范圍內(nèi)，并避免觸及電路板上的裸露金屬部分，以防觸電。同時，要小心防止短路和過載，以避免損壞電路和元件。