本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中文題目希冀號(hào)車艙內(nèi)溫度與二氧化碳濃度監(jiān)管器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)英文題目DesignandimplementationoftemperatureAndcarbondioxideconcentrationregulator選題編號(hào)系（部）專業(yè)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師完成時(shí)間本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）緒論1.1研究背景1.1.1穩(wěn)步增長(zhǎng)的汽車數(shù)量車內(nèi)空間密閉狹小，經(jīng)常因?yàn)楦鞣N原因?qū)е萝噧?nèi)的環(huán)境受到一些影響，這往往會(huì)導(dǎo)致駕駛員的駕駛環(huán)境受到影響。。根據(jù)2022年的人命日?qǐng)?bào)報(bào)道我國(guó)的汽車保有量已經(jīng)達(dá)到4.08億，而機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)藚s已經(jīng)達(dá)到4.94億?？梢?jiàn)近年來(lái)我國(guó)的機(jī)動(dòng)車數(shù)量增長(zhǎng)是一個(gè)快速上升的黃金期，并伴隨著社會(huì)水平的發(fā)展這個(gè)時(shí)期還會(huì)不斷的延伸。雖然近年來(lái)由于新冠疫情的影響汽車的銷量有所下降但總體還是趨向一個(gè)穩(wěn)定的銷售數(shù)據(jù)而汽車總數(shù)更是呈現(xiàn)出一個(gè)不斷上升的階梯式情況。1.1.2車內(nèi)環(huán)境影響現(xiàn)狀17年8月10日下午，某記者搭乘的車輛在關(guān)閉車窗開(kāi)著空調(diào)的情況下進(jìn)行試驗(yàn)，十來(lái)分鐘后，車內(nèi)二氧化碳從4000ppm上升到5451ppm。近日，新京報(bào)記者攜帶快檢儀器，隨機(jī)檢測(cè)對(duì)比了15輛（列）不同交通工具內(nèi)一氧化碳及二氧化碳濃度，發(fā)現(xiàn)小轎車內(nèi)二氧化碳含量往往在3000ppm以上，并不斷攀升。若參考《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，已經(jīng)超標(biāo)。專家提醒，二氧化碳超標(biāo)嚴(yán)重時(shí)或致眼部球結(jié)膜水腫甚至意識(shí)障礙，需要引起重視。2017年一寧波車主因?yàn)槠嚳諝猱愇肚闆r進(jìn)醫(yī)院檢查8次。后續(xù)于杭州某公司進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)甲醛和TVOC含量相差3倍左右，苯含量相差25倍。都超過(guò)了《車內(nèi)空氣污染物限值》的相關(guān)限額。為保證駕駛員的乘車環(huán)境，改善車內(nèi)的氣體指標(biāo)就顯得尤為重要。本文設(shè)計(jì)的目的就是通過(guò)監(jiān)管器對(duì)汽車內(nèi)部氣體質(zhì)量的檢測(cè)和提醒以及換氣改善汽車內(nèi)部的空氣質(zhì)量以達(dá)到減少車禍發(fā)生的可能性。如今大部分的氣體檢測(cè)器所采用的大多都是采用傳統(tǒng)的空氣質(zhì)量傳感器雖然成本低廉但是只能大概的檢測(cè)車內(nèi)的氣體環(huán)境，只能提供總體的污染程度并不能顯示單項(xiàng)的某一數(shù)值情況。所附加的功能太過(guò)簡(jiǎn)陋只能起到一個(gè)警示和提醒的功能，本設(shè)計(jì)的監(jiān)管器功能相對(duì)于傳統(tǒng)的來(lái)說(shuō)增添了甲醛，溫濕度因素的測(cè)量以及短信遠(yuǎn)程提醒和緊急換氣的功能，功能更加的全面和完善。隨著人們的生活水平和服務(wù)意識(shí)的不斷進(jìn)步和完善，駕駛員的駕駛環(huán)境會(huì)成為人們所關(guān)注的重點(diǎn)之一，因?yàn)樗c駕乘人員的生命安全息戚相關(guān)。汽車內(nèi)氣體環(huán)境監(jiān)管器也會(huì)成為未來(lái)汽車配置的重點(diǎn)之一，可以有效的減緩駕駛環(huán)境對(duì)駕駛員的不利影響。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀在國(guó)內(nèi)，單片機(jī)甲醛和二氧化碳?xì)怏w傳感器方面的研究也比較活躍。以下是一些主要的研究成果：（1）

甲醛傳感器方面：研究者們采用了不同的材料和方法來(lái)制備甲醛傳感器，如采用納米材料修飾電極、利用電化學(xué)法制備傳感器等。同時(shí)，也對(duì)傳感器的靈敏度、響應(yīng)時(shí)間、穩(wěn)定性等進(jìn)行了研究和優(yōu)化。（2）

二氧化碳傳感器方面：研究者們開(kāi)發(fā)了基于納米材料和光學(xué)傳感技術(shù)的二氧化碳傳感器，具有高精度和快速響應(yīng)的特點(diǎn)。同時(shí)，也對(duì)傳感器的溫度和濕度等環(huán)境因素進(jìn)行了考慮和改進(jìn)，以提高其穩(wěn)定性和可靠性。（3）

應(yīng)用方面：將甲醛和二氧化碳傳感器與單片機(jī)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。同時(shí)，也應(yīng)用于車內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)、煙草煙霧檢測(cè)等領(lǐng)域?？傮w來(lái)看，目前單片機(jī)甲醛和二氧化碳?xì)怏w傳感器技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但仍需要進(jìn)一步的研究和創(chuàng)新，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。1.2.2國(guó)外現(xiàn)狀相對(duì)而言國(guó)外對(duì)車內(nèi)空氣質(zhì)量的關(guān)注較早。2006年，美國(guó)AnnArbor環(huán)境集團(tuán)發(fā)布了題為“任何速度都有毒”的檢測(cè)報(bào)告，稱車內(nèi)空氣中的有害化合物含量是家居和辦公室中的5到10倍。該集團(tuán)采集了11個(gè)國(guó)際著名汽車品牌的車內(nèi)灰塵樣本以及擋風(fēng)玻璃薄膜樣本，經(jīng)化驗(yàn)分析后顯示，車內(nèi)普遍存在對(duì)人體有害的物質(zhì)，車內(nèi)坐椅、地毯、扶手和電線膠皮等都會(huì)產(chǎn)生對(duì)人有害的化學(xué)物質(zhì)。研究測(cè)試發(fā)現(xiàn)，新車出廠后車內(nèi)有害氣體的揮發(fā)時(shí)間至少需要6個(gè)月以上REF_Ref14219\r\h[1]。日本機(jī)動(dòng)車協(xié)會(huì)(JAMA)2005年發(fā)布了《小轎車車內(nèi)空氣污染治理指南》,該指南以自主行動(dòng)計(jì)劃的形式發(fā)布,希望日本主要汽車公司在2005年以后新生產(chǎn)的汽車中減少車內(nèi)空氣污染,該指南同時(shí)也發(fā)布了JAMA建議的測(cè)試方法,在40°C的狀態(tài)下測(cè)量甲醛排放,然后開(kāi)啟空調(diào),控制目標(biāo)是25°C,在該狀態(tài)下測(cè)量VOCs排放。該限值主要根據(jù)日本建設(shè)省關(guān)于室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)確定REF_Ref14307\r\h[2]。1.3本文研究?jī)?nèi)容1.3.1論文結(jié)構(gòu)示例如下：本文主要分為以下幾個(gè)部分：第一部分是緒論部分，簡(jiǎn)要概述此設(shè)計(jì)的項(xiàng)目背景和目前的發(fā)展概況。第二部分是該設(shè)計(jì)的可行性分析，從理論上分析設(shè)計(jì)的需求，模塊等，分析產(chǎn)品的可行性。第三部分是該設(shè)計(jì)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分，介紹設(shè)計(jì)架構(gòu)設(shè)計(jì)和硬軟件設(shè)計(jì)部分。第四部分是該設(shè)計(jì)詳細(xì)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)部分。第五部分是設(shè)計(jì)的測(cè)試部分，測(cè)試設(shè)計(jì)的各種模塊功能。第六部分是總結(jié)與展望，總結(jié)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程中的問(wèn)題。1.3.2研究方法及手段（1）文獻(xiàn)研究法文獻(xiàn)研究法通過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外的相關(guān)資料，分析我國(guó)汽車車內(nèi)氣體監(jiān)管器與發(fā)達(dá)國(guó)家的汽車車內(nèi)氣體監(jiān)管器的發(fā)展現(xiàn)狀與差異。選取具有代表性的典型案例進(jìn)行深入剖析，并結(jié)合當(dāng)前我國(guó)汽車車內(nèi)氣體監(jiān)管器的特點(diǎn)，提出我國(guó)汽車車內(nèi)氣體監(jiān)管器存在的問(wèn)題以及解決方案。（2）比較分析法比較分析法從不同角度探討了兩者之間的差異和聯(lián)系。運(yùn)用多種統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)各種汽車車內(nèi)氣體監(jiān)管器，近幾年來(lái)的網(wǎng)站數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理，通過(guò)對(duì)大部分知名汽車車內(nèi)氣體監(jiān)管器的對(duì)比分析，得出現(xiàn)在汽車車內(nèi)氣體監(jiān)管器可能存在的問(wèn)題，以及有待改善的地方，讓汽車車內(nèi)氣體監(jiān)管器能更加好的展現(xiàn)在我們的眼前，使其更具實(shí)際意義。

2系統(tǒng)分析2.1可行性分析2.1.1經(jīng)濟(jì)可行性分析本設(shè)計(jì)在經(jīng)濟(jì)上是可行的，從實(shí)物方面來(lái)講：（1）制造成本低：

本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)技術(shù)為主體，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)和傳感器的成本不斷降低，這降低了本設(shè)計(jì)的制造成本，使得它成為一種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的檢測(cè)器。（2）

維護(hù)費(fèi)用低：?jiǎn)纹瑱C(jī)氣體檢測(cè)器具有長(zhǎng)壽命、低功耗、維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，因此其維護(hù)費(fèi)用也較低。（3）應(yīng)用廣泛：本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用于汽車內(nèi)部，隨著汽車數(shù)量的不斷上升具有很大的市場(chǎng)空間。綜上所述，本設(shè)計(jì)在經(jīng)濟(jì)上是可行的，具有廣泛的應(yīng)用前景和市場(chǎng)前景。2.1.2技術(shù)可行性分析本設(shè)計(jì)的氣體檢測(cè)器的原理是基于化學(xué)反應(yīng)和光學(xué)原理。傳感器通過(guò)感受被測(cè)氣體與化學(xué)物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的電學(xué)或光學(xué)信號(hào)來(lái)檢測(cè)氣體濃度。這種原理使得傳感器具有快速響應(yīng)、高靈敏度和可靠性等優(yōu)點(diǎn)。隨著甲醛和二氧化碳?xì)怏w傳感器的制造技術(shù)日益成熟。各類傳感器層出不窮，從實(shí)物方面本設(shè)計(jì)采用的ms1100甲醛傳感器DHT11溫濕傳感器及sgp30二氧化碳傳感器完全足夠設(shè)計(jì)使用，從程序和調(diào)試方面本設(shè)計(jì)采用的keil和protues等軟件足以完全實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能的聯(lián)合仿真。在技術(shù)層面來(lái)說(shuō)本設(shè)計(jì)是完全可行的。2.1.3操作可行性分析所有的調(diào)試及數(shù)據(jù)編寫(xiě)都在仿真聯(lián)合的時(shí)候進(jìn)行解決，使用者只需要通過(guò)單片機(jī)上的按鍵進(jìn)行氣體警戒濃度和發(fā)送短信所屬的電話號(hào)碼的更改。并不具備過(guò)于復(fù)雜的操作問(wèn)題，整個(gè)過(guò)程簡(jiǎn)單便捷，在操作方面是是可行的。2.2需求分析2.2.1關(guān)鍵技術(shù)本系統(tǒng)實(shí)物主要通過(guò)keil5軟件軟件程序編寫(xiě)，proteus程序設(shè)計(jì)，ALTIUMDESIGNER電路板電路圖連接、繪制等技術(shù)實(shí)現(xiàn)。KeilMDK支持多種微處理器架構(gòu)，包括ARM、Cortex-M、Cortex-A、Cortex-R等，還支持多種編程語(yǔ)言，如C、C++、匯編語(yǔ)言等。KeilMDK包含了一個(gè)全面的開(kāi)發(fā)工具鏈，包括編譯器、調(diào)試器、仿真器、代碼編輯器等，可以幫助開(kāi)發(fā)人員快速地開(kāi)發(fā)和調(diào)試嵌入式系統(tǒng)。Proteus是一款電子電路仿真軟件，可以用于設(shè)計(jì)、仿真和布局電路板。它支持多種電路元件，包括數(shù)字和模擬元件，可以模擬各種電路，如放大器、濾波器、開(kāi)關(guān)等。Proteus還提供了一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，可以與許多流行的編程語(yǔ)言集成，如C++、C#、VB等。它也支持多種微控制器和單片機(jī)仿真，可以幫助工程師驗(yàn)證和調(diào)試其電路設(shè)計(jì)。ALTIUMDESIGNER是一款集成電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）軟件，用于設(shè)計(jì)和制造電子產(chǎn)品。它是一款功能齊全的軟件，具有原理圖設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、仿真和設(shè)計(jì)分析、庫(kù)和元件管理、設(shè)計(jì)輸出和制造文件生成等多種功能。2.2.2業(yè)務(wù)流程分析監(jiān)管器主要通過(guò)對(duì)車內(nèi)二氧化碳，甲醛氣體的檢測(cè)以及溫濕度的信息收集將空氣信號(hào)進(jìn)行采集，當(dāng)車內(nèi)相關(guān)濃度超過(guò)預(yù)設(shè)的報(bào)警限度時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警和緊急換氣。同時(shí)對(duì)所預(yù)留的電話號(hào)碼進(jìn)行短信發(fā)送，告知車內(nèi)出現(xiàn)異常情況需要處理。示例如下：圖2.1業(yè)務(wù)運(yùn)行圖2.2.3功能需求分析在對(duì)基于希冀號(hào)艙內(nèi)監(jiān)管器進(jìn)行設(shè)計(jì)之前需要對(duì)監(jiān)管器的功能進(jìn)行獲取和分析，明確監(jiān)管器所應(yīng)包含的功能點(diǎn)，分析每個(gè)功能所包含的信息以及流程。通過(guò)不斷查閱網(wǎng)絡(luò)相關(guān)資料，大致確定了監(jiān)管器所需求的功能。最終包含：氣體溫濕采集和自動(dòng)報(bào)警兩個(gè)功能，其中，氣體溫濕采集可分為二氧化碳，甲醛和溫濕三種信息的采集；自動(dòng)報(bào)警則分為聲光報(bào)警，緊急換氣和短信提醒三種報(bào)警方式。（1）氣體溫濕采集氣體溫濕采集由二氧化碳，甲醛和溫濕三種信息的采集組成，其中每種信息采用不同的采集器進(jìn)行收集然后傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)本體。用例圖如圖2.2所示。圖2.2業(yè)務(wù)流程圖（2）自動(dòng)報(bào)警當(dāng)監(jiān)管器接收到信號(hào)后與內(nèi)部所設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，如果超出閾值則觸發(fā)報(bào)警，當(dāng)檢測(cè)值低于閾值則取消報(bào)警。自動(dòng)功能用例圖如圖所示。圖2.3業(yè)務(wù)流程圖2.2.4性能需求分析要求監(jiān)管器具備實(shí)時(shí)修改氣體及溫濕閾值的數(shù)據(jù)方便針對(duì)不同的環(huán)境進(jìn)行更為細(xì)致和準(zhǔn)確的報(bào)警，在斷電的時(shí)候能夠?qū)崟r(shí)儲(chǔ)存避免重新設(shè)定過(guò)于復(fù)雜，操作需要簡(jiǎn)單便捷以便于用戶能夠輕松的使用監(jiān)管器，并且體積小巧輕便便于安裝。2.2.5數(shù)據(jù)需求分析（1）接受二氧化碳實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的信息。（2）接受溫度與濕度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的信息。（3）接受甲醛實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的信息。（4）接受按鍵傳遞的數(shù)據(jù)以便于實(shí)時(shí)改變閾值。（5）生成短信數(shù)據(jù)傳遞給所選定電話號(hào)碼。2.2.6接口需求分析（1）二氧化碳采集接口檢測(cè)二氧化碳的濃度值并傳遞到單片機(jī)中，來(lái)判定是否二氧化碳濃度超標(biāo)及是否啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)和短信發(fā)送。（2）甲醛采集接口檢測(cè)甲醛的濃度值并傳遞到單片機(jī)中，來(lái)判定是否甲醛濃度超標(biāo)及是否啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)和短信發(fā)送。（3）溫濕度采集接口檢測(cè)溫度和濕度的數(shù)值并傳遞到單片機(jī)中，來(lái)判定是否溫濕度濃度超標(biāo)及是否啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)和短信發(fā)送。（4）按鍵調(diào)整及轉(zhuǎn)換接口通過(guò)各個(gè)按鍵的按壓進(jìn)行顯示界面的轉(zhuǎn)換以及各個(gè)檢測(cè)數(shù)據(jù)閾值的調(diào)整，用以適用于不同的環(huán)境，增加用戶的體驗(yàn)感。2.2.7將來(lái)可能提出的需求分析（1）監(jiān)管器模塊功能的增添。監(jiān)管器外觀的美化。優(yōu)化用戶對(duì)于監(jiān)管器體驗(yàn)的感受。（4）用戶的心理健康問(wèn)題的評(píng)測(cè)。

3系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1架構(gòu)設(shè)計(jì)監(jiān)管器架構(gòu)是該系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，由STC主體，外部元素屬性與之間的關(guān)系組成。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖3.1所示：圖3.1系統(tǒng)架構(gòu)圖3.2功能模塊設(shè)計(jì)根據(jù)前面的分析，本系統(tǒng)的功能模塊圖如圖3.2所示。圖3.2監(jiān)管器功能模塊圖3.3硬件設(shè)計(jì)整個(gè)監(jiān)管器的硬件設(shè)計(jì)模型圖如下所示：圖3.3硬件設(shè)計(jì)圖3.3.1Air724UG通信模塊的設(shè)計(jì)圖3.4通信模塊設(shè)計(jì)圖Air724UG在1接口直連5v電源正極2接口接電源負(fù)極，于TX接口發(fā)送，RX接受來(lái)自單片機(jī)的AT指令，通過(guò)4g電話卡作為媒介將短信發(fā)送給指定的電話號(hào)碼上，其中短信包含了實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)檢測(cè)信息二氧化碳，甲醛，溫濕度。3.3.2MS1100甲醛傳感器的設(shè)計(jì)圖3.5甲醛模塊設(shè)計(jì)圖甲醛傳感器于空氣中捕捉到甲醛信號(hào)通過(guò)甲醛氧化得到相應(yīng)的電信號(hào)，再通過(guò)AD轉(zhuǎn)換電路將其變換為單片機(jī)可讀取的數(shù)值。其中因?yàn)镸S1100氣體傳感器本身只能提供一個(gè)電流信號(hào)，而不能直接輸出電壓信號(hào)。因此搭配了一個(gè)10k的電阻將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成來(lái)進(jìn)行測(cè)量和分析。1和3連接電源正極，p10直接與單片機(jī)接口相連將數(shù)據(jù)傳遞給單片機(jī)。3.3.3DHT11溫濕模塊的設(shè)計(jì)圖3.6溫濕度傳感器設(shè)計(jì)圖VCC連接正極，GND相連負(fù)極，傳感器于空氣中接觸溫濕信息，p17與單片機(jī)相連，其中R3起到一個(gè)上拉電阻的作用，其意義是將數(shù)據(jù)線拉高到高電平。當(dāng)單片機(jī)發(fā)送一次開(kāi)始信號(hào)后,總線由拉低，此時(shí)DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式,等待主機(jī)開(kāi)始信號(hào)結(jié)后,DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào),送出40bit的數(shù)據(jù),并觸發(fā)一次信號(hào)采集,采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。當(dāng)信號(hào)采集完成后上拉電阻將數(shù)據(jù)線電壓拉低數(shù)據(jù)開(kāi)始傳輸，傳輸完成過(guò)后上拉電阻連接VCC使電壓上升接收端開(kāi)始收集數(shù)據(jù)并傳遞給單片機(jī)。3.3.41602液晶顯示屏的設(shè)計(jì)圖3.7液晶模塊設(shè)計(jì)圖液晶顯示模塊采用LCD1602將其與電源正負(fù)級(jí)連接，通過(guò)SDA來(lái)傳輸通過(guò)單片機(jī)的數(shù)據(jù)，而SCL是時(shí)鐘線，用于同步數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)鐘信號(hào)，與單片機(jī)連接，以便單片機(jī)通過(guò)I2C協(xié)議與液晶1602進(jìn)行通信。其電路圖如上所示。3.3.5按鍵電路的設(shè)計(jì)圖3.8按鍵電路設(shè)計(jì)圖S2-S7為四個(gè)按壓鍵帽，通過(guò)P33-P37與單片機(jī)直接相連當(dāng)需要改變單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)時(shí)，按壓鍵帽使電路閉合電流經(jīng)過(guò)單片機(jī)來(lái)達(dá)到傳遞電信號(hào)的作用。其中S2是代表的轉(zhuǎn)換按鍵用于控制模式的變化，S3-S7分別控制上下兩個(gè)檢測(cè)閾值的大小變化。3.3.6聲光報(bào)警電路的設(shè)計(jì)圖3.9聲光報(bào)警設(shè)計(jì)圖PNP為開(kāi)關(guān)，R4為保護(hù)電阻用于穩(wěn)壓和限流來(lái)保護(hù)二極管免受破壞，D1和LS1分別是發(fā)光二極管和蜂鳴器。平時(shí)P20端為高電平整個(gè)電路沒(méi)有電勢(shì)差無(wú)法形成閉合回路。當(dāng)單片機(jī)接受到信號(hào)需要報(bào)警時(shí)，使主線即P20端由高電平變?yōu)榈碗娖剑藭r(shí)電流由二極管及蜂鳴器上的電壓高于P20端電流由上至下通過(guò)二極管和LS1和PNP到電源負(fù)極，此時(shí)蜂鳴器和發(fā)光二極管運(yùn)作，報(bào)警開(kāi)始。3.3.7供電電路的設(shè)計(jì)圖3.10供電電路設(shè)計(jì)圖C2,C1是兩個(gè)電容用于過(guò)濾掉特定電波，主要來(lái)抑制和防止干擾，P1是電源接口，常時(shí)開(kāi)關(guān)S1接2號(hào)接口，接當(dāng)電源線插入后接口power閉合，按下開(kāi)關(guān)此時(shí)S1轉(zhuǎn)3接口整個(gè)電路處于閉合狀態(tài)，單片機(jī)開(kāi)始工作。3.3.8SGP30二氧化碳傳感器的設(shè)計(jì)圖3.11二氧化碳設(shè)計(jì)圖接口1，2分別連接于單片機(jī)P15和P16接口，2接口用于數(shù)據(jù)的傳遞和運(yùn)輸，1接口則是串行時(shí)鐘的輸入，當(dāng)電路接通時(shí)傳感器檢測(cè)二氧化碳濃度，并通過(guò)2號(hào)接口傳遞給單片機(jī)。3.4軟件設(shè)計(jì)啟動(dòng)開(kāi)機(jī)按鍵，等待30s等候各部件就緒。氣體通過(guò)SGP30,MS1100,DHT11檢測(cè)器將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)通過(guò)AD轉(zhuǎn)換到STC12C5A60S2單片機(jī)內(nèi)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的檢測(cè)是否大于閾值，如果大于閾值則啟動(dòng)聲光報(bào)警，Ari724ug短信發(fā)送，換氣扇。也可以通過(guò)按鍵電路控制單片機(jī)內(nèi)閾值大小的改變。同時(shí)相應(yīng)的數(shù)據(jù)改動(dòng)和實(shí)時(shí)檢測(cè)的數(shù)值會(huì)通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸體現(xiàn)到1602液晶顯示上。圖3.12總流程圖3.4.1SGP30檢測(cè)電路啟動(dòng)，通過(guò)SGP30檢測(cè)二氧化碳濃度，然后通過(guò)AD轉(zhuǎn)換將數(shù)據(jù)給單片機(jī)本體。如圖所示：圖3.13SGP流程圖3.4.2按鍵電路設(shè)計(jì)在按鍵相對(duì)應(yīng)的單片機(jī)上設(shè)定好相關(guān)的程序，當(dāng)通電時(shí)，常時(shí)按鍵電路處于高電平狀態(tài)，當(dāng)按鍵按下時(shí)，電路處于低電平。此時(shí)消除抖動(dòng)以檢測(cè)是否按鍵真實(shí)被按下，如果按鍵被按下則向單片機(jī)發(fā)送一個(gè)電信號(hào)以啟動(dòng)按鍵程序達(dá)到設(shè)置相關(guān)功能的效果。我設(shè)定了五個(gè)不同的函數(shù)來(lái)達(dá)到不同的效果。流程圖圖如下所示：圖3.14按鍵電路流程圖3.4.31602液晶顯示電路設(shè)計(jì)采用的1602液晶顯示器，在每次進(jìn)行讀寫(xiě)操作時(shí)都必須進(jìn)行讀寫(xiě)檢測(cè)以確保STA7為0，啟動(dòng)后首先進(jìn)行初始化設(shè)置如顯示，顯示開(kāi)關(guān)數(shù)據(jù)控制等，當(dāng)初始化完成后開(kāi)始延時(shí)2ms，只有忙信號(hào)檢測(cè)到為低電平時(shí)，然后才會(huì)獲得現(xiàn)實(shí)RAM地址進(jìn)行編寫(xiě)。如圖所示：圖3.15液晶電路流程圖3.4.4聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)聲光報(bào)警電路由一個(gè)PNP開(kāi)關(guān)，發(fā)光二極管，蜂鳴器保護(hù)電阻組成。通電后，PNP端為低電頻，電路流通，啟動(dòng)發(fā)光二極管和蜂鳴器報(bào)警。如圖所示：圖3.16聲光報(bào)警流程圖3.4.5MS1100電路設(shè)計(jì)電路啟動(dòng)，經(jīng)過(guò)初始化后，通過(guò)MS1100檢測(cè)甲醛濃度，然后通過(guò)AD轉(zhuǎn)換將數(shù)據(jù)給單片機(jī)本體。如圖所示：圖3.17MS1100電路流程圖3.4.6DHT11溫濕設(shè)計(jì)DHT11的供電電壓為3－5.5V。傳感器上電后，要等待1s以越過(guò)不穩(wěn)定狀態(tài)?？偩€空閑狀態(tài)為高電平,主機(jī)把總線拉低等待DHT11響應(yīng),保證DHT11能檢測(cè)到起始信號(hào)。DHT11接收到主機(jī)的開(kāi)始信號(hào)后發(fā)送低電平響應(yīng)信號(hào).主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào)結(jié)束后,延時(shí)等待20-40us后,讀取DHT11的響應(yīng)信號(hào),主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào)后,可以切換到輸入模式。總線為低電平,發(fā)送數(shù)據(jù),當(dāng)最后一bit數(shù)據(jù)傳送完畢后，DHT11拉低總線將總線恢復(fù)高電平。如圖所示：圖3.18DHT溫濕色設(shè)計(jì)流程圖

4系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)4.1開(kāi)發(fā)環(huán)境本監(jiān)管器采用常規(guī)開(kāi)發(fā)軟件proteus和keil，對(duì)于運(yùn)行環(huán)境要求相對(duì)較低，并不需要過(guò)高配置也能操作如表4.1所示。表4.1系統(tǒng)所需軟、硬件環(huán)境硬件環(huán)境軟件環(huán)境CPU：6.0G以上操作系統(tǒng)：Windows10以上版本內(nèi)存：4GB以上開(kāi)發(fā)軟件：Keil5及以上硬盤(pán)：50GB以上電路板仿真軟件：ALTIUMDESIGNER顯卡：GTX1060以上4.2元件器材清單圖4.1元件器材清單圖4.3功能模塊實(shí)現(xiàn)4.3.1Air724UG通信模塊Air724UG通信模塊采用Air724UG芯片。實(shí)現(xiàn)的功能有：接受單片機(jī)發(fā)送的串口信息并儲(chǔ)存圖4.2通信模塊代碼將所檢測(cè)到的信息進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)換，中文轉(zhuǎn)換為Unicode編碼圖4.3通信模塊代碼（3）將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)發(fā)送到所設(shè)定好的電話號(hào)卡上實(shí)現(xiàn)功能的代碼如下：圖4.4通信模塊代碼4.3.2聲光報(bào)警模塊在本設(shè)計(jì)的模塊中，由于總線端和電源都是高電平，PNP三極管不允許電流通過(guò)到達(dá)負(fù)極，當(dāng)檢測(cè)到所檢測(cè)濃度超標(biāo)時(shí)單片機(jī)給予一個(gè)低電平，此時(shí)電流通過(guò)PNP端到達(dá)負(fù)極聲光報(bào)警開(kāi)始。蜂鳴器與二極管并聯(lián)后在串聯(lián)電路上，因此只設(shè)定蜂鳴器電路就可以。其程序代碼如下：圖4.5聲光報(bào)警代碼4.3.3按鍵電路實(shí)現(xiàn)按鍵電路設(shè)定了五個(gè)按鍵分別是頁(yè)面轉(zhuǎn)換code1，上翻code2，下翻code3,數(shù)據(jù)加code4，數(shù)據(jù)減code5.通過(guò)電信號(hào)來(lái)達(dá)到控制單片機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)的效果。具體的代碼如下：圖4.6按鍵電路部分代碼4.3.41602液晶顯示實(shí)現(xiàn)開(kāi)機(jī)后，等待初始化延時(shí)2ms圖4.7液晶顯示模塊代碼部分?jǐn)?shù)據(jù)顯示，其中前三個(gè)引腳代表3種不同的模式。圖4.8液晶顯示模塊代碼4.3.5DHT11溫濕功能的實(shí)現(xiàn)（1）讀取檢測(cè)的信息圖4.9DHT溫濕模塊代碼復(fù)位DHT11傳感器圖4.10DHT溫濕模塊代碼4.3.6MS1100甲醛實(shí)現(xiàn)申明甲醛數(shù)據(jù)為AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)并輸出相應(yīng)甲醛值圖4.11MS1100模塊代碼4.3.7SGP30二氧化碳實(shí)現(xiàn)其相關(guān)功能如下：初始化圖4.12SGP30模塊代碼獲取整合TVOC及二氧化碳數(shù)據(jù)圖4.13SGP30模塊代碼發(fā)送數(shù)據(jù)，停止總線，結(jié)束運(yùn)行圖4.14SGP30模塊代碼4.4實(shí)物制作4.4.1PCB圖的繪制本次設(shè)計(jì)采用ALTIUMDESIGNER軟件進(jìn)行PCB圖的繪制，通過(guò)在該軟件中進(jìn)行各種元器件的放置，和線路準(zhǔn)確地連接。在對(duì)放置的各個(gè)焊盤(pán)標(biāo)記好網(wǎng)絡(luò)號(hào)之后，就開(kāi)始焊接了。圖4.15PCB圖4.3.3電路板制作與實(shí)物的焊接（1）電路板的制作過(guò)程：設(shè)計(jì)電路原理圖和PCB布局圖，確定電路板的尺寸和布局。將PCB布局圖導(dǎo)入到PCB繪圖軟件中，完成電路板的布線設(shè)計(jì)。在電路板上標(biāo)注元件的位置和引腳位置，并通過(guò)軟件生成Gerber文件。將Gerber文件傳輸?shù)絇CB制造廠家，進(jìn)行生產(chǎn)前的檢查和確認(rèn)。制造廠家將Gerber文件轉(zhuǎn)化為鋼網(wǎng)文件，然后將鋼網(wǎng)覆蓋在銅箔層上，通過(guò)化學(xué)腐蝕或機(jī)械銑削的方式去除多余的銅箔。制造廠家通過(guò)光敏感電涂層技術(shù)將印刷油墨涂覆在電路板上，形成電路圖案。因?yàn)槠鞑姆矫娴脑螂娐钒宓脑贾谱鹘桓稄S家，后續(xù)的鉆孔和焊接自己進(jìn)行。圖4.15電路板背面圖（2）實(shí)物的焊接在電路板上鉆孔，用于安裝元件和進(jìn)行焊接。通過(guò)自動(dòng)插件機(jī)或手工安裝元件，進(jìn)行焊接。進(jìn)行電路板測(cè)試，確認(rèn)電路板的工作是否正常。進(jìn)行最終的組裝和封裝，完成電路板的制作。

部件展示圖4.16焊接成果圖界面切換按鈕，負(fù)責(zé)界面的切換上翻按鈕，負(fù)責(zé)選定位置的上移上調(diào)按鈕，負(fù)責(zé)選定位置的數(shù)值上調(diào)下翻按鈕，負(fù)責(zé)選定位置的下移下調(diào)按鈕，負(fù)責(zé)選定位置的數(shù)值下調(diào)電源開(kāi)關(guān)，負(fù)責(zé)電源的接通DHT11，負(fù)責(zé)檢測(cè)溫度和濕度SGP30，負(fù)責(zé)檢測(cè)二氧化碳電源接通入口，負(fù)責(zé)外接電源的接入STC12C5A60S2，單片機(jī)主體部分Ari724ug，負(fù)責(zé)短信發(fā)送MS1100，負(fù)責(zé)甲醛的檢測(cè)下載接入口1602液晶顯示器，負(fù)責(zé)信息的顯示換氣扇，負(fù)責(zé)氣體的更換5系統(tǒng)測(cè)試5.1測(cè)試計(jì)劃主要通過(guò)實(shí)機(jī)展示來(lái)檢測(cè)設(shè)計(jì)成果相關(guān)功能是否成功實(shí)現(xiàn)。5.1.1測(cè)試范圍與主要內(nèi)容（1）MS1100檢測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到閾值是否啟動(dòng)聲光報(bào)警。（2）SGP30傳感器能否正常檢測(cè)，且檢測(cè)結(jié)果超過(guò)閾值是否啟動(dòng)聲光報(bào)警。（3）DHT11傳感器能否正常檢測(cè)，且檢測(cè)結(jié)果達(dá)到閾值是否啟動(dòng)聲光報(bào)警。（4）Air724UG通信芯片能否檢測(cè)到單片機(jī)信號(hào)并成功發(fā)送短信。（5）LCD1602顯示器能否成功顯示相關(guān)數(shù)據(jù)。5.1.2測(cè)試方法（1）通過(guò)甲醛氣體進(jìn)行實(shí)際演示，發(fā)現(xiàn)MS1100檢測(cè)值達(dá)到能夠啟動(dòng)聲光報(bào)警。（2）通過(guò)哈氣的方式進(jìn)行實(shí)際演示，發(fā)現(xiàn)SGP30檢測(cè)值達(dá)到能夠啟動(dòng)聲光報(bào)警。（3）通過(guò)哈氣的方式進(jìn)行實(shí)際演示，發(fā)現(xiàn)DHT11檢測(cè)值達(dá)到能夠啟動(dòng)聲光報(bào)警。（4）當(dāng)啟動(dòng)聲光報(bào)警時(shí)，所設(shè)定的電話好卡能接收到報(bào)警短信，且短信信息無(wú)誤。（5）開(kāi)機(jī)，查看顯示屏能否正常顯示數(shù)據(jù)。5.1.3測(cè)試環(huán)境表5.1功能測(cè)試用例表測(cè)試項(xiàng)描述/輸入/操作期望結(jié)果實(shí)際結(jié)果MS1100使用甲醛氣體進(jìn)行實(shí)際演示觸發(fā)聲光報(bào)警觸發(fā)聲光報(bào)警SGP30哈氣觸發(fā)聲光報(bào)警觸發(fā)聲光報(bào)警DHT11哈氣觸發(fā)聲光報(bào)警觸發(fā)聲光報(bào)警Air724UG觸發(fā)報(bào)警所留電話號(hào)卡接收到正確短信所留電話號(hào)卡接收到正確短信LCD1602開(kāi)機(jī)顯示正常運(yùn)轉(zhuǎn)正常運(yùn)轉(zhuǎn)5.1.4測(cè)試結(jié)論本設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)功能測(cè)試后，各個(gè)模塊的功能正常運(yùn)行，達(dá)到了設(shè)計(jì)時(shí)的預(yù)期結(jié)果，測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題并對(duì)問(wèn)題及時(shí)做出修改，軟件運(yùn)行更加可靠、穩(wěn)定。最終得到了符合要求的高效率的希冀號(hào)車艙內(nèi)溫度與二氧化碳濃度監(jiān)管器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

6總結(jié)與展望6.1總結(jié)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)作為我整個(gè)大學(xué)學(xué)年所學(xué)知識(shí)的總結(jié)，它花費(fèi)了我很長(zhǎng)一段的時(shí)間，在這期間我查閱資料，努力思考，積極詢問(wèn)，將一些在課本上的的知識(shí)通過(guò)的實(shí)踐的方式交出了這份答卷。以前一些迷糊的地方得到了啟迪，當(dāng)然在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中我遇到了不少的難題，就例如當(dāng)時(shí)聲光報(bào)警電路異常，電流無(wú)法流通，通過(guò)仔細(xì)查看和電流解析發(fā)現(xiàn)原來(lái)是PNP三極管的流入和流出連接出現(xiàn)了差錯(cuò)，當(dāng)將它的方向調(diào)換后，聲光電路正常運(yùn)作。然后領(lǐng)悟到知識(shí)始終只是知識(shí)，而只有實(shí)踐才能讓它得到貫通和洞悉的真理。我也明白了學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，我會(huì)在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。6.2展望此次設(shè)計(jì)的功能預(yù)期達(dá)到了完美的實(shí)現(xiàn)，但還是有很多不足的地方。有關(guān)氣體的檢測(cè)不夠豐富，不能夠完全的覆蓋車內(nèi)的所有氣體檢測(cè)，SGP30傳感器價(jià)格實(shí)惠低廉，但需要常常檢差以保證它的準(zhǔn)確性。聲光報(bào)警的設(shè)定未進(jìn)行細(xì)化，或許可以設(shè)置一個(gè)播放時(shí)長(zhǎng)來(lái)減少對(duì)電源的消耗。后續(xù)應(yīng)該可以通過(guò)更換零件的方式來(lái)進(jìn)一步提高監(jiān)管器的檢測(cè)范圍和準(zhǔn)確性。

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