汽车内部甲醛检测与控制系统设计

刘 欢，刘 康

（安康学院 电子与信息工程学院，陕西 安康 725000）

0 引 言

近年来，随着国民物质和生活水平的不断改善和提高，购买汽车的人越来越多。与此同时，人们对于汽车健康环保的问题也愈加重视。众所周知，汽车内部由车顶毡、座椅表皮、仪表盘涂层塑料以及其他装饰物构成，经高温暴晒后，车体内部会不时地散发出一股难闻的塑料金属味，其主要成分为甲醛。甲醛是一种原生的化学毒物，对人体健康具有直接的危害，其具有长期性、隐蔽性和潜伏性等特点。目前，车内甲醛检测主要以手持式检测装置为主，需要长期暴露于高温和甲醛含量未知的车内环境，存在潜在的健康隐患。同时，手持式检测装置含量检测不准确、使用不便捷、难以实时检测车体内甲醛含量，无法及时预警并采取措施降低甲醛浓度。

针对此问题，本系统结合单片机控制技术和无线通信技术，设计了一款汽车内部甲醛检测与控制系统，具备车内甲醛含量和温湿度实时检测、浓度超标语音提醒、远程控制车内通风换气等功能，避免甲醛浓度过高对人体造成危害，保障车辆使用者的身体健康。

1 系统总体设计

系统采用高灵敏度电化学甲醛传感器和温湿度传感器对车内甲醛和温湿度进行检测，以STM32F103为系统控制核心，对传感器数据进行处理，输出至OLED显示当前车内甲醛浓度和温湿度等信息。可使用按键设置甲醛浓度阈值，进行语音提醒，同时通过WiFi模块将预警数据上传至OneNET云平台，远程控制车内通风换气模块开启/关闭，降低车内甲醛浓度。

系统分为STM32F103主控模块、甲醛浓度传感器和温湿度传感器、电源模块、按键控制模块、OLED显示模块、WT588D语音模块和通风换气共7个模块，结构如图1所示。

图1 系统结构

2 硬件设计

2.1 STM32核心板

STM32是一种基于ARM Cortex-M3内核的32位应用程序集微控制器。其具有可靠的高性能、低功耗电源，创新的内核以及外设等超前的产品设计体系和技术核心结构，广泛应用于小型设备。系统采用STM32F103作为主控模块，对数据进行分析处理并发出控制指令。

2.2 ZE08-CH2O甲醛模组

ZE08-CHO是一种基于小型分子气体的电化学通用模组，利用电化学反应原理对空气中广泛存在的微量气体—甲醛进行探测。该模组具有高稳定性、高灵敏度和高分辨率等特点，主要应用于新风换气系统和便携式设备。甲醛模组主要技术指标见表1所列。

表1 甲醛模组技术指标

2.3 DHT11温湿度模块

DHT11是用于数字数据采集和自动化温湿度检测的自动测量传感器，其由一个数字电阻式感湿元件和一个NTC测温元件组成，具有很好的测量可靠性和卓越的长期运行稳定性。采用多种单线制串行接口，系统集成简单快捷，连接方便。DHT11主要技术指标见表2所列。

表2 DHT11技术指标

2.4 按键模块

按键分为返回键及增、减、确认键，通过按键的增、减来设置甲醛浓度和温湿度的阈值，设置完成后按下“确认”键表示设置成功，按下“返回”键将会返回到浓度显示界面。

2.5 OLED显示模块

OLED显示屏采用非常薄的有机玻璃材料制成涂层和有机玻璃基板，具有控制屏幕视角大小、功耗低、反应速度快和色彩对比度高等优点，适用于各种小型系统。系统采用1.3寸4针IC接口的OLED显示屏，用于显示甲醛浓度和温湿度数据。

2.6 WT588D语音模块

WT588D是一款具有单片机内核的高速可编程语音输入芯片，支持PWM/DAC两种语音输出方式，且同时支持插入静音模式和多种控制模式。该模块具有声音抗干扰能力强、输出音质好、音频采样率高等特点，可广泛应用于提醒器、智能家电等领域。

2.7 ESP8266串口WiFi模块

ESP8266是一款具有先进技术和高性能的UART-WiFi模块，支持STA/AP/STA+AP三种工作模式，采用串口与MCU通信，内置TCP/IP协议栈，能够直接实现串口与WiFi间的数据转换，具有数据传输速率快、能耗低和数据集成度高等优点，应用广泛。

2.8 OneNET云平台

OneNET是一款高效、稳定、安全的移动物联网应用开放平台，可轻松实现各种移动传感器和硬件通信设备的快速接入，支持移动网络应用环境和协议应用类型。该云平台具有低时延、高并发、高可用的特点，主要应用于智能家居、车联网等商业领域。

3 软件设计

3.1 程序结构设计

软件设计主要分为人机交互功能模块和数据处理功能模块。人机交互模块主要通过用户输入指令信号来自动实现所需功能。数据处理模块主要实现温湿度、甲醛浓度的检测与显示功能。通过传感器不断采集数据，同时对这些数据进行处理、修正和补偿，最终在OLED屏幕上进行显示。程序结构设计如图2所示。

图2 程序结构设计

3.2 程序流程设计

系统上电后，首先对系统的各功能模块进行初始化，设置标志位和定时器。其次，读取温湿度和甲醛浓度对应的模拟电流电压等电信号参数值，将模拟数据进行A/D转换和数据采集。最后，通过按键设置浓度阈值，若浓度超标，则语音提醒，同时将数据上传至云平台。程序流程设计如图3所示。

图3 程序流程

4 测试结果

4.1 显示测试

在数据传输测试过程中，将甲醛系统放置到汽车中，可以准确检测到当前车内甲醛的浓度以及温湿度信息，并将信息在OLED屏幕上显示，实现数据的本地化展示。OLED显示结果如图4所示。

图4 OLED显示结果

4.2 云平台测试

在数据实时展示中，通过WiFi模块将数据成功发送至OneNET云平台，并在云平台上实时查看更新的数据，借助手机发送指令远程控制汽车换气，及时降低车内甲醛浓度。OneNET测试结果如图5所示。

图5 OneNET测试结果

5 结 语

本设计经过电路图设计、PCB板制作和实物焊接，最终完成了系统软件和硬件的测试。系统能以较高的精度实时检测甲醛浓度，从而远程控制车内通风换气，满足汽车内部甲醛检测与系统控制的基本需求。