汽车室内空气综合检测系统

汽车室内空气综合检测系统

摘要

近年来，随着人类活动的加剧，环境问题已经越来越受到人们的关注，对空气质量监测已经成为天气预报必备的条件之一。特别是随着雾霾天气的增加，全国各地各种各样的空气质量监测设备如雨后春笋般出现，这些设备加载了当今先进的科技技术，对于空气污染起到了很好的监测报警作用。

当代社会人们的出行离不开乘坐汽车，但汽车内的空气质量还是令人担忧的。本文研究一种基于 STM32 的汽车室内空气污染物监测系统，通过 32位嵌入式微处理器处理气体传感器采集的数据，利用报警系统及时反映车内的空气质量指数，从而使汽车驾驶人员应时采取一些手段，改善汽车室内空气质量。

本课题从以下三个方面来完成汽车室内空气污染物监测：（1）监测系统硬件部分设计：采用意法半导体公司 STM32 系列中的 STM32F107 为处理核心，包含了传感器选型、数据采集电路、数模转换电路、供电电源电路、BMS(电源管理系统)、系统通讯电路、数据显示、报警电路等。（2）监测系统软件部分设计：包括系统开机自检、数据采集、数据传输、BMS(电源管理系统)、数据存储等程序设计。(3)系统关键技术分析及改善:包括传感器采集浓度准确度分析、报警装置稳定性分析、显示设备实时性分析、电池管理系统可靠性分析、系统不足之处改进等。

关键词

意法半导体 STM32；空气监测；电池管理系统 Abstract

In recent years, with the intensification of human activities, environmental problems have attracted more and more attention, the air quality monitoring has become one of the necessary conditions of weather forecast. Especially with the increase in haze weather, air quality monitoring equipment across a wide range of loading such as bamboo shoots after a spring rain like appearance, these devices in today's advanced science and technology, the air pollution has played a good role in monitoring alarm.

The car as one of the modern life can not lack of transportation, the indoor air

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quality problem also attracts people's attention. This paper presents a STM32 car indoor air pollutant monitoring system based on embedded microprocessor through the 32 bit data acquisition and processing of gas sensor, the alarm system to alert the driver to take measures to improve the indoor air quality of automobile.

This topic from the following three aspects to complete the car indoor air pollution monitoring: (1) monitoring system hardware design: semiconductor STM32 series of STM32F107 as the processing core by STMicroelectronics, including sensor selection, data acquisition circuit, analog-to-digital conversion circuit, power supply circuit, BMS (power management system), system communication circuit, data display and alarm circuit etc.. (2) monitoring system software design: including system boot, data acquisition, data transmission, BMS (power management system), data storage and program design. (3) to analyze and improve the key technologies of the system including: sensor concentration accuracy analysis, alarm analysis, display and analysis, real-time analysis, equipment reliability of the battery management system deficiencies and improvement of device stability. Key word

STMicroelectronics STM32; Air monitoring; Battery management system 引言

随着我国社会主义经济的发展，提高了汽车工业在我国经济发展中的产值比例。汽车工业虽然增加了我国的国民经济，但是汽车室内的环境还是让人堪忧的，目前汽车虽然已经普遍安装了空调装置，但是汽车室内的空气质量和环境舒适度仍然很差；另外，影响汽车室内环境的因素还有汽车室外的空气质量、行车路段、天气状况、昼夜温差等。因此，在设计和研发汽车时还应该注意汽车室内的设计，根据汽车自身的设备条件，控制好汽车室温，保持车内空气的新鲜度，保护车内的环境卫生，而且在采取这些措施过程中要确保乘客和汽车驾驶人员的安全，进而从源头控制汽车室内的空气污染，改善汽车室内的空气质量，为人们设计一个舒适的乘车环境。所以，对汽车室内空气综合检测系统的研究是必要的，希望通过本文的研究，能够为我国汽车室内环境的治理和建立完善汽车室内空气质量标准提供一些借鉴经验。

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1我国汽车室内空气综合检测系统研究现状

我国在汽车室内车内空气质量方面的研究落后于国外的先进国家，在2004年7月14日，我国国家环保总局开始起草、制定《车内空气污染物浓度限值及测量方法》，并在2007年12月开始生效并实施。2008年3月，出台了《车内挥发性有机物和醛酮类物质采样测定方法》，但是该检测方法不具有法律的强制规定；同年10月，限值标准讨论会议对《车内空气挥发性有机物浓度要求》进行补充，并明确指出了对汽车室内一些污染物的控制。2009 年，中国科学技术大学研究生徐定钧运用金属氧化物气体传感器技术，针对车内有害气体进行检测研究，设计出了具有金属氧化物传感器阵列的汽车室内空气检测系统。2011年，针对汽车室内空气质量是否达标，我国颁布了于2012年3月1日生效的《乘用车内部空气质量空气指南》，该指南的实施，标准我国在车内空气质量检测方面有了一定的进步，也为本监测系统的设计方面提供了一定的理论基础和技术指导。2015年，我国室内车内环境监测委员会发布了一号文件,经营者、生产者必须在2015年1月1日至2015年1月31日自行检查并纠正其违规违法的生产经营活动。2015年2月1日以后，我国工商行政管理局和市场监管局对于仍不采取措施调整生产经营活动的或是整改不符合国家标准的将依照相关的法律法规予以处罚；被处罚过的经营者、生产者仍不整改的，视为新的违法、犯罪行为，依照相关法律法规对其从重处罚。中国室内车内环境监测工作委员会所颁布的一号文件要求，各行各业都必须遵守行业规则、准责，加强自身的生产、经营管理，自觉遵守我国的法律法规，严格按照我国的法律法规和国家政策进行生产和经营 活动，并根据我国的工商行政管理总局的要求，自行检查和调整，规范行业的发展。

2汽车室内空气综合检测系统的研究

随着汽车的普及和数量的增加，逐渐暴露了汽车室内污染的问题，越来越多的人注重汽车室内空气的质量，而且多家媒体也报道此问题，而且我国的室内环境空气质量监测中心选取了许多型号的汽车进行研究和测试，结果表明汽车室内的空气环境较差。

2.1 汽车室内环境污染物及其发生源 2.1.1 汽车室内空气污染物及其类型

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目前科学研究表明，已经发现数百种汽车室内污染物，根据污染物的来源将其分为以下三种：

1. 化学性污染物

化学性污染物主要包括从装修材料、化妆用品、座椅等地方释放或排放出来的包括氨、氮氧化物、硫氧化物、炭氧化物等无机污染物及甲醛、苯、二甲苯等有机污染物。即可以分为两类:(1)挥发性有机物；(2)无机化合物。

2. 物理性污染物

物理性污染物包括汽车室内室外产生的噪音、汽车室内灯光照明不足或过亮、温度、湿度过高或过低所引起的相关问题等。即可以分为三类：(1)放射性氡及其子体；(2)噪声与振动；(3)汽车电器与照明设备引起的电磁污染。

3. 生物性污染物

生物性污染物主要是指因生物污染因子，包括细菌、真菌、花粉、病毒和生物体等引起的污染。按其性质分为两类：(1)悬浮固体污染物，灰尘、可吸入尘、微生物细胞（细菌、病毒、霉菌、尘螨等）、植物花粉、烟雾。最主要的是由汽车室外大气进入汽车室内的颗粒物，它们往往由于吸附一些能导致人体癌变的化学物质而被人类所普遍关注；(2)气体污染物，SO2、NO醛、苯系物)、氡气、?射线等[1]。

依据污染物的形成原因和形成方式，以及污染物以何种方式进入汽车内，将汽车室内污染物的源于概括为两种：一是来源汽车自身，二是汽车室外污染物的进入。

2.2 汽车室内空气污染的特点 汽车室内污染有如下特点：

1.人为因素致使汽车室内空气被污染，即汽车室内污染物不是自然现象引发的，也不是天气变化和社会条件致使的。

2.影响范围大。汽车室内空气污染与重工业对环境的污染是不相同的，而且与局部区域的河流污染、土壤污染等环境污染是有区别的，由于我国经济的快速发展推动了汽车工业进一步发展，扩大了汽车对社会的影响范围，至今已涉及到各个年龄段的人。

3.接触时间较长。随着汽车的普遍使用，增加了人们乘坐汽车的时间，尤其

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x、O3、NH3、VOC (甲

是汽车驾驶员、上班族、有车族、工人和学生，即使短时间的乘车也要2-4 小时，而长时间呆在有污染物的汽车内将会影响人们的健康。

4.污染物种类多。汽车室内污染物的种类不是单一的，而是多种多样的，包括固体颗粒状污染物、分子状污染物、放射性污染物以及微生物污染，它们都可能存在于汽车室内，并在室内相互作用和抵抗。

5.污染物浓度低。汽车室内空气污染物的类型是多样的，与其它环境污染相比，其污染程度要低得多，而且只针对单一的污染物来讲，其污染浓度比较微弱，但多种类型的污染物混合在一起就会增加污染浓度，对人体的危害也是很大的。

6.污染物危害大。虽然室外的空气遭受污染时浓度较大，但是大气对其有较强的吸附能力，经过一段时间空气质量就会明显变好，但是室内空气受到污染并不好改善，安装的空调设备等只能在一定程度上降低空气污染，并不能从根本上解决室内空气污染问题，而且还消耗能源，提高了室内污染物对人体的危害。

7.健康危害不清。室内空气污染虽然浓度较低，但是人们长时间处在空气受污染的室内，致使人体健康受到威胁，但产生的后果并不是明确的。

2.3汽车室内空气污染物的来源 汽车室内污染物的来源主要有以下五种： 1.发动机

汽车发动机产生的CO、NO2、SO2、可吸入颗粒物、甲醛、多环芳烃等。 2.汽车尾气

汽车排放的尾气中含有大量氮氧化物、一氧化碳、多环芳香烃等，汽车在高速公路行驶过程中，尤其在经过复杂的路段时，由于整体车厢的封闭，这些有害气体进入汽车室内，也没有采取一些措施降低污染浓度，反而严重影响车内驾驶人员和乘员的身体健康。

3.HAVC系统

汽车空调设备及系统管理不善和不当操作也会引起汽车室内空气的污染，如空调设备中新风采集口受到污染；空调设备的过滤器出现故障，无法过滤受污染的空气；气流组织不合理，导致污染物在某些地方得到积累，引发室内空气的污染；空调系统的凝结水盘和冷却水中有可能存在的一些污染物，致使室内的空气受到污染[2]。

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