汽車室內(nèi)空氣綜合檢測系統(tǒng)

1、汽車室內(nèi)空氣綜合檢測系統(tǒng)摘要近年來，隨著人類活動的加劇，環(huán)境問題已經(jīng)越來越受到人們的關(guān)注，對 空氣質(zhì)量監(jiān)測已經(jīng)成為天氣預(yù)報(bào)必備的條件之一。特別是隨著霧霾天氣的增加， 全國各地各種各樣的空氣質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備如雨后春筍般出現(xiàn)，這些設(shè)備加載了當(dāng)今 先進(jìn)的科技技術(shù)，對于空氣污染起到了很好的監(jiān)測報(bào)警作用。當(dāng)代社會人們的出行離不開乘坐汽車，但汽車內(nèi)的空氣質(zhì)量還是令人擔(dān)憂 的。本文研究一種基于STM32的汽車室內(nèi)空氣污染物監(jiān)測系統(tǒng)，通過32位嵌 入式微處理器處理氣體傳感器采集的數(shù)據(jù)，利用報(bào)警系統(tǒng)及時(shí)反映車內(nèi)的空氣質(zhì) 量指數(shù)，從而使汽車駕駛?cè)藛T應(yīng)時(shí)采取一些手段，改善汽車室內(nèi)空氣質(zhì)量。本課題從以下三個(gè)方面來完成汽車

2、室內(nèi)空氣污染物監(jiān)測：（1）監(jiān)測系統(tǒng)硬件 部分設(shè)計(jì)：采用意法半導(dǎo)體公司STM32系列中的STM32F107為處理核心，包含 了傳感器選型、數(shù)據(jù)采集電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、供電電源電路、BMS（電源管理系 統(tǒng)）、系統(tǒng)通訊電路、數(shù)據(jù)顯示、報(bào)警電路等。（2）監(jiān)測系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)：包 括系統(tǒng)開機(jī)自檢、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、BMS（電源管理系統(tǒng)）、數(shù)據(jù)存儲等程序 設(shè)計(jì)。（3）系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析及改善:包括傳感器采集濃度準(zhǔn)確度分析、報(bào)警裝置 穩(wěn)定性分析、顯示設(shè)備實(shí)時(shí)性分析、電池管理系統(tǒng)可靠性分析、系統(tǒng)不足之處改 進(jìn)等。關(guān)鍵詞意法半導(dǎo)體STM32 ；空氣監(jiān)測；電池管理系統(tǒng)AbstractIn recent years

3、, 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

4、 of loading such as bamboo shoots after a spring rain like appearance, these devices in todays 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 quality problem also attracts

5、peoples 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 topi

6、c 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 circ

7、uit, 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 analyz

8、e 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 wordSTMicroelectronics STM32; Air

9、monitoring; Battery management system 引言隨著我國社會主義經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，提高了汽車工業(yè)在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的產(chǎn)值比 例。汽車工業(yè)雖然增加了我國的國民經(jīng)濟(jì)，但是汽車室內(nèi)的環(huán)境還是讓人堪憂的， 目前汽車雖然已經(jīng)普遍安裝了空調(diào)裝置，但是汽車室內(nèi)的空氣質(zhì)量和環(huán)境舒適度 仍然很差；另外，影響汽車室內(nèi)環(huán)境的因素還有汽車室外的空氣質(zhì)量、行車路段、 天氣狀況、晝夜溫差等。因此，在設(shè)計(jì)和研發(fā)汽車時(shí)還應(yīng)該注意汽車室內(nèi)的設(shè)計(jì)， 根據(jù)汽車自身的設(shè)備條件，控制好汽車室溫，保持車內(nèi)空氣的新鮮度，保護(hù)車內(nèi) 的環(huán)境衛(wèi)生，而且在采取這些措施過程中要確保乘客和汽車駕駛?cè)藛T的安全，進(jìn) 而從源頭控制汽

10、車室內(nèi)的空氣污染，改善汽車室內(nèi)的空氣質(zhì)量，為人們設(shè)計(jì)一個(gè) 舒適的乘車環(huán)境。所以，對汽車室內(nèi)空氣綜合檢測系統(tǒng)的研究是必要的，希望通 過本文的研究，能夠?yàn)槲覈囀覂?nèi)環(huán)境的治理和建立完善汽車室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo) 準(zhǔn)提供一些借鑒經(jīng)驗(yàn)。1我國汽車室內(nèi)空氣綜合檢測系統(tǒng)研究現(xiàn)狀我國在汽車室內(nèi)車內(nèi)空氣質(zhì)量方面的研究落后于國外的先進(jìn)國家，在2004 年7月14日，我國國家環(huán)保總局開始起草、制定車內(nèi)空氣污染物濃度限值及 測量方法，并在2007年12月開始生效并實(shí)施。2008年3月，出臺了車內(nèi)揮 發(fā)性有機(jī)物和醛酮類物質(zhì)采樣測定方法，但是該檢測方法不具有法律的強(qiáng)制規(guī) 定；同年10月，限值標(biāo)準(zhǔn)討論會議對車內(nèi)空氣揮發(fā)性有機(jī)物

11、濃度要求進(jìn)行 補(bǔ)充，并明確指出了對汽車室內(nèi)一些污染物的控制。2009年，中國科學(xué)技術(shù)大 學(xué)研究生徐定鈞運(yùn)用金屬氧化物氣體傳感器技術(shù)，針對車內(nèi)有害氣體進(jìn)行檢測研 究，設(shè)計(jì)出了具有金屬氧化物傳感器陣列的汽車室內(nèi)空氣檢測系統(tǒng)。2011年， 針對汽車室內(nèi)空氣質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)，我國頒布了于2012年3月1日生效的乘用 車內(nèi)部空氣質(zhì)量空氣指南，該指南的實(shí)施，標(biāo)準(zhǔn)我國在車內(nèi)空氣質(zhì)量檢測方面 有了一定的進(jìn)步，也為本監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面提供了一定的理論基礎(chǔ)和技術(shù)指 導(dǎo)。2015年，我國室內(nèi)車內(nèi)環(huán)境監(jiān)測委員會發(fā)布了一號文件,經(jīng)營者、生產(chǎn)者必 須在2015年1月1日至2015年1月31日自行檢查并糾正其違規(guī)違法的生產(chǎn)經(jīng)

12、營活動。2015年2月1日以后，我國工商行政管理局和市場監(jiān)管局對于仍不采 取措施調(diào)整生產(chǎn)經(jīng)營活動的或是整改不符合國家標(biāo)準(zhǔn)的將依照相關(guān)的法律法規(guī) 予以處罰；被處罰過的經(jīng)營者、生產(chǎn)者仍不整改的，視為新的違法、犯罪行為， 依照相關(guān)法律法規(guī)對其從重處罰。中國室內(nèi)車內(nèi)環(huán)境監(jiān)測工作委員會所頒布的一 號文件要求，各行各業(yè)都必須遵守行業(yè)規(guī)則、準(zhǔn)責(zé)，加強(qiáng)自身的生產(chǎn)、經(jīng)營管理， 自覺遵守我國的法律法規(guī)，嚴(yán)格按照我國的法律法規(guī)和國家政策進(jìn)行生產(chǎn)和經(jīng)營 活動，并根據(jù)我國的工商行政管理總局的要求，自行檢查和調(diào)整，規(guī)范行業(yè)的發(fā) 展。2汽車室內(nèi)空氣綜合檢測系統(tǒng)的研究隨著汽車的普及和數(shù)量的增加，逐漸暴露了汽車室內(nèi)污染的問題，

13、越來越多 的人注重汽車室內(nèi)空氣的質(zhì)量，而且多家媒體也報(bào)道此問題，而且我國的室內(nèi)環(huán) 境空氣質(zhì)量監(jiān)測中心選取了許多型號的汽車進(jìn)行研究和測試，結(jié)果表明汽車室內(nèi) 的空氣環(huán)境較差。2.1汽車室內(nèi)環(huán)境污染物及其發(fā)生源2.1.1汽車室內(nèi)空氣污染物及其類型目前科學(xué)研究表明，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)數(shù)百種汽車室內(nèi)污染物，根據(jù)污染物的來源將 其分為以下三種：化學(xué)性污染物化學(xué)性污染物主要包括從裝修材料、化妝用品、座椅等地方釋放或排放出來 的包括氨、氮氧化物、硫氧化物、炭氧化物等無機(jī)污染物及甲醛、苯、二甲苯等 有機(jī)污染物。即可以分為兩類：（1）揮發(fā)性有機(jī)物；（2）無機(jī)化合物。物理性污染物物理性污染物包括汽車室內(nèi)室外產(chǎn)生的噪音、汽車室

14、內(nèi)燈光照明不足或過 亮、溫度、濕度過高或過低所引起的相關(guān)問題等。即可以分為三類：（1）放射性 氡及其子體；（2）噪聲與振動；（3）汽車電器與照明設(shè)備引起的電磁污染。生物性污染物生物性污染物主要是指因生物污染因子，包括細(xì)菌、真菌、花粉、病毒和生 物體等引起的污染。按其性質(zhì)分為兩類：（1）懸浮固體污染物，灰塵、可吸入塵、 微生物細(xì)胞（細(xì)菌、病毒、霉菌、塵螨等）、植物花粉、煙霧。最主要的是由汽 車室外大氣進(jìn)入汽車室內(nèi)的顆粒物，它們往往由于吸附一些能導(dǎo)致人體癌變的化 學(xué)物質(zhì)而被人類所普遍關(guān)注；（2）氣體污染物，SO2、NO x、O3、NH3、VOC （甲 醛、苯系物）、氡氣、射線等1依據(jù)污染物的形成原

15、因和形成方式，以及污染物以何種方式進(jìn)入汽車內(nèi)，將 汽車室內(nèi)污染物的源于概括為兩種：一是來源汽車自身，二是汽車室外污染物的 進(jìn)入。2.2汽車室內(nèi)空氣污染的特點(diǎn)汽車室內(nèi)污染有如下特點(diǎn)：人為因素致使汽車室內(nèi)空氣被污染，即汽車室內(nèi)污染物不是自然現(xiàn)象引發(fā) 的，也不是天氣變化和社會條件致使的。影響范圍大。汽車室內(nèi)空氣污染與重工業(yè)對環(huán)境的污染是不相同的，而且 與局部區(qū)域的河流污染、土壤污染等環(huán)境污染是有區(qū)別的，由于我國經(jīng)濟(jì)的快速 發(fā)展推動了汽車工業(yè)進(jìn)一步發(fā)展，擴(kuò)大了汽車對社會的影響范圍，至今已涉及到 各個(gè)年齡段的人。接觸時(shí)間較長。隨著汽車的普遍使用，增加了人們乘坐汽車的時(shí)間，尤其 是汽車駕駛員、上班族、有車

16、族、工人和學(xué)生，即使短時(shí)間的乘車也要2-4小 時(shí)，而長時(shí)間呆在有污染物的汽車內(nèi)將會影響人們的健康。污染物種類多。汽車室內(nèi)污染物的種類不是單一的，而是多種多樣的，包 括固體顆粒狀污染物、分子狀污染物、放射性污染物以及微生物污染，它們都可 能存在于汽車室內(nèi)，并在室內(nèi)相互作用和抵抗。污染物濃度低。汽車室內(nèi)空氣污染物的類型是多樣的，與其它環(huán)境污染相 比，其污染程度要低得多，而且只針對單一的污染物來講，其污染濃度比較微弱， 但多種類型的污染物混合在一起就會增加污染濃度，對人體的危害也是很大的。污染物危害大。雖然室外的空氣遭受污染時(shí)濃度較大，但是大氣對其有較 強(qiáng)的吸附能力，經(jīng)過一段時(shí)間空氣質(zhì)量就會明顯變好

17、，但是室內(nèi)空氣受到污染并 不好改善，安裝的空調(diào)設(shè)備等只能在一定程度上降低空氣污染，并不能從根本上 解決室內(nèi)空氣污染問題，而且還消耗能源，提高了室內(nèi)污染物對人體的危害。健康危害不清。室內(nèi)空氣污染雖然濃度較低，但是人們長時(shí)間處在空氣受 污染的室內(nèi)，致使人體健康受到威脅，但產(chǎn)生的后果并不是明確的。2.3汽車室內(nèi)空氣污染物的來源汽車室內(nèi)污染物的來源主要有以下五種：發(fā)動機(jī)汽車發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的CO、NO2、SO2、可吸入顆粒物、甲醛、多環(huán)芳烴等。汽車尾氣汽車排放的尾氣中含有大量氮氧化物、一氧化碳、多環(huán)芳香烴等，汽車在高 速公路行駛過程中，尤其在經(jīng)過復(fù)雜的路段時(shí)，由于整體車廂的封閉，這些有害 氣體進(jìn)入汽車室內(nèi)，

18、也沒有采取一些措施降低污染濃度，反而嚴(yán)重影響車內(nèi)駕駛 人員和乘員的身體健康。HAVC系統(tǒng)汽車空調(diào)設(shè)備及系統(tǒng)管理不善和不當(dāng)操作也會引起汽車室內(nèi)空氣的污染，如 空調(diào)設(shè)備中新風(fēng)采集口受到污染；空調(diào)設(shè)備的過濾器出現(xiàn)故障，無法過濾受污染 的空氣；氣流組織不合理，導(dǎo)致污染物在某些地方得到積累，引發(fā)室內(nèi)空氣的污 染；空調(diào)系統(tǒng)的凝結(jié)水盤和冷卻水中有可能存在的一些污染物，致使室內(nèi)的空氣 受到污染2車內(nèi)裝飾材料車內(nèi)裝飾材料和化學(xué)品釋放的甲醛和揮發(fā)性有機(jī)化合物、氡及其子體等。乘客乘客本身也是室內(nèi)空氣污染的來源。人體活動過程中呼出的氣體和排出的汗 液都是污染物的來源，包括氮化物、乳酸、角質(zhì)層、二氧化碳等。此外，人們說

19、 話、咳嗽、打噴嚏將呼吸道中存在的各種病原體、細(xì)菌排入到室內(nèi)空氣中。而且 一些乘客在車內(nèi)吸煙，致使汽車室內(nèi)的空氣受到污染。下表說明了每根香煙產(chǎn)生 的污染物濃度。每根香煙產(chǎn)生的煙霧中的污染物含量成分含量一氧化碳10-23 mg二氧化碳20-40 mg羥基硫化物18-42 Mg苯12-48 Mg甲苯100-200 Mg甲醛70-100 Mg氨50-130 Mg氮氧化物100-600 Mg2.4汽車室內(nèi)空氣品質(zhì)的定義及影響因素2.4.1室內(nèi)空氣品質(zhì)的概念汽車室內(nèi)的環(huán)境影響人們的身體健康，隨著人們對室內(nèi)環(huán)境認(rèn)知程度的加 深，提出了室內(nèi)空氣品質(zhì)理論。室內(nèi)空氣品質(zhì)是指，某個(gè)環(huán)境內(nèi)的空氣對人們?nèi)?常生活的影

20、響程度，顯現(xiàn)了人們對環(huán)境的要求，是供人們呼吸的空氣，包括影響 人體的溫度、濕度、氣候、晝夜溫差、氣流結(jié)構(gòu)和空氣濃度。熱濕環(huán)境是大部分 人群認(rèn)為最適宜的室內(nèi)環(huán)境，且這種環(huán)境的空氣新鮮度和空氣質(zhì)量較好，以滿足 人體舒適和健康的需要。2.4.3影響汽車室內(nèi)空氣質(zhì)量的因素基于室內(nèi)空氣品質(zhì)的概念來分析汽車室內(nèi)空氣品質(zhì)受哪些方面的影響，具體 概括出以下四點(diǎn)：新風(fēng)的質(zhì)量。汽車窗口流入的空氣的質(zhì)量和空調(diào)的新風(fēng)口吸入空氣的質(zhì)量 直接決定了汽車室內(nèi)空氣品質(zhì)的好壞。汽車室內(nèi)和室外的溫度、濕度及汽車室內(nèi)空氣組織結(jié)構(gòu)，這些都影響著車 內(nèi)的空氣品質(zhì)。汽車室內(nèi)空氣污染物的濃度。如固體懸浮物、氣體污染物等生物性污染物， 有揮

21、發(fā)的有機(jī)物、無機(jī)化合物的化學(xué)性污染物，放射性氡、噪聲、汽車照明等物 理性污染物，這些污染物在綜合作用下影響著汽車室內(nèi)空氣的濃度。汽車室內(nèi)的氣流組織結(jié)構(gòu)。良好的氣流組織結(jié)構(gòu)既可以降低汽車室內(nèi)污染 物的濃度，又可以減少污染物對人體的損害，如果沒有一個(gè)合理的氣流組織結(jié)構(gòu)， 污染物將會長時(shí)間作用于人體，帶來不利的后果。2.5汽車室內(nèi)空氣綜合檢測系統(tǒng)的建立2.5.1汽車室內(nèi)空氣綜合檢測系統(tǒng)建立的意義和目的汽車室內(nèi)空氣污染降低了人們的生活和工作質(zhì)量，也致使人們的身體健康遭 受危害。這主要是因?yàn)?，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，交通工具也變得多樣化，如汽車、 火車、地鐵、高鐵、飛機(jī)和輪船，方便了人們的出行，從而增加了人

22、們的車車時(shí) 間；而且汽車室內(nèi)污染物的來源、種類以及濃度不斷上升，室內(nèi)環(huán)境每況愈下； 再加上汽車等都通常采用車廂密封的方法來減少耗能，而且有的汽車內(nèi)空調(diào)設(shè)備 比較落后或安裝時(shí)間較長，降低了空調(diào)的作用，促使汽車室內(nèi)的污染物濃度不減 反而增加，污染物不能及時(shí)排出車外，導(dǎo)致汽車室內(nèi)環(huán)境變差。汽車室內(nèi)空氣污染物不僅產(chǎn)生于汽車室內(nèi)，而且還可能是由于汽車室外環(huán)境 中的污染物進(jìn)入汽車室內(nèi)的導(dǎo)致的。汽車室內(nèi)的污染物來自于汽車的車座、裝飾 物品等，以及車主自身產(chǎn)生的污染物。汽車室外的污染物來自汽車室外空氣環(huán)境 中的污染物，如工業(yè)廢氣、汽車尾氣等。目前，我國并沒有完善的針對汽車室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)方面的法律法規(guī)，為對

23、汽車室內(nèi)空氣污染進(jìn)行防控與提高汽車室內(nèi)的空氣品質(zhì)，需要依據(jù)我國的汽車室 內(nèi)空氣質(zhì)量的現(xiàn)狀，借鑒國外先進(jìn)國家對汽車室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，研發(fā)先進(jìn)的、 完善的汽車室內(nèi)空氣質(zhì)量綜合檢測系統(tǒng)，并為完善我國汽車室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)方 面相關(guān)的法律法規(guī)提供借鑒方案。2.5.2汽車室內(nèi)空氣綜合檢測系統(tǒng)各參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值的確定為了使確定的汽車室內(nèi)空氣綜合檢測系統(tǒng)參數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)化，筆者對汽車室內(nèi)污 染物進(jìn)行了相關(guān)調(diào)查，同時(shí)參考世界衛(wèi)生組織汽車室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和我國汽車 室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)來確定系統(tǒng)參數(shù)值，即確定標(biāo)準(zhǔn)化的二氧化硫、二氧化氮、一 氧化碳、二氧化碳、氨、甲醛、苯、甲苯、二甲苯、TVOC、溫度、相對濕度和空 氣流速的參數(shù)值

24、5二氧化硫二氧化硫是一種無色的氣體，且有刺激性氣味，影響人們的呼吸，并刺激人 體的呼吸道。二氧化硫濃度為10-15ppm，就會開始影響呼吸道的正常功能；二 氧化硫濃度為20ppm，人們就會開始咳嗽，還對人們的眼睛有一定的刺激性；當(dāng) 人們在8小時(shí)到24小時(shí)之內(nèi)吸入濃度為100ppm的二氧化硫時(shí)，便會嚴(yán)重影響人 們的支氣管和肺，致使人們呼吸不暢、咳嗽加重，甚至使支氣管和肺受損癥狀； 當(dāng)二氧化硫濃度高達(dá)400ppm時(shí)，會致使人們呼吸困難。如果人們不僅吸入了二 氧化硫，還吸入了固體顆粒漂浮物，則會擴(kuò)大3-4倍二氧化硫?qū)Ψ蔚膿p傷。世 界衛(wèi)生組織對室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定為每24小時(shí)二氧化硫的濃度為 0.1

25、253mg/m3。我國環(huán)境保護(hù)部和質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局在201年聯(lián)合發(fā)布了編 號為GB3095-2012的環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并對二氧化硫進(jìn)行二級濃度限值， 限定二氧化硫1小時(shí)的平均濃度為0.50mg/m3 ；我國GBT18883-2002室內(nèi)空氣 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定二氧化硫1小時(shí)平均濃度為0.50mg/m3。二氧化硫的存在只是致使汽車室內(nèi)空氣污染的一個(gè)小因素，所以，對二氧化 硫濃度參數(shù)值的確定按照我國GBT18883-2012室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的二級 濃度限定值采取樣本為1小時(shí)平均濃度為0.50mg/ m3。二氧化氮二氧化氮是一種棕紅色氣體，且有臭味，具有一定的刺激性和腐蝕性。二氧 化氮對于呼吸系

26、統(tǒng)有病癥的人有較大的危害性，二氧化氮能加重哮喘患者的病 情，也會影響青少年的成長。經(jīng)研究表明，長時(shí)間處在有二氧化氮存在的空氣污 染環(huán)境中，可能會誘發(fā)肺部的病變。然而，汽車室內(nèi)的二氧化氮主要是來源于汽 車自身排放的尾氣和汽車室外空氣中存在的二氧化氮進(jìn)入了車內(nèi)。世界衛(wèi)生組織曾用動物做實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證二氧化氮的危害以及濃度數(shù)值，確定二 氧化氮的濃度為0.943mg/m就會影響到動物的健康，并將此濃度設(shè)定為標(biāo)準(zhǔn)濃度 值。后期又經(jīng)過多次的試驗(yàn)，結(jié)果證明了 0.80-1.00mg/m3濃度的二氧化氮就會 危害到動物自身，0.31-0.62mg/m3濃度的二氧化氮便可威脅人們身體健康?？諝庵胁煌琋O含量對人體的危

27、害空氣中NO含量呼吸時(shí)間與癥狀%mg /L0.0040.19短時(shí)間作用無明顯反應(yīng)0.0060.29短時(shí)間作用氣管感到刺激0.0100.48短時(shí)間內(nèi)就會咳嗽，長時(shí)間對生命有危險(xiǎn)0.0251.20短時(shí)間內(nèi)會迅速死亡我國GBT18883-2002室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定二氧化氮濃度的標(biāo)準(zhǔn)值為1 小時(shí)平均0.243mg/m 3。二氧化氮也是汽車室內(nèi)污染物的一小部分，所以，對汽車室內(nèi)二氧化氮參數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)化取值依照我國的GBT18883-2002室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定濃度，確定 二氧化氮參數(shù)為1小時(shí)平均濃度為0.24mg/m 3。一氧化碳一氧化碳是通過血液作用于人體的，其與血液中的血紅蛋白相互融合、相互 作用，

28、形最終形成了碳氧血紅蛋白（COHb）, 一氧化碳與血紅蛋白結(jié)合的能力遠(yuǎn) 超過氧氣與血紅蛋白結(jié)合的能力，從而降低了血液輸送氧的能力，造成低氧血癥， 引起組織缺氧。缺氧首先損害大腦和心肌。若碳氧血紅蛋白在人體內(nèi)的濃度達(dá)到 10%，就會引發(fā)心血管疾病，導(dǎo)致中樞神經(jīng)紊亂；若濃度為2.5%，則會增加胸 痛的程度6在CO氣體中暴露8h后出現(xiàn)的癥狀CO 濃度（ppm）癥狀50無癥狀100前額有緊繃感，輕微頭疼200頭痛且太陽穴跳動300嚴(yán)重頭痛、眩暈、嘔吐及虛脫20001h內(nèi)死亡世界貿(mào)易組織確定的標(biāo)準(zhǔn)是空氣中一氧化碳濃度應(yīng)該與血紅蛋白結(jié)合成的COHb在人體血液中的濃度為2.5%以內(nèi)。同時(shí)WHO Guidel

29、ine規(guī)定一氧化碳濃度 指標(biāo)為103mg/m 3?？諝庵胁煌珻O含量對人體的危害CO含量（）呼吸時(shí)間與癥狀0.022-3h，感到輕微頭疼0.041-2h，前頭疼；2.5-3.5h，后頭疼0.0845min，頭疼，隨著嘔吐；2h，神智昏迷0.1620min，頭疼，隨著嘔吐；2h，死亡0.325T0min，頭疼；30min，死亡0.641-2min，頭疼；10-15min，死亡1.28吸入幾次即昏迷，1-3min，死亡我國GB3095-2012環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對一氧化碳的濃度進(jìn)行了二級濃度的限值，限定為1小時(shí)平均10mg/m 3。經(jīng)過上面的分析，結(jié)果表明了一氧化碳不是致使汽車室內(nèi)空氣污染的最直接

30、的污染物，對于汽車室內(nèi)空氣綜合檢測系統(tǒng)中一氧化碳參數(shù)值的確定，選取了濃 度為1小時(shí)平均10mg/m3，即約為9ppm。二氧化碳人們活動產(chǎn)生了大量的二氧化碳，室內(nèi)的容積以及通風(fēng)狀況都會涌向二氧化 碳的濃度，二氧化碳的濃度達(dá)到一定數(shù)值就會危害人體健康，而且二氧化碳與其 它污染物相互作用會加劇室內(nèi)空氣污染的惡化。通常來說，室內(nèi)的二氧化碳濃度低于0.07%對人體是不會有任何影響的， 0.1%時(shí)個(gè)別敏感者有不舒適感；0.15%時(shí)不舒適感明顯。二氧化碳濃度對人的影響二氧化碳濃度（）生理心理影響0.3對人體生理沒有影響0.5-0.8長期暴露對肌體影響輕微1.0人體每分鐘呼吸量和潮氣量增加60%,胃酸酸度升高

31、，心力儲備下降2.0運(yùn)動適應(yīng)能力開始下降3.0人體每分鐘呼吸量和潮氣量增加100%-130%，基本生理功能改變7.0-9.0人體耐受極限10.0意識喪失，呼吸變?nèi)酰獕合陆?，甚至死亡GB/T17094-1997中國室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定二氧化碳濃度W 0.10% (2000mg/m3 )。GBT18883-2002室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定二氧化碳的標(biāo)準(zhǔn)濃度 值為 1260mg/m 3。為了人們的安全、身體健康和乘車環(huán)境更好，對于汽車室內(nèi)空氣綜合檢測系 統(tǒng)中二氧化碳濃度的參數(shù)值的確定，選用濃度1200mg/m 3，即1000ppm。氨氨遇到其它一些物質(zhì)容易發(fā)生溶解，對人的眼睛、呼吸道和皮膚的有刺激性。

32、 Saifutdinov (1966)測定22位最敏感者嗅閾為0.5-0.55mg/m3。氨還具有腐 蝕性，當(dāng)室內(nèi)氨的濃度太高，就會嚴(yán)重?fù)p害中樞神經(jīng)系統(tǒng)和三叉神經(jīng)，導(dǎo)致休克， 人體停止呼吸、心臟停止跳動。人們能夠接受的氨的濃度在0.5-1mg/m3之間， 若是濃度超過50mg/m3，就會強(qiáng)烈刺激鼻子、咽喉、眼睛，當(dāng)濃度超過了 500 mg/m 3，就會出現(xiàn)強(qiáng)烈刺激癥狀，當(dāng)濃度超過1500mg/m 3，就會威脅到生命安全， 3500mg/m3以上可即時(shí)死亡，而且人們?nèi)羰翘幵谌毖鯛顟B(tài)下，則會加大氨的毒性 7我國GBT18883-2002室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定氨的濃度值為0.20mg/m3。在對汽車室

33、內(nèi)空氣綜合檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，確定氨的濃度的參數(shù)值為 0.20mg/m 3。甲醛甲醛有很強(qiáng)的毒性，在我國有毒化學(xué)品排行榜中中占據(jù)第二名。并且世界衛(wèi) 生組織也將甲醛列為致癌物質(zhì)及致畸形物質(zhì)，甲醛嚴(yán)重威脅著人類的安全。長期處在被甲醛污染的汽車室內(nèi)環(huán)境中，會誘發(fā)許多狀況。汽車室內(nèi)甲醛氣 味不易消散，長時(shí)間作用于人體；降低了人體免疫力，易引發(fā)病情；感覺嗓子不 舒服，而且呼吸不暢；有群發(fā)性的皮膚過敏現(xiàn)象；在汽車室內(nèi)的乘客們都感覺有 些不舒服，離開汽車后卻明顯緩解不適。短時(shí)間甲醛暴露的人體急性刺激反應(yīng)人體健康效應(yīng)空氣甲醛濃度水平（mg/m3）報(bào)道范圍中位數(shù)嗅覺0.06-1.20.1眼刺激感0.01-1.90

34、.5咽刺激感0.1-3.10.6眼刺激感2.5-3.73.1流淚（30分鐘暴露5.0-6.25.6強(qiáng)烈流淚（1小時(shí)暴露）12-2517.8危及生命:水腫、炎癥、肺炎37-6037.5死亡60-125125我國GBT18883-2002室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了甲醛濃度的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值為1小時(shí)平均0.10mg/m3。世界衛(wèi)生組織以人們嗅覺的承受濃度值的中間數(shù)作為濃度標(biāo)準(zhǔn)值，制定甲醛 在室內(nèi)空氣濃度為0.10mg/m3。汽車室內(nèi)的空間是有限的，且甲醛造成汽車室內(nèi)空氣污染的重要因素，參考 世界衛(wèi)生組織的室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和我國的室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，確定本文設(shè)計(jì)的 汽車室內(nèi)空氣綜合檢測系統(tǒng)內(nèi)甲醛的參數(shù)值，選取值為0

35、.12mg/m3，即0.1ppm。苯世界衛(wèi)生組織在1993年將苯納入致癌物質(zhì)行列。苯的毒性是劇烈的，其不 僅能夠致使人們患上癌癥，還對血液和遺傳方面有損害，嚴(yán)重影響人們的身體健 康。苯中毒損傷人體的中樞神經(jīng)、神經(jīng)以及造血器官、造血干細(xì)胞。如果一個(gè)人在很少的時(shí)間內(nèi)吸入4000ppm以上的苯，就會刺激到人體的短 時(shí)間除黏膜及肺，還會抑制中樞神經(jīng)，此時(shí)人們就會感到頭痛、惡心、抽痙及心 律不整，甚至陷入昏迷狀態(tài)。吸入14000ppm以上的苯會立即死亡。GBT18883-2002室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定苯為0.11mg/m3。吸入苯蒸汽引起的健康效應(yīng)效應(yīng) 描述暴露水平（20。0來源時(shí)間 / （mg/m3 ）

36、死亡一5-10min64800 Thienes（1972 年）中樞神經(jīng)系統(tǒng) 頭暈，困倦，頭痛，惡心數(shù)小時(shí)810-1620 Clayton（1994年）致突變?nèi)旧w變異整年64.8-324EBS（1996年）致癌急性非淋巴白血?。ˋNLL） 整年64.8-162EBS（1996年）參照我國GBT18883-2002室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，考慮到苯是污染汽車室內(nèi) 空氣的重要污染物，汽車室內(nèi)空氣綜合檢測系統(tǒng)中對苯的取值略低于我國室內(nèi) 空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，采用0.10mg/m3。甲苯甲苯是一種無色的、透明的物質(zhì)，而且極易揮發(fā)。當(dāng)汽車室內(nèi)的甲苯濃度達(dá) 到一定的數(shù)值，汽車內(nèi)的人就會感到頭暈?zāi)垦?，甚至?/p>

37、起頭痛，威脅了人們的安 全。人們吸入甲苯后，雖然會有一半的甲苯隨著人體的新陳代謝而排出體外，但 是在排出體外的過程中人會對人體產(chǎn)生不小的損害，當(dāng)人體血液中甲苯濃度達(dá)到 1250mg/m 3時(shí)，明顯會出現(xiàn)人們記憶能力減退、注意力不集中等現(xiàn)象。我國GBT18883-2002室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定甲苯為0.20mg/m3。依據(jù)我國室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中甲苯的標(biāo)準(zhǔn)濃度值，汽車室內(nèi)空氣綜合檢 測系統(tǒng)內(nèi)對甲苯的參數(shù)值采用0.20mg/m3。二甲苯二甲苯與苯有著一定的相同之處，但二甲苯還具有苯不具有的特性，即麻醉 作用。二甲苯的這一特性不但可以損壞造血干細(xì)跑，致使造血器官受損，還可能 致使人們神經(jīng)紊亂。二甲苯的毒

38、性與苯比較相近，中毒者往往會感覺到渾身無力、 頭暈?zāi)垦?，像喝醉酒了一樣，而且呼吸困難、渾身顫抖，有時(shí)候還伴隨著惡心、嘔吐，甚至嚴(yán)重的時(shí)候會導(dǎo)致休克。汽車室內(nèi)的二甲苯濃度若是過高，易引發(fā)汽 車駕駛員的安全性問題。根據(jù)我國的GBT18883-2002室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的二甲苯標(biāo)準(zhǔn)值為0.20mg/m3，對于本文汽車室內(nèi)空氣綜合檢測系統(tǒng)中二甲苯的參數(shù)值采樣為 0.20mg/m 3。TVOC以前人們認(rèn)為人們自身新陳代謝排出的廢物是污染室內(nèi)空氣的主要原因，并 選取室內(nèi)二氧化碳濃度值作為衡量室內(nèi)空氣質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。汽車工業(yè)的發(fā)展促使生 產(chǎn)汽車車內(nèi)的裝飾品等行業(yè)的發(fā)展，但是對于這些裝飾品的使用反增加了室內(nèi)的

39、污染物，其中具有揮發(fā)性的有機(jī)化合物（VOCs）的類型顯著增多。而且現(xiàn)在很多 權(quán)威組織均提議，用室內(nèi)存在的所有的揮發(fā)性有機(jī)物（TVOC）作為衡量室內(nèi)空氣 質(zhì)量的指標(biāo)，并分析TVOC對人體健康的影響和作用8VOC的危害主要包括五個(gè)方面：（1）嗅味不舒適；（2）感覺性刺激；（3）局部 組織炎癥反應(yīng)；（4）過敏反應(yīng)；（5）神經(jīng)毒性作用。TVOC對人體健康的影響效果濃度范圍（mg/m3）健康效應(yīng)25除頭痛外，可能出現(xiàn)其他的神經(jīng)毒性作用按照世界貿(mào)易組織在1989年提出的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）的概念來理解，VOC是指沸點(diǎn)為50-100C與240-260C之間的有機(jī)化合物。國外或國際組織相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)國家

40、美國 芬蘭 德國 新加坡 香港TVOC 0.2S3: 0.60.3 3ppm S2: 0.6(mg /m3)來源 US-EPA FIsIAQ Seifert ENV(1996)(1995)(1990)(1996) EHS ConsultantsLimited挪威學(xué)者Elmund Skaret在此基礎(chǔ)上，推薦出一套建筑物設(shè)計(jì)目標(biāo)要求，VOC具體濃度指標(biāo)如表所示。建筑物VOC濃度設(shè)計(jì)目標(biāo)典型本底水平設(shè)計(jì)目標(biāo)范圍室內(nèi)VOC濃度（四g/m3300300樓板VOC濃度（四g/m 3）100-5000200-500墻壁VOC釋放量（四g/m 3）20-100040-100室內(nèi)通風(fēng)量（L/s m2 ）0.1

41、-4.60.2-0.5(0.7*)其中（0.7*）為北歐建筑法規(guī)委員會推薦值。我國GBT18883-2002室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，TVCO每8小時(shí)平均濃度值 為 0.6 mg/m3。經(jīng)過上面的分析，確定了揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)是造成汽車室內(nèi)控室污染最大的因 素，也是對人體危害最大的污染物。因?yàn)門VOC是多種多樣的并，在對其確定參 數(shù)值時(shí)參考了新加坡、芬蘭的室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并依據(jù)我國的室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo) 準(zhǔn)，采取汽車室內(nèi)綜合檢測系統(tǒng)中TVOC的參數(shù)值為的0.30mg/m3。溫度我國GBT18883-2002室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對室內(nèi)溫度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)定，夏 季在開空調(diào)的情形下室內(nèi)溫度應(yīng)保持在22C到28C之間，

42、冬季供熱時(shí)室內(nèi)溫度 應(yīng)保持在16C到24C之間。臺灣地區(qū)室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對室內(nèi)溫度標(biāo)準(zhǔn)值確定為23-28C，德國室 內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定室內(nèi)的溫度的應(yīng)該控制在18C至20C之間。依據(jù)臺灣、德國的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合我國室內(nèi)環(huán)境現(xiàn)狀，對汽車室內(nèi)空 氣綜合檢測系統(tǒng)中溫度值進(jìn)行設(shè)定，設(shè)置冬季溫度在18C至20C之間，夏季溫 度在23C到28C之間。相對濕度我國GBT18883-2002室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對室內(nèi)相對濕度標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值的規(guī)定， 夏季在開空調(diào)的情形下室內(nèi)相對濕度應(yīng)保持在40-80%之間，冬季供熱時(shí)室內(nèi)溫 度應(yīng)保持在30-60%之間。美國室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對室內(nèi)的相對濕度值進(jìn)行規(guī)定，確定標(biāo)準(zhǔn)的相對 溫度

43、值為20-60%。日本室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定室內(nèi)的相對濕度應(yīng)該控制在 40-70%。根據(jù)美國、日本的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，結(jié)合我國室內(nèi)溫度的情況，汽車室 內(nèi)空氣綜合檢測系統(tǒng)中相對濕度值確定為，冬季的室內(nèi)溫度為25-60%，夏季的 室內(nèi)溫度為40-70%。空氣流速我國GBT18883-2002室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)的室內(nèi)空氣流速數(shù)值， 即夏季在空調(diào)作用下的空氣流速為0.3m/s，冬季在供暖情形下的空氣流速為 0.2m/s。臺灣室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對室內(nèi)空氣流速數(shù)值進(jìn)行了規(guī)定，設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值 為0.15-0.5 m/s。日本室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的空氣流速為小于0.5 m/s。根據(jù)臺灣、日本的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

44、，并考慮我國的氣候、地理位置和地形，汽 車室內(nèi)空氣質(zhì)量綜合檢測系統(tǒng)中空氣流速參數(shù)值采用日本室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī) 定的數(shù)值，規(guī)定為小于0.5 m/s。4.4 汽車室內(nèi)空氣綜合檢測系統(tǒng)通過上文對汽車室內(nèi)污染物來源、類型、影響以及空氣品質(zhì)的總結(jié)和系統(tǒng)參 數(shù)的分析，對汽車室內(nèi)空氣質(zhì)量綜合檢測系統(tǒng)參數(shù)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化確定，各參數(shù)值 如下表。汽車室內(nèi)空氣品質(zhì)評價(jià)體系序號參數(shù)類別參數(shù)單位標(biāo)準(zhǔn)值1化學(xué)性二氧化硫mg/m 30.502二氧化氮mg/m 30.243一氧化碳mg/m 3104二氧化碳mg/m 312005氨mg/m 30.206甲醛mg/m 30.127苯mg/m 30.108甲苯mg/m 30.209

45、二甲苯mg/m 30.2010化學(xué)性TVOCmg/m 30.3011物理性溫度C18-20 （冬）23-28 （夏）12相對濕度%25-60(冬季采暖)40-70(夏季空調(diào))13空氣流速m/s0.52.6本章小結(jié)本章先行論述了汽車室內(nèi)污染物的類別、特征、來源以及對人們身體健康的 危害，又介紹了室內(nèi)空氣品質(zhì)的相關(guān)理論，并對影響汽車室內(nèi)空氣質(zhì)量的因素進(jìn) 行梳理，最后說明建立汽車室內(nèi)綜合檢測系統(tǒng)的目的和意義，以及系統(tǒng)參數(shù)的確 定。3汽車室內(nèi)空氣綜合檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本檢測系統(tǒng)的軟件部分采用模塊化設(shè)計(jì)，在分析STM32系列產(chǎn)品架構(gòu)的基 礎(chǔ)上，運(yùn)用C語言及MDK開發(fā)平臺，設(shè)計(jì)了以下程序：檢測系統(tǒng)整體程序設(shè)

46、計(jì)、 采集模塊程序、電源管理模塊程序及輸入輸出模塊程序。3.1 STM32系統(tǒng)架構(gòu)分析本系統(tǒng)采用的核心芯片STM32F107是基于Cortex-M3內(nèi)核，屬于互聯(lián)型產(chǎn) 品，該芯片的系統(tǒng)架構(gòu)五個(gè)驅(qū)動單元：分別是 Cortex-M3內(nèi)核、Dcode總線 (D-bus)、系統(tǒng)總線(S-bus)、通用DMA1和通用DMA2、以太網(wǎng)DMA，這些驅(qū) 動單元。三個(gè)被動單元分別是：SRAM、內(nèi)部FLASH、AHB到APB的橋 (AHB2APBx) 9由一個(gè)多級的AHB總線構(gòu)架完成上面驅(qū)動單元和被動單元的連 接，其結(jié)構(gòu)如圖。flit 2Fl ashDCode/DM A請求現(xiàn)住1 缽援DMAi/i.KSRAMFl

47、ahli SyKCt?mDr JUU怦和時(shí)討 控制（汗8） ZELgQPIPCQPIDDIJEARTl GPIQESPI 1JTITIM1A noPIOAQPIOBdm： gPtag PWR SPG L2G rkp iwr-s CAN 1 Ng C*NRTCI2CNT1V?leCrUAFTT5 咕 UflRT4 TlM-t U&AHTJ -IM3 I.I!- MH 11 IMy4沖1STM32互聯(lián)型產(chǎn)品系統(tǒng)架構(gòu)圖中，在ICode總線上完成指令預(yù)取，且通過此總線架起Cortex-M3內(nèi)核的 指令總線與FLASH接口之間的橋梁；在DCode總線上完成Cortex-M3內(nèi)核的 DCode總線與FLA

48、SH的數(shù)據(jù)接口的連接；在系統(tǒng)總線上完成Cortex-M3內(nèi)核的 系統(tǒng)總線（外設(shè)總線）與總線矩陣的連接；Cortex-M3內(nèi)核與DMA間連接由總線 矩陣協(xié)調(diào)完成；DMA總線的作用是連接DMA的AHB接口和總線矩陣；總線矩陣 協(xié)調(diào)著CPU的DCode和DMA到SRAM、閃存和外設(shè)的訪問；總線矩陣協(xié)調(diào)內(nèi)核系 統(tǒng)總線和DMA主控總線之間的訪問仲裁。另外兩個(gè)AHB/APB橋在AHB和2個(gè) APB總線間提供同步連接10APB1操作速度限于36MHz，APB2操作于全速（最高 72MHz）。在每一次復(fù)位以后，所有除SRAM和FLITF以外的外設(shè)都被關(guān)閉，在使 用一個(gè)外設(shè)之前，必須設(shè)置寄存器RCC_AHBEN

49、R來打開該外設(shè)的時(shí)鐘。從圖中可 以看出，STM32系列中的互聯(lián)型產(chǎn)品系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常豐富，因此在設(shè)計(jì)本系統(tǒng)軟件 時(shí)，需要配置到很多相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，這在后文模塊化軟件設(shè)計(jì)中會有詳細(xì)介紹。3.2開發(fā)環(huán)境及功能介紹本檢測系統(tǒng)的軟件部分開發(fā)設(shè)計(jì)選用了目前最通用的編程語言一一C語言， C語言靈活性和結(jié)構(gòu)化程序大大提高了本系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)效率。因此，在使 用MDK作為嵌入式開發(fā)工具時(shí)，我們需要選用ST公司在開發(fā)芯片的時(shí)候?yàn)榱?方便用戶開發(fā)所提供的STM32固件庫，這些固件庫在官方網(wǎng)站可以下載，所以 在進(jìn)行后面程序編寫的同時(shí)，我們需要采用和51單片機(jī)編程的方式一樣，需要 把有關(guān)頭文件和庫函數(shù)包含在我們所編寫的工程

50、里面，這樣大大加速了開發(fā)進(jìn)程 11我們的開發(fā)步驟如下：（1）下載好STM32官方庫包，目前官方庫的版本是V3.5。由于在官方庫 里有許多芯片出廠前配置好的文件，這些文件我們可以在后面的軟件設(shè)計(jì)過程中 方便的調(diào)用。（2）打開MDK軟件，新建一個(gè)工程，保存好工程文件到指定文件夾。此時(shí) 會有一個(gè)選擇Device的選擇界面，選擇我們的芯片型號STMF107VC，選好后會 有添加啟動代碼的對話框，我們可以不選，因?yàn)榍懊婀俜綆煳募3.5版本中已 經(jīng)包含了我們芯片所需的啟動文件。（3）配置好官方庫里面自帶的文件后，我們就可以用C語言進(jìn)行程序編寫， 打開MDK軟件，并點(diǎn)擊其中的Build按鈕進(jìn)行程序編譯，若

51、編譯的語法與結(jié)構(gòu) 有不對之處，軟件會自動地位定位到出錯位置，可以方便的查找和修改。（4）當(dāng)編譯沒有出現(xiàn)問題后，我們單個(gè)程序下載到做好的系統(tǒng)核心控制板， 這里運(yùn)用仿真器就可以完成。下圖為KeiluVision軟件編譯界面：KeiluVision軟件編譯界面3.3仿真調(diào)試工具介紹作為一款功能齊全的互聯(lián)型芯片，擁有強(qiáng)大的硬件接口和編輯的軟件編譯是 十分有利于芯片的開發(fā)及利用，仿真調(diào)試工具也是必不可少的。本課題采用的是 JLINK V8 仿真器，支持全系列 ARM 7/9/11, Cortex_M0/M1/M3 ARM 核，包括 Thumb模式，與IAREWARM集成開發(fā)環(huán)境無縫連接；采用USB接口供

52、電，無需外 接電源；而且J-LINK支持對目標(biāo)板5V (300mA)，3.3V(400mA)供電；帶USB 連接線和20芯扁平電纜；支持RDI接口，J-LINK可用于具有RDI接口的開發(fā)環(huán) 境，支持主流的開發(fā)環(huán)境本文已將系統(tǒng)核心板與JTAG仿真工具間的連接電 路介紹，仿真器是連接系統(tǒng)硬件電路與PC機(jī)之間的橋梁，其連接如圖所示。本系統(tǒng)的主程序主要用于時(shí)鐘的設(shè)定，各功能模塊的寄存器進(jìn)行上電后的初 始化操作，Main函數(shù)程序執(zhí)行步驟如下：（1）系統(tǒng)初始化；（2）復(fù)位和時(shí)鐘設(shè)定;（3）I/O 口配置；（4）傳感器模塊初始化；（5電源管理系統(tǒng)初始化；（6）系統(tǒng)自 帶AD初始化；（7）濃度誤差分析；（8）

53、執(zhí)行循環(huán)程序。在這里先分別介紹系統(tǒng)初 始化和復(fù)位和時(shí)鐘設(shè)定，其他功能的配置在后文模塊化程序設(shè)計(jì)中有詳細(xì)介紹。1.系統(tǒng)初始化STM32F107芯片的啟動模式有三種，不同的啟動模式是通過BOOT1:0引腳 來控制改變。系統(tǒng)時(shí)鐘的第四個(gè)上升沿會鎖存BOOT引腳的值在系統(tǒng)復(fù)位后，開 發(fā)者需要設(shè)置BOOT0和BOOT1引腳的狀態(tài)來選擇不同的啟動方式，當(dāng)處理器一 旦退出待機(jī)模式，BOOT引腳的狀態(tài)就會被鎖存；所以我們需要配置BOOT引腳 來選擇啟動模式，我們在一般使用時(shí)選用從主閃存存儲器啟動，下圖為啟動模式 13J啟功模式迷擇由腳啟劫攬式說羽B(yǎng)oonBOOT0X0土可存存隔潞i.閃存存儲服被選為R動區(qū)域G

54、1系統(tǒng)存飴器條鴕存砰器被也為啟動區(qū)域11內(nèi)段SRAM內(nèi)賢SRAM被出為啟劫腋域三種啟動模式2.復(fù)位和時(shí)鐘設(shè)定本系統(tǒng)芯片的復(fù)位形式有系統(tǒng)復(fù)位、上電復(fù)位和備份區(qū)域復(fù)位三種，在本課 題中采用的系統(tǒng)復(fù)位，產(chǎn)生系統(tǒng)復(fù)位的情況很多，比如：（1）當(dāng)STM32F107芯 片的復(fù)位引腳上出現(xiàn)一個(gè)低電平，一般是在人工復(fù)位的時(shí)候；（2）當(dāng)窗口設(shè)置了 防護(hù)程序，定時(shí)計(jì)數(shù)器終止計(jì)數(shù)的時(shí)候；（3）系統(tǒng)設(shè)置了獨(dú)立的防護(hù)程序，定時(shí) 計(jì)數(shù)器終止計(jì)數(shù)的時(shí)候；（4）當(dāng)通過軟件設(shè)置復(fù)位的時(shí)候；（5）當(dāng)系統(tǒng)管理耗能 的時(shí)候；這些都能產(chǎn)生系統(tǒng)復(fù)位。本系統(tǒng)芯片時(shí)鐘可以被HSI振蕩器時(shí)鐘、HSE振蕩器時(shí)鐘、PLL時(shí)鐘三個(gè) 時(shí)鐘源驅(qū)動，系統(tǒng)時(shí)

55、鐘源的速度為72MHz，從上圖中結(jié)構(gòu)可以看出，可以設(shè)置高 速AHB時(shí)鐘APB2為系統(tǒng)時(shí)鐘72MHz ；低速AHB時(shí)鐘APB1為四分之一模式 72MHz/4=18MHz。另外控制系統(tǒng)使用了 1個(gè)ADC，2個(gè)轉(zhuǎn)換通道。其中利用PA1 通道來采集空氣污染物的濃度，利用PA2通道來采集蓄電池電壓。ADC是以72M 作為時(shí)鐘源，對2個(gè)通道都進(jìn)行模式的設(shè)定，采取樣本的周期為55.5個(gè)14在該檢測系統(tǒng)中，核心的程序控制了整個(gè)系統(tǒng)，并引導(dǎo)各個(gè)模塊的連接。這 樣不僅方便各程序模塊的編寫，同時(shí)也為整個(gè)系統(tǒng)有條理的運(yùn)行打下了良好的基 礎(chǔ)，當(dāng)系統(tǒng)通電，STM32開始初始化，然后傳感器和電源管理系統(tǒng)開始準(zhǔn)備啟動 程序，

56、啟動后系統(tǒng)開始數(shù)據(jù)采集，然后通過數(shù)據(jù)處理、分析判斷數(shù)據(jù)是否超標(biāo)并 顯示出來。未超標(biāo)繼續(xù)監(jiān)測，如果超標(biāo)啟動報(bào)警裝置，等待司機(jī)動作，完后繼續(xù) 開始系統(tǒng)采集。3.5數(shù)據(jù)采集模塊程序設(shè)計(jì)當(dāng)傳感器上電后，通過傳感器模塊電路輸出的模擬信號，經(jīng)過OP07電壓跟 隨電路進(jìn)入STM32F107芯片的ADC通道，由自帶AD進(jìn)行轉(zhuǎn)換。然后由處理器 判斷數(shù)據(jù)校驗(yàn)。通過AD轉(zhuǎn)換公式計(jì)算得出所測數(shù)據(jù)，最后顯示出來。STM32F107芯片的18個(gè)通道可以分別測量外部16個(gè)信號源和2個(gè)內(nèi)部信號 源。每個(gè)通道間的A/D轉(zhuǎn)換可以通過單次模式、連續(xù)模式、掃描模式、間斷模 式來執(zhí)行。每次ADC轉(zhuǎn)換的結(jié)果可以存儲在內(nèi)部16的數(shù)據(jù)寄存器

57、，這些數(shù)據(jù) 可以采取左對齊或者右對齊的方式。ADC還具有模擬窗口防護(hù)功能，比如判斷執(zhí) 行的程序的輸入電壓是否超出了用戶定義的標(biāo)準(zhǔn)值。雖然STM32系統(tǒng)時(shí)鐘頻率 是可以達(dá)到72MHz,但是ADC的輸入時(shí)鐘頻率不能達(dá)到14MHz,這種時(shí)鐘頻率可以 通過PCLK2的分頻達(dá)到，下圖為ADC模塊的框圖。ADC模塊的框圖hffi竺fs站束Kfti有物牢憎機(jī)而i#iu占 此牡帖聚一 潤tfl向!（“心】 閥怕誨取聘卜RDCflMU 亡IGPICl 調(diào)n:W嘻傳哆養(yǎng) Wrefe耽訓(xùn)通道琨.抓布存皆 I1E-I2. ：s境來 *|注久詭道* WEMiffina模擬至敷字擇換期fiDCCLKJEJC-TEELIM

58、J 理?W 位TiMi_TFtOC TIM i cmTIM2： TFLGG TIM? CM3 TlM Ci-14 TILIq TRQDEKTI I* rJI蠟融發(fā)T LL成甲1JEXTTPIG控制位QE7TPGINJ PIMIURP 控 Hl 在TrMiTIM1T M1T I。愴 T M9 T1M+EXTI J 1 O-HKfFFKjW ChiCMSCH3TRQO：； - .L段辿EXTTRIG|Ei|j!f3：TIMl THGO TWll CH Tll4 M3JEMTTFKll 挎刮位(ilAJfLJTllrfJl_CHaTllwieCH*TIW5_THGOTlMD CH4FKTSBLPOI

59、險(xiǎn)割他TiM；J._GH 1Time EmTlMl_CH：3TIMHTllJG_CHlTIM5 CH3ETHCREC nSMAF SIADC或）的削辰蓊自由于本模塊需要采集2個(gè)傳感器的的數(shù)據(jù)，所以要選用連續(xù)的單次轉(zhuǎn)換模 式，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)ADC的轉(zhuǎn)換時(shí)間結(jié)束，另一個(gè)ADC就馬上啟動。一般這種功能可 以通過外部觸發(fā)的方式來獲得，還可以通過ADC寄存器設(shè)定ADON位為1時(shí)來 獲得。EOC（轉(zhuǎn)換結(jié)束）標(biāo)志被設(shè)置；如果設(shè)置了 EOCIE，則產(chǎn)生中斷。如果一個(gè) 注入通道被轉(zhuǎn)換：則轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)被儲存在16位的ADC_DRJ1寄存器中；JEOC（注入 轉(zhuǎn)換結(jié)束）標(biāo)志被設(shè)置；如果設(shè)置了 JEOCIE位，則產(chǎn)生中斷。設(shè)置

60、一個(gè)比較穩(wěn) 定的時(shí)間tSTAB，確保ADC的轉(zhuǎn)換更加精準(zhǔn)。在開始ADC轉(zhuǎn)換和14個(gè)時(shí)鐘周期 后，EOC標(biāo)志被設(shè)置，16位ADC數(shù)據(jù)寄存器包含轉(zhuǎn)換的結(jié)果。總轉(zhuǎn)換時(shí)間如下計(jì) 算：TCONV二采樣時(shí)間+12.5個(gè)周期。通過上面的簡單寄存器介紹，我們可以通過使用庫函數(shù)的函數(shù)來設(shè)定本節(jié)程 序設(shè)計(jì)中使用ADC1的通道1進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，其詳細(xì)步驟如下：開啟STM32F107芯片的PA 口時(shí)鐘和ADC1時(shí)鐘，設(shè)置PA1為模擬輸入 狀態(tài)，同時(shí)需要使能GPIOA和ADC時(shí)鐘。先行開啟ADC1時(shí)鐘，然后對ADC1分頻因子進(jìn)行設(shè)置，并保證分頻因 子能夠控制ADC1時(shí)鐘不超過14Mhz。這里設(shè)置分頻因子位6,時(shí)鐘即為系統(tǒng)