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摘要：汽车内部空气质量是影响健康的重要因素，是最常用的出行工具。因此，研制一种便携式、可靠、简单、低成本检测器真正重要的是反映机器中污染物的种类和含量。本项目研究了苯乙烯和甲醛，确认了有害气体飞机的空气质量。这个仪器可以通过打开一个显示来显示。有害气体浓度过高的话，哪些气体超过了车辆标准。另外，以SD卡为储存，对不同时期有害气体浓度进行检测，为汽车空气质量分析提供了依据。
Abstract： The air quality inside a car is an important factor affecting health， and it is the most commonly used travel tool. Therefore， it is really important to develop a portable， reliable， simple and low-cost detector to reflect the type and content of contaminants in the machine. This project studied styrene and formaldehyde， and confirmed the air quality of harmful gas aircraft. This instrument can be displayed by opening a display. If the concentration of harmful gases is too high， which gases exceed the vehicle standards. In addition， the SD card is used as storage to detect the concentration of harmful gases in different periods， which provides a basis for automobile air quality analysis.
關键词：单片机;车内空气质量检测;系统设计
Key words： single chip microcomputer;air quality detection in the car;system design
中图分类号：F014.9 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）17-0196-02
1 绪论
进入21世纪以来，随着经济的快速发展和生活质量的提高，汽车在日常生活中的应用越来越广泛。国内汽车产业适应了汽车产业全球化的趋势，其销售量，从2000年的2091万人增加到2000年的21680万人。2013年和2198万人失业了。2013年。这意味着中国已经成为汽车数量庞大的引擎。同时，由于汽车行业发展迅速，相关行业发展迅速，技术和标准无法配合，这给汽车的环境污染带来了机遇。
所谓车内环境污染，是指由于车身的保养和通风以及中国家电市场的巨大需求，导致车内空气质量下降，环境污染的主要来源是装饰材料、车身等，很多人从马拉生产线进入市场，结果车上的一些材料和装饰物含有对人体健康有害的气体，而且没有足够的时间来摆放这些装饰物，包括旧地毯，如果排放塑料脚垫、座套、车顶板，等不符合环保标准，这将导致汽车的环境污染。同时，大多数消费者在购车后都要对车进行装饰，有的甚至要经过一段时间的改造，有的商家以购车为宣传手段，让含有有毒物质的装饰材料进入车内，难免污染车内空气，人们会在不知不觉中中毒。
2 车内空气质量检测仪的总体设计
2.1 系统总体方案可行性分析
通过对不同数据的分析，表明国内外对内部空气质量控制的不同方法进行了研究，各有优缺点。电子鼻由气体传感器阵列和相关识别设备组成，用于识别不同类型的气味。该方法的成功应用证明，利用气体传感器阵列进行空气质量控制是非常有效的。电子鼻子等仪器的空气分析结果与化学试剂的结果密切相关。另外，Zampuuri等人还开发了检测二氧化氮（NO2）和一氧化碳（CO）的人工嗅觉系统。资产阶级已经完成了对工业废水排放的监测。基于单芯片控制的汽车空气质量测量仪的开发，以及光栅传感器作为控制工具的应用，以及后续研究人员的宝贵经验，为汽车空气质量的研究奠定了基础。
2.2 系统总体方案设计
本课题所研究的系统是以C8051 F020主控晶体为核心，以传感器阵列为气体探测器，以SD卡为数据存储模块，以单片机为核心，在硬件系统中实现对空气质量的测量，在最后一台机器的Lab View中开发的软件用作温度补偿、浓度定义等的辅助模块。这不需要高级软件的附加功能。系统总体设计思路：选择系统中用于气体浓度测量的传感器，相关模块的开发;设计了用于危险气体分类的天然气流量调整管道。根据传感器尺寸和控制电路安装传感器，通过观察气体室气体的进出，确定空气室中传感器阵列的位置。在SD卡CA上创建FATF文件系统，将数据从最下层传送到最高层。完成了下级机的软件开发，实现了相应数据的保存、显示、警报音照明等硬件。适合温度补偿、浓度校正等功能。
其工作过程是：在实验过程中，洁净的空气进入气室，传感器基本校准为洁净零信号，待气体（如甲醛）均匀、平滑后完成净化，气体达到已知浓度并与传感器发生反应，相应的电信号丢失，接收到的信号经过处理后进行滤波放大。气体浓度数据以TXT格式存储在文档中。使用按钮检测另一种气体如苯乙烯来切换气路上的取样通道，在操作过程中也会发生同样的情况。 3 车内空气质量检测仪的硬件设计
3.1 单片机及其外围电路设计
3.1.1 单片机的选型
如果选择微处理器，则必须考虑微处理器的数目、端口的数目、I/O特性、ROM和RAM的空间大小、运行速度等。另外，选择系统微处理器时，请考虑电源电压、电力消耗、调整方法等。该系统不需要单芯片的高速操作，不需要框架和朗姆酒中的空间大小和气体浓度。C8051F020与标准8051端口相似，但有几个改进。可以在以下位置进行。作为开启或推挽输出而构成，可实现低功率。与标准51宏处理器系列相比，最显著的变化应该是交叉数字开关数的增加。这是一个很大的交流网络。在软件开发中，数字资源与相关的输入输出数据兼容。与支持不同功能组合的标准多媒体机相比，该功能允许用户根据系统需要执行的功能来选择所需的数字资源和输入/输出。C8051F020内置可编程增益放大器，可选择性增加各种气体传感器的输出，大大简化了输出信号的调节电路。从以上分析可以看出，本节性能优异，广泛应用于系统微处理器的选型中，C8051F020有一个12位ADC0，ADC09通道有直接連接ICU内部温度传感器的输入通道。系统不使用Aino-Ain7通道。其余8个信道使用模拟信号，每个信号可以被配置为差分输入和两个单极输入。因此，MCU可以通过将ADC设置为关闭状态来节省能源;标准ADC VREF电压有两个选择，一个是AVCC，另一个是AVCC。如果将另一源电压源外推到AREF的五分之一，则稳定在2.0V，小于AVCC，选择2.46V。模数集模块的设计是将8个ADC 0输出至8面面板，在之后的设计中，用一台机器收集各种信号，并进一步处理数据。
3.1.2 气体检测模块设计
气体传感器是一种将有害气体浓度信息转换为等效电信号的装置，根据接收信号的大小，得到空气中有害气体浓度的信息。目前应用最广泛。然而，由于未来可以检测各种气体的仪器，该系统的设计主要是通过传感器阵列来检测空气中的有害成分，特别是传感器的选择和光栅的设计。该系统是为测量汽车在气体环境中的空气质量而设计的，因此所选用的传感器必须对目标气体有足够的灵敏度和较高的检测精度。在我国《汽车空气质量评价导则》中，对8种有害气体的浓度进行了测定，甲醛和苯乙烯被用来检查甲醛和苯乙烯以确认是两种气体。甲醛气体传感器具有半导体、光学、电化学、光化学等各种各样的原理。比较了不同类型传感器的优点和缺点。电化传感器结构简单，性能稳定。系统选择甲醛气体传感器。确定模型后，收集各种甲醛气体传感器的数据手册，确定传感器的分辨和测量范围。
在苯乙烯气体传感器的研究中，发现了以下用于苯乙烯气体测试的传感器。TGS系列的半导体气体传感器由日本的菲加罗公司生产。根据TGS2602和MQ-138的性能测试，例如电化苯气体传感器有毒气体传感器MQ-138，MQ-138对其他气体过敏，少量其他气体对输出信号有重要影响，TGS2602最终由于灵敏度高而被淘汰，使用寿命长价格合理等优点，选择并使用苯乙烯气体检测系统的部件。
TGS2602的工作原理是传感器的感应元件由一层mop晶体管组成的传感器晶体构成，集成在一个加热单元中。
3.2 SD卡数据存储模块设计
在实验中，为了避免低位机和上位机之间传输线路的繁杂，系统采用了更多可移植的SD卡。将数据存储在上位机中进行进一步处理。系统正常运行后，有害气体浓度不会随时间变化。SD卡是基于半导体的存储设备，有非常大的存储设备。因为可以快速传输数据，所以广泛应用于电子设备领域。实际SD卡消息支持两种数据传输模式：SPI模式和SD卡模式。但只能执行其中一种，那么这两种操作模式将分别描述。目前，大多数单片机都有SPI硬件接口，使用非常方便。首次启动SD卡系统时，根据命令选择信息类型。在SPI模式下，您可以通过选择顶部或底部来访问SD卡拓扑。SD卡选择SPI命令的末尾来处理数据，否则在数据有效期内级别应该非常低。如果单片机在开发SD卡程序时能设置高电平的选择信号，则不影响SD卡程序的开发。SD卡模型的优点是传输速度快，四条数据线并行传输。由于传输协议非常复杂，在单片机的某一部分中没有这样的接口。当然可以使用SD卡总线仿真软件，但是它需要更多的I/O端口，这降低了数据传输的速度。在SD卡模式下，MCU可以通过SD卡总线访问并用于拓扑结构，在SD卡存储系统的总线拓扑结构中，所有常用的卡电源线和SCK时钟总线，但数据线和命令线都是SD卡独有的。
4 结束语
综上所述，本课题是以C8051F020为主要处理器，安装空气质量检测仪，主要用于甲醛和苯乙烯的浓度检测。当有害气体浓度过高时，报警声音无法达到，通过提醒车内人员采取相应措施改善车内空气质量，系统还可实时显示环境温度。论文的主要工作如下：①制定了系统总体方案，并分别介绍了系统的功能和概念，软硬件组成部分，为后续工作打下了基础。②开发了单片机的模块化硬件，并对其外围电路、SD卡CA数据存储、天然气管道等进行了设计，完成了系统板的设计，为系统功能实现和软件编程提供了硬件基础。③完成系统软件开发，实现气体浓度检测、显示、音响照明功能，根据硬件电路存储SD卡CA数据。
参考文献：
[1]徐平，陶云亮，王士龙，等.车内空气质量监测系统的设计与开发[J].石河子科技，2019（006）：17-21.
[2]陈红，印春晓，韦金言，等.基于STM32的室内环境监测系统的设计与开发[J].电子技术与软件工程，2019（09）：72-73.
[3]谢超，王正.基于单片机的室内空气质量监测系统设计与实现[J].林业机械与木工设备，2020，48（12）：33-37，43.
[4]于九龙，赵伟，吴尚谦，等.基于单片机的室内无线环境监测系统设计与应用[J].数字化用户，2019（037）：115，117.
Abstract： The air quality inside a car is an important factor affecting health， and it is the most commonly used travel tool. Therefore， it is really important to develop a portable， reliable， simple and low-cost detector to reflect the type and content of contaminants in the machine. This project studied styrene and formaldehyde， and confirmed the air quality of harmful gas aircraft. This instrument can be displayed by opening a display. If the concentration of harmful gases is too high， which gases exceed the vehicle standards. In addition， the SD card is used as storage to detect the concentration of harmful gases in different periods， which provides a basis for automobile air quality analysis.
關键词：单片机;车内空气质量检测;系统设计
Key words： single chip microcomputer;air quality detection in the car;system design
中图分类号：F014.9 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）17-0196-02
1 绪论
进入21世纪以来，随着经济的快速发展和生活质量的提高，汽车在日常生活中的应用越来越广泛。国内汽车产业适应了汽车产业全球化的趋势，其销售量，从2000年的2091万人增加到2000年的21680万人。2013年和2198万人失业了。2013年。这意味着中国已经成为汽车数量庞大的引擎。同时，由于汽车行业发展迅速，相关行业发展迅速，技术和标准无法配合，这给汽车的环境污染带来了机遇。
所谓车内环境污染，是指由于车身的保养和通风以及中国家电市场的巨大需求，导致车内空气质量下降，环境污染的主要来源是装饰材料、车身等，很多人从马拉生产线进入市场，结果车上的一些材料和装饰物含有对人体健康有害的气体，而且没有足够的时间来摆放这些装饰物，包括旧地毯，如果排放塑料脚垫、座套、车顶板，等不符合环保标准，这将导致汽车的环境污染。同时，大多数消费者在购车后都要对车进行装饰，有的甚至要经过一段时间的改造，有的商家以购车为宣传手段，让含有有毒物质的装饰材料进入车内，难免污染车内空气，人们会在不知不觉中中毒。
2 车内空气质量检测仪的总体设计
2.1 系统总体方案可行性分析
通过对不同数据的分析，表明国内外对内部空气质量控制的不同方法进行了研究，各有优缺点。电子鼻由气体传感器阵列和相关识别设备组成，用于识别不同类型的气味。该方法的成功应用证明，利用气体传感器阵列进行空气质量控制是非常有效的。电子鼻子等仪器的空气分析结果与化学试剂的结果密切相关。另外，Zampuuri等人还开发了检测二氧化氮（NO2）和一氧化碳（CO）的人工嗅觉系统。资产阶级已经完成了对工业废水排放的监测。基于单芯片控制的汽车空气质量测量仪的开发，以及光栅传感器作为控制工具的应用，以及后续研究人员的宝贵经验，为汽车空气质量的研究奠定了基础。
2.2 系统总体方案设计
本课题所研究的系统是以C8051 F020主控晶体为核心，以传感器阵列为气体探测器，以SD卡为数据存储模块，以单片机为核心，在硬件系统中实现对空气质量的测量，在最后一台机器的Lab View中开发的软件用作温度补偿、浓度定义等的辅助模块。这不需要高级软件的附加功能。系统总体设计思路：选择系统中用于气体浓度测量的传感器，相关模块的开发;设计了用于危险气体分类的天然气流量调整管道。根据传感器尺寸和控制电路安装传感器，通过观察气体室气体的进出，确定空气室中传感器阵列的位置。在SD卡CA上创建FATF文件系统，将数据从最下层传送到最高层。完成了下级机的软件开发，实现了相应数据的保存、显示、警报音照明等硬件。适合温度补偿、浓度校正等功能。
其工作过程是：在实验过程中，洁净的空气进入气室，传感器基本校准为洁净零信号，待气体（如甲醛）均匀、平滑后完成净化，气体达到已知浓度并与传感器发生反应，相应的电信号丢失，接收到的信号经过处理后进行滤波放大。气体浓度数据以TXT格式存储在文档中。使用按钮检测另一种气体如苯乙烯来切换气路上的取样通道，在操作过程中也会发生同样的情况。 3 车内空气质量检测仪的硬件设计
3.1 单片机及其外围电路设计
3.1.1 单片机的选型
如果选择微处理器，则必须考虑微处理器的数目、端口的数目、I/O特性、ROM和RAM的空间大小、运行速度等。另外，选择系统微处理器时，请考虑电源电压、电力消耗、调整方法等。该系统不需要单芯片的高速操作，不需要框架和朗姆酒中的空间大小和气体浓度。C8051F020与标准8051端口相似，但有几个改进。可以在以下位置进行。作为开启或推挽输出而构成，可实现低功率。与标准51宏处理器系列相比，最显著的变化应该是交叉数字开关数的增加。这是一个很大的交流网络。在软件开发中，数字资源与相关的输入输出数据兼容。与支持不同功能组合的标准多媒体机相比，该功能允许用户根据系统需要执行的功能来选择所需的数字资源和输入/输出。C8051F020内置可编程增益放大器，可选择性增加各种气体传感器的输出，大大简化了输出信号的调节电路。从以上分析可以看出，本节性能优异，广泛应用于系统微处理器的选型中，C8051F020有一个12位ADC0，ADC09通道有直接連接ICU内部温度传感器的输入通道。系统不使用Aino-Ain7通道。其余8个信道使用模拟信号，每个信号可以被配置为差分输入和两个单极输入。因此，MCU可以通过将ADC设置为关闭状态来节省能源;标准ADC VREF电压有两个选择，一个是AVCC，另一个是AVCC。如果将另一源电压源外推到AREF的五分之一，则稳定在2.0V，小于AVCC，选择2.46V。模数集模块的设计是将8个ADC 0输出至8面面板，在之后的设计中，用一台机器收集各种信号，并进一步处理数据。
3.1.2 气体检测模块设计
气体传感器是一种将有害气体浓度信息转换为等效电信号的装置，根据接收信号的大小，得到空气中有害气体浓度的信息。目前应用最广泛。然而，由于未来可以检测各种气体的仪器，该系统的设计主要是通过传感器阵列来检测空气中的有害成分，特别是传感器的选择和光栅的设计。该系统是为测量汽车在气体环境中的空气质量而设计的，因此所选用的传感器必须对目标气体有足够的灵敏度和较高的检测精度。在我国《汽车空气质量评价导则》中，对8种有害气体的浓度进行了测定，甲醛和苯乙烯被用来检查甲醛和苯乙烯以确认是两种气体。甲醛气体传感器具有半导体、光学、电化学、光化学等各种各样的原理。比较了不同类型传感器的优点和缺点。电化传感器结构简单，性能稳定。系统选择甲醛气体传感器。确定模型后，收集各种甲醛气体传感器的数据手册，确定传感器的分辨和测量范围。
在苯乙烯气体传感器的研究中，发现了以下用于苯乙烯气体测试的传感器。TGS系列的半导体气体传感器由日本的菲加罗公司生产。根据TGS2602和MQ-138的性能测试，例如电化苯气体传感器有毒气体传感器MQ-138，MQ-138对其他气体过敏，少量其他气体对输出信号有重要影响，TGS2602最终由于灵敏度高而被淘汰，使用寿命长价格合理等优点，选择并使用苯乙烯气体检测系统的部件。
TGS2602的工作原理是传感器的感应元件由一层mop晶体管组成的传感器晶体构成，集成在一个加热单元中。
3.2 SD卡数据存储模块设计
在实验中，为了避免低位机和上位机之间传输线路的繁杂，系统采用了更多可移植的SD卡。将数据存储在上位机中进行进一步处理。系统正常运行后，有害气体浓度不会随时间变化。SD卡是基于半导体的存储设备，有非常大的存储设备。因为可以快速传输数据，所以广泛应用于电子设备领域。实际SD卡消息支持两种数据传输模式：SPI模式和SD卡模式。但只能执行其中一种，那么这两种操作模式将分别描述。目前，大多数单片机都有SPI硬件接口，使用非常方便。首次启动SD卡系统时，根据命令选择信息类型。在SPI模式下，您可以通过选择顶部或底部来访问SD卡拓扑。SD卡选择SPI命令的末尾来处理数据，否则在数据有效期内级别应该非常低。如果单片机在开发SD卡程序时能设置高电平的选择信号，则不影响SD卡程序的开发。SD卡模型的优点是传输速度快，四条数据线并行传输。由于传输协议非常复杂，在单片机的某一部分中没有这样的接口。当然可以使用SD卡总线仿真软件，但是它需要更多的I/O端口，这降低了数据传输的速度。在SD卡模式下，MCU可以通过SD卡总线访问并用于拓扑结构，在SD卡存储系统的总线拓扑结构中，所有常用的卡电源线和SCK时钟总线，但数据线和命令线都是SD卡独有的。
4 结束语
综上所述，本课题是以C8051F020为主要处理器，安装空气质量检测仪，主要用于甲醛和苯乙烯的浓度检测。当有害气体浓度过高时，报警声音无法达到，通过提醒车内人员采取相应措施改善车内空气质量，系统还可实时显示环境温度。论文的主要工作如下：①制定了系统总体方案，并分别介绍了系统的功能和概念，软硬件组成部分，为后续工作打下了基础。②开发了单片机的模块化硬件，并对其外围电路、SD卡CA数据存储、天然气管道等进行了设计，完成了系统板的设计，为系统功能实现和软件编程提供了硬件基础。③完成系统软件开发，实现气体浓度检测、显示、音响照明功能，根据硬件电路存储SD卡CA数据。
参考文献：
[1]徐平，陶云亮，王士龙，等.车内空气质量监测系统的设计与开发[J].石河子科技，2019（006）：17-21.
[2]陈红，印春晓，韦金言，等.基于STM32的室内环境监测系统的设计与开发[J].电子技术与软件工程，2019（09）：72-73.
[3]谢超，王正.基于单片机的室内空气质量监测系统设计与实现[J].林业机械与木工设备，2020，48（12）：33-37，43.
[4]于九龙，赵伟，吴尚谦，等.基于单片机的室内无线环境监测系统设计与应用[J].数字化用户，2019（037）：115，117.