摘要

随着汽车行业的快速发展，车辆安全问题越来越受到人们的关注。其中，车载防窒息系统是一项重要的安全设备。本论文基于STM32单片机，设计了一种智能车载防窒息系统。该系统主要包括氧气浓度检测模块、温湿度检测模块、声音检测模块、光线检测模块等。通过对车内氧气浓度、温湿度、声音和光线等参数的实时监测，系统能够判断是否存在窒息危险，并及时采取相应措施，保证乘客的安全。
本论文首先对车载防窒息系统的研究背景和意义进行了介绍，并对国内外相关研究进行了综述。接着，详细介绍了系统的硬件设计和软件设计。硬件设计主要包括传感器的选型和接口电路的设计，软件设计主要包括数据采集与处理、决策算法和控制策略等。然后，通过实验验证了系统的性能和可靠性。实验结果表明，该系统能够准确、稳定地监测车内环境参数，并及时做出响应，具有良好的防窒息效果。
本论文的研究成果对于提高车辆的安全性能、保障乘客的生命安全具有重要意义。同时，该研究也为智能车载系统的设计和开发提供了一种新的思路和方法。
关键词：STM32单片机；车载防窒息系统；氧气浓度检测；温湿度检测

所做工作及思路

本次设计核心采用32位单片机进行控制，主要用于智能车载防窒息系统，提高因为司机疏忽而导致的意外，设计的核心在于可以进行短信提醒，语音求助等，设计功能的实现，将具有广阔的市场需求。设计实现的功能如下所示：
（1）在车主离开的情况下，可以检测车内是否有人员滞留；
（2）可以检测车内的温度情况；
（3）可以检测车内二氧化碳的浓度；
（4）当车主离开后，且有人员滞留时，将启动短信通知以及语音报警；
（5）当二氧化碳浓度过高时，开启天窗；

章节安排

本论文共分为五章。
第一章绪论，将介绍智能车载防窒息系统的背景和意义，以及目前的研究现状和存在的问题。智能车载防窒息系统是一种能够监测车内氧气浓度、二氧化碳浓度和温度等参数，并在检测到异常情况时采取相应措施的系统。该系统的设计旨在提高车内乘客的安全性和舒适度，减少窒息事故的发生。
第二章系统方案设计，系统设计部分将详细介绍智能车载防窒息系统的整体架构和各个组成部分的功能。系统主要由传感器模块、控制模块和执行模块组成。传感器模块负责监测车内氧气浓度、二氧化碳浓度和温度等参数，将采集到的数据传输给控制模块。控制模块根据传感器数据判断是否存在窒息风险，并通过执行模块采取相应的措施，如开启车窗或者启动空气净化器等。
第三章系统硬件电路设计，硬件设计部分将详细介绍各个硬件模块的设计和选型。传感器模块需要选用高精度的氧气传感器、二氧化碳传感器和温度传感器。控制模块需要选用性能稳定的单片机，如STM32系列单片机。执行模块需要根据具体需求选用合适的执行器，如电机或者电磁阀等。
第四章系统软件设计，软件设计部分将详细介绍系统的软件流程和算法设计。软件设计主要包括传感器数据采集、数据处理和控制策略设计。传感器数据采集模块负责采集传感器数据，并传输给数据处理模块。数据处理模块根据预设的窒息风险判断标准，对传感器数据进行处理和分析，并通过控制策略模块决策是否采取相应措施。
第五章 组装测试，系统进行了功能测试，并取得了试验结果。

系统总体设计要求及框图

本论文旨在设计一种基于STM32单片机的智能车载防窒息系统。该系统主要用于监测车内空气质量，并在发现有害气体浓度超过安全阈值时采取相应的措施，以保护乘车人员的健康和安全。该系统旨在实时监测车内空气质量，当检测到窒息风险时，能够及时发出警报，并采取相应措施，保护乘车人员的安全。
系统的硬件设计主要包括：STM32单片机、气体传感器、温湿度传感器、蜂鸣器、LED指示灯等。其中，气体传感器用于检测车内空气中有害气体浓度，温湿度传感器用于监测车内的温度和湿度变化。STM32单片机作为系统的核心控制器，负责采集传感器数据、进行数据处理和控制输出。
系统的软件设计主要包括：数据采集模块、数据处理模块和控制输出模块。数据采集模块负责从传感器中采集数据，并将数据传输给单片机。数据处理模块对采集到的数据进行处理，判断车内空气质量是否达到窒息风险的标准。如果检测到窒息风险，控制输出模块将发出警报信号，同时控制LED指示灯和蜂鸣器进行闪烁和鸣叫，提醒乘车人员及时采取措施。系统组成结构框图如图2.1所示。

智能车载防窒息硬件电路设计

本系统硬件主要由STM32F103C8T6单片机、MXL90614温度传感器模块、MQ-2二氧化碳传感器、SIM800C短信、LCD1602显示模块、HC-SR501红外感应、BY8001扬声器、按键电路组成。

软件设计语言与开发环境

4.1.1 软件开发语言
在智能车载防窒息系统的设计中，选择使用C语言作为主要的软件开发语言。C语言是一种通用的高级编程语言，具有广泛的应用领域和强大的功能。在嵌入式系统开发中，C语言是最常用的编程语言之一。它具有简洁、高效的特点，能够有效地利用系统资源，适用于对性能要求较高的应用场景。
4.1.2 软件开发环境
选择了Keil MDK作为主要的开发工具。Keil MDK是一款功能强大的集成开发环境（IDE），适用于ARM Cortex-M系列微控制器的开发。它提供了一个友好的用户界面，具有强大的代码编辑、调试和编译功能，能够极大地提高开发效率。

软件系统的总体设计

首先是进行系统初始化，初始化STM32微控制器及其外设，包括内存、GPIO（通用输入输出）端口等，配置中断优先级和使能必要的中断。硬件模块初始化，初始化所有硬件模块，如传感器模块（温度传感器）、通信模块（SIM800C）、显示模块（如OLED显示屏）以及报警模块（如扬声器或LED灯）。

该设计采用了32位单片机进行控制。当电源接通的一刹那，短信模块会首先进行初始化操作，以验证其与单片机的通信状态。一旦通信成功，屏幕将开始展示相关的信息，如二氧化碳浓度和温度等。同时，指示灯会亮起，表示车内有人。在这个阶段，如果系统检测到有人且环境中的温度或二氧化碳浓度超出安全范围，它将自动启动语音求助和短信报警功能。完成这些操作后，设计将回到初始状态，等待下一个循环的开始。

元器件的焊接与组装

在设计和制作智能车载防窒息系统时，元器件的焊接和组装是非常重要的环节。正确的焊接和组装能够确保系统的稳定性和可靠性，提高系统的性能和使用寿命。
（1）选择合适的焊接工具和材料是至关重要的。在焊接过程中，需要使用到烙铁、焊锡线、焊接剂等工具和材料。烙铁应选择适合焊接元器件大小的尖头，焊锡线应选择符合焊接要求的规格和质量，焊接剂应选择高质量且不会对元器件造成损害的产品。
（2）焊接前需要对焊接区域进行清洁和防静电处理。清洁焊接区域可以确保焊接的可靠性和稳定性，防止杂质和污染物对焊接质量的影响。防静电处理可以避免静电对元器件的损害，保证元器件的正常工作。
（3）根据设计图纸和焊接要求，将元器件按照正确的位置和方向焊接到PCB板上。在焊接过程中，需要注意焊接时间、温度和压力的控制，以避免过度加热或损坏元器件。同时，还需注意焊接点的质量，确保焊接点的牢固性和导电性。

（4）进行组装和测试。在组装过程中，需要按照设计要求将焊接好的PCB板和其他组件进行组装和连接。组装时需要注意线路的正确连接和固定，以避免因连接不良或松动而引起的故障。完成组装后，进行系统的测试和调试，确保系统的正常工作和稳定性。

焊接和组装是智能车载防窒息系统设计中不可或缺的环节。通过正确的焊接和组装，可以保证系统的稳定性和可靠性，提高系统的性能和使用寿命。因此，在进行焊接和组装时，需要选择合适的工具和材料，进行清洁和防静电处理，控制焊接时间、温度和压力，确保焊接点的质量，进行正确的组装和连接，并进行系统的测试和调试。只有这样，才能设计出高质量的智能车载防窒息系统。

软件测试过程

（1）使用Keil 5软件编写智能车载防窒息系统代码；
（2）代码编译，编译过程中出现显示异常，出现乱码，通过修订代码，编译成功；
（3）编译成功后生成HEX文件，将其下载到STM32单片机；
（4）连接下载口，打开KEIL软件进行程序烧录。
（5）进行红外传感器子程序调试。观察是否能够正确读取当前车位使用情况的数据。
（6）测试的结果如下表6-1所示：

电路调试

在设计好电路图和PCB布局之后，接下来需要对电路进行调试。电路调试是确保电路正常工作的重要步骤，它可以发现并解决电路中的问题，确保系统的稳定性和可靠性。
（1）需要检查电路的连接是否正确。检查电路板上的元件是否正确焊接，并确保元件之间的连接没有短路和断路。使用万用表或示波器对电路进行测量，检查电压、电流和信号是否符合设计要求。
（2）需要对电路进行逐步调试。可以先将电源接入电路，检查电源是否正常工作，并测量电源电压是否稳定。然后，逐个模块地测试电路的功能。例如，对于传感器模块，可以通过改变输入信号来观察输出信号的变化，并与预期结果进行比较。对于控制模块，可以检查控制信号是否正确发送和接收，并观察控制效果是否符合预期。
（3）在调试过程中，如果发现电路中存在问题，可以通过以下方法进行排查和解决。首先，检查电路连接是否正确，是否有松动或接触不良的情况。其次，检查元件的规格是否符合设计要求，是否存在损坏或过载的情况。如果有必要，可以更换元件进行测试。另外，还可以通过修改电路参数或调整控制算法来解决问题。
（4）在调试过程中，需要注意安全问题。确保电路工作在安全电压范围内，并避免触及电路板上的裸露金属部分，以防触电。同时，要小心防止短路和过载，以避免损坏电路和元件。