【《基于单片机的智能汽车沉水保护系统设计》11000字（论文）】

基于单片机的智能汽车沉水保护系统设计目录TOC\o"1-2"\h\u29309一．绪论 6297871.1.研究背景与意义 6311401.2.国内外研究现状 6181261.3.主要研究内容 73890二．控制系统总体设计 844982.1.控制系统框架图 8157522.2.控制系统总体设计 8500三．控制系统硬件选型 9218043.1.单片机及器件简介 9137623.2.温度传感器 970233.3.湿度传感器 1062633.4.光敏传感器 1092103.5.红外线发射及接受装置 11293883.6.LCD液晶显示屏 1113977四．硬件电路设计 1151464.1.STM32单片机 12213084.2.可调压升压电源设计 129674.3.温湿度检测电路设计 13261894.4.温度调节电路设计 14246324.5.湿度调节电路设计 15215564.6.光照检测电路设计 16165054.7.光照调节电路设计 1768294.8.沉水遇险检测电路 1820444.9.保护电路设计 193794.10.按键 1928966五．控制系统软件 20277435.1.软件框图 20163795.2.软件流程图 2018818六．控制系统仿真 22254226.1.温度监测及调节系统 23267396.2.湿度监测及调节系统 2497156.3.亮度监测及调节模块 259586.4.沉水监测及保护系统 262903小结 29一．绪论1.1.研究背景与意义自1888年第一辆可出售汽车发明后，在随后的一个世纪内，挡风玻璃、刮水器、车顶内灯、车尾灯、倒视镜等设备的发明，现代化的汽车以初见雏形。虽然汽车的产量较高，并且动力系统技术也趋近完善，但是对于大部分品牌的车辆的内部环境控制设备，例如空调、灯光、加湿器等等，并没有形成功能完善的车内电器自动控制系统，不仅使用者难以根据不同的环境选择不同的模式，并且会在操作上给使用者造成一些困扰。另外，车辆安全问题近些年来也饱受关注，经常会有新闻报道因驾驶员的失误操作使汽车落入水中，甚至有时因使用者在发生事故后的慌乱，导致自己无法快速逃离险境，威胁生命。同时，科学家对微型计算机也进行了数代的研发，拥有更快的处理速度，更高的集成性以及更低的造价。在此基础上，以微型计算机为基础的智能控制系统逐渐进入人们的视野。起初，智能控制系统主要用以工业生产中，例如钢厂中的冶炼、轧钢等工序，以及石油中的钻井以及排沙等工序。随后，智能控制系统普及，例如智能家居可以更好的提高人们的生活质量。但是目前为止，汽车内部设施几乎还是使用手动操控的模式，没有汽车制造商将智能控制系统用于车内环境的控制中。本次选题从解决实际问题出发，充分考虑使用者在使用中的各种不方便的情况。解决驾驶者在行驶过程中不方便分心控制车上的空调、加湿器、灯光等设备，也避免其他使用者在乘坐汽车的过程中因环境的不断变化改变设备的运行状态而感觉繁琐。设计可综合控制各设备的自能控制系统。另外，增加一项保护使用者安全的功能，即在遇落水事故时快速开窗保护使用者安全。此控制系统也可以较好的提高老人和部分残疾人的使用效率，增加车辆驾驶的安全性。从未来来看，将控制系统和车辆内部的电器产品结合起来已成为必然之势，从智能家居的成功应用我们可知，人们对于周围环境的要求，已经不仅仅满足于基本的功能，对于使用舒适度的感受也越来越看重。所以，无论从提高人们的使用舒适度，还是从未来的经济角度，该题目都十分有研究意义。1.2.国内外研究现状国内研究中，对于车辆内部环境控制系统的研究还十分稀少：苏州工业园区职业技术学院王海燕车内空气质量控制系统主要包括车内空气循环和智能报警等功能；广西工学院杨叙，韩俊风研究车室环境监控仪，重点针对车内一氧化碳，二氧化碳，烟尘，挥发性有机化合物等对人体有害物质进行监测，并配对相应的空调系统；大连理工大学陈冬冬研制客车车内空气环境自动调节系统，加入自适应模糊控制，并设计了制冷、采暖、加湿、除霜等功能；重庆交通大学史瑞祥提出关于针对汽车电子系统的集成化环境研究，北京航空航天大学利用DSP为控制核心，首先对车内光照、噪声进行信息采集，在进行数据对比，最后进行调控。国外的研究成果中，部分科技公司将自主研制的车内环境控制系统投入使用实验，暴露出控制系统功能单一、缺乏稳定性容易失控等缺陷。目前，大部分车内环境控制系统功能简单，无法实现多功能同时控制，对于遇到危险的保护系统更是一片空白。1.3.主要研究内容对于国内外已有的研究成果进行分析后可以知道，目前用于控制汽车内环境的智能控制系统还处于起步阶段，大部分的现有研究结果都只能实现单一的功能，并且有者一定的局限性。另外，对于车辆的沉水保护系统，目前研究还处于空白阶段，没有太多实验数据可供参考。因此本课题以STM32微处理器为核心，结合各传感器以及车内可能出现的各种不同的情况，设计功能不同的模块，以解决可能出现的各种状况，其中包括：温度异常时空调的控制；湿度异常时加湿器的控制；亮度异常时的车灯控制；监测落水时的车窗控制。根据系统所需要具有的功能和特点，本课题主要研究内容包含： （1）、总体设计，需要考虑智能控制系统中的各项因素，例如大多数时间工作的场景，造价成本等因素，设计系统的研究模型。 （2）、硬件设计，除了本身需要满足相应功能，更要考虑到外形和所占空间，为保障功能的实现进行合理的选材选型，包括供电电源电路各种元件、各种传感器及传输电路、电气元件和其驱动电路，设计出总体电路，进行软件模拟仿真。 （3）、软件设计，以系统具有的功能为前提将程序划分为不同的模块，绘制流程图，对各模块进行编程，利用keil5软件进行功能开发。 （4）、智能控制的调试与运行，进行单步调试，解决可能存在的问题和漏洞。二．控制系统总体设计2.1.控制系统框架图温度传感器湿度传感器红外线发生器光照传感器温度传感器湿度传感器红外线发生器光照传感器STM32F103ZET6单片机 STM32F103ZET6单片机空调车内灯光保护系统加湿器空调车内灯光保护系统加湿器图2-1控制系统框架图2.2.控制系统总体设计智能汽车内部环境控制系统设计如图2-1分为三部分，分别为CPU中央处理器单元、传感器单元、调节电路单元组成，中央处理器单元对输入信号和输出信号进行处理，包括实时温湿度数据、光照强度数据、激光信号等，同时负责控制环境调节设备的运行。传感器单元负责监测车内环境各项指标数据，转换成数字信号传入CPU。调节电路单元由各种调控设备组成包括空调、加湿器、车灯等。用于接收CPU信号，控制设备工作运转，调节车内环境参数。调节电路单元由四个模块组成，分别为温度控制模块（空调电路）、湿度控制模块（雾化电路）、光照控制模块（车内灯光）和沉水保护模块。模块间采用并行运行方式。控制系统工作方式：系统进入工作状态后，测温模块将实时温度输入单片机，单片机输出信号控制空调的制冷和制热模式，调节车内温度；湿度传感器测量车内湿度，将实时湿度输入单片机，控制加湿电路工作；光照传感器测量车内光照强度，将信号输入单片机，在光照强度不足的情况下，当车内安全带被拉动时，灯光亮起，安全带就位，灯光关闭；激光发射器监测车辆是否入水。若产生异常，则控制车窗自动打开。在一定时间内，控制系统循环工作，组成闭环反馈，将车内环境控制恒定的参数内。控制系统硬件选型3.1.单片机简介单片机为众多微型计算机的一种，本车内环境控制系统及沉水保护系统采用STM32F单片机作为中央处理器。其资源包括:64KB静态随机存取存储器、512KB闪存、112个通用I/O接口，其中大部分I/O口可以复用和重映射。还包括2个基本定时器、4个通用定时器、2个高级定时器、2个直接存储器存取控制器、3个安全数字输入输出接口、2条I2BUS、5个串行端口、1个通用串行总线、1个局域网控制器和3个12位模数转换器并且同时还带外部数据总线可以直接用来外扩SRAM和连接LCD等。图2STM32F103ZET6原理图3.2.温度传感器在测温时，最重要的是抉择合适的仪表，也称之为温度传感器。铂电阻(RTD)、热电偶、热敏电阻这三种器件所构成的温度控制传感器在检测系统中使用最频繁，覆盖面最广。其中铂电阻造价较高，在工业中，使用最多的温传感器为热电偶和热敏电阻这两种材料制作。通常根据热电偶和热敏电阻的不同特性，以及各种场合的不同要求，选取合适的元器件。 热电偶测量温度的设备中使用的最多。它由两中不同特性材料的所制作的金属线组成，两种金属线的末端衔接在一起。通过测量压差得到温度。其优点有很多，包括较宽温度变化区间，适应不同空气质量的环境，而且结实耐用、价格低廉，可进行无源操作。热电偶由不同的金属材料构成，一端感受到热量变化，热电偶电路中会产生电势差。另一种通用的传感器由热敏电阻制作而成，其中大多数温度与阻值为负相关，阻值的改变较为显著。它是灵敏度相较于其他温度传感器更高。根据热敏电阻的制作过程可知，热敏电阻体积相较于一般电阻体积较小，但是温度变化非常灵敏。但热敏电阻由明显缺点，首先需要电流源对热敏电阻进行供电，同时因为热敏电阻体积极小，所以它对自身工作时产生的热量误差极为敏感，这样容易产生较大误差。热敏电阻精度较其他材料更高，它是需要灵敏、快速测量温度的电流控制电路的首要选择。热敏电阻尺寸较小的特点对于部分电路有利，可以满足大部分迷你或者便携式的要求。但在使用过程中，必须注意防止自热而导致的误差。设计智能汽车环境监控系统时，其温度传感器部分应包含以下特性。首先，温度测量范围较小，根据实际情况，将设定温度传感器的测量区间为10℃-50℃。其次，温度传感器测量值需要具有高精度。最后，因为装载于汽车内部，为节省空间，应尽可能减少传感器体积。根据以上所有特点，在制作该控制系统硬件时选择热敏电阻作为温度传感器更加合适。DHT11中包含一个热敏电阻，可以用来测量环境温度。其与单片机系统之间使用相对简单的单总线方式进行信息交互，仅仅只需要使用微处理器中一个I/O引脚。传感器所测量的湿度和温度的数据通过这个引脚分五组输到单片机，高位在前低位在后，并通过比较校验和和前四组数据的和的方式对以测量信息进行验证。另外，DHT11功耗要求低，相对节省能源。3.3.湿度传感器湿度传感器种类繁多，就构成类型分类可分为电阻型和电容型。湿敏电阻的工作基本原理为其电阻上的感湿膜四周的空气中的水汽含量发生变化并附着在膜上时，使电阻率发生变化。湿敏电阻器的型号规格较多。湿敏电阻所制作的湿敏传感器的主要优点位精度较高，并且反应较为灵敏，主要缺点是湿度-电压之间处于非线性关系，需要另外根据测试确定对应关系。当传感器周围的环境以及湿度情况发生改变时，使其电容值随之发生巨大变化。湿敏电容的主要优势为响应较快、数据传送滞后时间较小、容易制造、利于小型化和集成化。但是劣势为其精度均低于湿敏电阻。 对于汽车内部湿度的监控，需要传感器有较好的灵敏度和较快的响应速度。查找不同的器件的信息后，DHT11满足上述要求。该传感器具有极快响应、强抗干扰能力、体积较小，数据格式简单，价格较为低廉的特点。3.4.光敏传感器光敏传感器型号繁多，光敏传感器在自动控制领域中非常常见。其敏感波长为可见光波长。光传感器的作用不仅仅只是测量光的强度，还可以测量许多非电量，因此许多检测非电量数据的传感器都是由光膜元件组成。 光敏二极管对入射光的变化较为敏感。当没有光进入时，正向导通电流很小，并且伴随反向漏电流，二极管两端无电势差。当暴露在光照下时，二极管正向导通，因此可以通过光敏电阻两端电压的不同测量出实时的光照强度。 利用光电流的变化，我们将电阻器以串联的方式接入电路，这样可将光照强度变化转换为电压变化，再根据基准电压以确定实时的光照强度。 光敏传感器由光敏电阻构成。当车内的光线产生变化时，其电阻上电压发生变化，微处理器根据程序设置好的电压值换算得到环境光线的强弱。当光敏传感器完成采集工作后一方面，控制模块开始工作，另一方面光敏传感器循环扫描环境温度，并反馈数据，合理使用资源。3.5.红外线发射及接受装置红外线位于红光之外。红外线相较于可见光的优势为具有较好的抗干扰性，易于制作电路，易于解码和编码，消耗能源较少，造价低廉。 红外对管是包含对红外线发射与接收功能的模块。该发射管常由砷、镓构成的PN结，正向电流可以使二极管发射红外线。红外线其光谱分析功率主要是不同波长的不同波长830纳米至950纳米。3.6.LCD液晶显示屏液晶显示屏是属于一个平面控制显示器的一种。该显示屏具有低功耗、小尺寸、低辐射的优点。LCD液晶显示屏按驱动类型可分为被动矩阵型和主动矩阵型，被动矩阵型主要分为扭转式向列型（TN）、超扭转式向列型（STN）两种；而主动矩阵型主要可分为薄膜式晶体管型（TFT）及二端子二极管型（MIM）两种。目前工业中使用到最为广泛的液晶显示屏为主动矩阵驱动技术中的薄膜晶体管(TFT)，广泛应用于电子设备、智能控制、基础工业、智能家居等领域的产品中，并且在视角、彩色、对比等方面都有较好的层次，因此，本控制系统使用LCDTFT液晶显示屏进行参数显示。硬件电路设计4.1.STM32单片机单片机MCU原理图如4-1图所示，该图显示为单片机的I/O引脚分配，PG11连接温度检测模块。PF8连接光照检测系统，将引脚配置为模拟输入模式，读取光照数值。PC5连接红外线测量电路，将引脚配置为上拉输入，读取测量信号。PC0-PC3连接温度调节电路。PC8-PC11分别连接通风电路和保护电路，同样配置为推挽输出模式。PE2-PE4连接按键KEY0-KEY2，将引脚配置为上拉输入模式，用于输入温度舒适值区间。PA0连接KEY_UP，将引脚配置为下拉输入模式，用于模拟安全带拉出作为开关的状态。PC4连接继电器，通过调压电源控制雾化电路工作。PC7连接车内灯光。PB8连接报警电路。图4-1STM32单片机电路原理图4.2.可调压升压电源设计因驱动不同模块需要的电压不同，需要一块可调压升压电路作为电源。所以利用XL6009芯片为核心设计一款BOOST直流-直流可调压升压电源。XL6009芯片为稳压器，常用于直流电压变换电路。VIN为电源电压3.3V输入引脚。用支路将Vin接入接地电容来消除XL6009工作高频振动产生的噪音。EN引脚的功能是使能芯片。低电平信号，关闭器件运行，当输入为高电平信号时，芯片开始工作。当EN端处于浮动时，默认电平为高。SW为电源开关输出引脚；FB为反馈引脚。通过外接分压电阻的负反馈进行调节输出电压的范围为1V。如图4-2所示，除了电源和接地连接外，电源开关引脚还输出方波信号作为开关。当输出电压较低时，LEDD1被切断，电容器、滑动变阻器R2和电阻器R1形成放电电路，从而降低输出电压，并进行负反馈节。图4-2可调压升压电源电路原理图4.3.温湿度检测电路设计因为此汽车内部环境控制系统所采用的温度传感器和湿度传感器的型号均为DHT11，所以温度测量电路和湿度测量电路相同，根据程序使用不同的函数，分别显示温度和湿度如图4-3所示，R27为上拉电阻，用于保护I/O口和防止信号的干扰，C35为滤波电容，用于去除电源的纹波，保证输出稳定的电压。DHT11芯片模块与单片机进行信息传输的方式较为简单。从DHT11模块正面看，第一脚VCC接入电源高电平，第四脚GND接地。数据输出端OUT为第二引脚，单片机对应引脚可直接读取数据信息。为提高模块工作时稳定性和在任意环境的抗干扰性，在数据进行输出端和电源一个高电平之间接一只上拉电阻，用于防止纹波的影响。第三只脚浮空，既可以接地，亦可以与输出端并联。每个数据传送周期，数据输出端DQ将监测到的温度和湿度数据传输给单片机，Is内最多可传送10次，单片机中央处理单元将接受到的数据发送给LCD液晶显示屏，并通过对比设定标准值对温度和湿度调节电路工作状态进行控制。DHT11芯片模块可以采用单总线数据信息传输工作方式。其数据包由40Bit组成。数据分别包含着温度部分的小数部分和整数部分以及湿度部分的小数部分和整数部分。数据由高位先出，然后为低位。DHT11的数据格式分为32位温度湿度测量数据和8位校验和其中校验和的作用为为验证温度湿度数据在传送过程中是否出错。温度传感器单总线传输工作方式，在仿真和实物设计时，将温度传感器电路数据输出端接入单片机I/O接口PG11，PG11为1-wire数据端口，可减少系统间的通信系统中的数据交换。GHT11可通过PG11完成40位数据的传送工作，之后，二进制数据由微处理器完成译码工作，在传送至其他模块。图4-3温湿度检测电路原理图4.4.温度调节电路设计当温度检测模块检测到车内温度超出或低于设定舒适区间内时，单片机芯片使能温度调节系统，车内一般使用空调调节车内温度，空调是利用压缩机压缩制冷剂来调控周围环境温度，本文主要对于汽车内部环境控制系统进行设计，空调结构设计不在讨论范围之内，则将空调部分由电机驱动风扇代替，进行实际情况的模拟。因为单片机I/O引脚无法输出模拟信号，所以无法驱动电机，从而控制风尚运转。必须增加驱动电路，用于控制电机运转。将L9110S的IA1、IB1、IA2、IB2信号输入端接入单片机PC0~PC3，用于控制电机驱动电路，进而控制风扇电机的运行。当车内温度高于舒适值上限时，启动车内空调制冷模式，电机启动，风扇运转，可以降低汽车内温度；当车内温度低于舒适值下限时，启动车内空调制热模式，在电路中加入加热电阻，在制热模式工作时，电阻产生大量热量，使空调吹出热风。图4-4电机驱动电路原理图L9110S是一款双通道推挽功率放大器芯片，用于控制和驱动电机，并且该芯片在驱动电机时有较高的安全性。如图4-4所示，P6为微处理器，B1、B2为电机。将两块芯片分别接入单片机，用于控制正反转。IA、IB电平相同时，电机停转，IA、IB电平相反时，电机运行。VCC和GND接电源两端。OA和OB为信号输出端，将IA、IB接受到的信号转化为模拟信号输出，控制电机运行。4.5.湿度调节电路设计当湿度检测电路检测到车内温度过于干燥时，则需要对室内进行加湿。故采用雾化电路实现此功能,雾化电路的实现方式是利用超声波装置振动将加湿海绵中的水汽化，达到加湿的目的。当湿度监测电路检测到车内温度过于潮湿时，则需要对室内进行干燥。采用电机控制风扇实现功能。如图4-5所示，IA3、IB3控制通风电机B3，驱动芯片为U6的L9110S芯片。如图4-6所示。利用TL5001芯片输出PWM波，用于控制三极管的工作通断，使超声波雾化器可以产生高频振动从而将液体水雾化成蒸汽。输入的PWM波特率为109MHz，根据计算得到一个周期为9.2us，其中高低电平时间分别为5us和4.2us。电压放大线圈用于放大PWM波信号，是电压达到超声波雾化器驱动电压。使用两个二极管，一个拥有判断是否通电，另一个用于判断是否工作。该电路利用USB进行供电，因为不是用USB的串口通信功能，所以对VCC输入高电平，其余引脚连接地。单片机I/O信号输出数字信号无法通过USB对雾化模块进行供电，则需要增加一个继电器。将输出I/O口连接继电器，当继电器吸合时，电压输入可调压电路进行升压至雾化电路的额定电压，雾化电路工作。图4-5通风电路原理图图4-6雾化电路原理图4.6.光照检测电路设计如图4-7所示，采用LM393芯片、电位器、光敏电阻构成光照检测电路的主体部分，该模块既可以进行数字信号输出，也可以进行模拟信号输出，其中D0端口输出的为数字信号，A0为模拟信号输出端口，利用两个灯泡进行模块工作指示。利用该芯片功能，我们可以设置标准光照的电压为基准电压，通过两个电阻上不同电压的比较，从而利用输出的数字信号控制灯光照明。由原理图可知示，当光强检测电路进入工作模式时，左边发光二极管导通，表示该模利用该芯片功能，我们可以设置标准光照的电压为基准电压，通过光敏电阻上的电压进行比较，从而利用输出的数字信号控制灯光照明。由原理图可知示，当光强检测电路进入工作模式时，左边发光二极管导通，表示该模块开始工作。VCC经过电位器VR1流入LM393电压比较器反向输入端，该电压作为基准电压与光敏电阻上的电压比较，并将该电压代表光照设定值；光敏传感器接受入射光照射时产生其包含的光敏电阻的电阻值变化，光敏电阻的电阻值变化导致电阻上的分压发生变化。将变化后的电压信号变化输入给LM393比较器的同相输入端。将变化后光敏电阻上的电压信号与基准电压进行对比，使数字信号输出端电平翻转。单片机微处理器读取信号输出端的信号，控制I/O口输出引脚状态，当右边的发光二极管两端产生高低电平差，使发光二极管亮。通过此模块，我们可以进行实时光照强度与设定光照强度作比较，在光照强度设定值一定后。没有入射光时，光敏电阻相当于普通二极管，阻值较大，光敏电阻与上方1K电阻组成的电路节点电压升高，使得LM393比较器同相输入端电压大于反向输入端电压，输出端输出高电平。而入射光充足时，光敏电阻阻值减小，电路节点电压降低，则输出端输出低电平，同时点亮发光二极管。LM393比较器芯片容易产生寄生电容，从而发生耦合作用，并且产生寄生电容振荡，滤波电容无法防止振荡。接入一个小于10千欧的电阻，能够降低反馈控制信号，增加正反馈量，加速电平翻转速度，减少电容耦合作用的影响。光敏电阻构成的光敏传感器电路连接入单品机PF8引脚，当车辆内部的入射光改变时，光敏电阻两端的电压改变，之后通过ADC3_IN6模数转换器读取数据。PF8为模拟输入，读取其电压值，根据基础电压衡量出光照数值。图4-7光照检测电路原理图4.7.光照调节电路设计实际过程中，在汽车内部光照强度不足时，控制系统会根据安全带的状态启动内部照明设备提供足够的照明，为使用者使用安全带提供便利。为模拟实际的车灯运行情况，故利用灯泡模拟照明设备工作情况，设计照明电路。 如图4-8所示。设置三排发光二极管，在车内光照强度低时为车内提供照明。每排设置三个二极管，串联连接，用于模拟车灯灯管状态。正极接单片机PC7引脚，根据亮度情况，I/O口改变输出电平状态，控制灯光的照明或关闭。 另外设置一处手动按键S1，用于在单片机根据车内光照强度控制灯光的同时，使用者也能根据需要手动打开车内灯光，以备在特殊情况下使用。图4-8光照调节电路原理图4.8.沉水遇险检测电路如图4-9所示。在车辆落水后，水进入车内，致使红外对管之间的介质改变，红外线因而发生折射，使红外线接收管的信号强度降低，当红外线强度降低时，电路内电压降低。经比较器LM393电压比较器，控制保护电路工作。沉水遇险监测电路与光敏传感器电路相似，该模块通过PC5引脚将数据传送至MCU。图4-9红外线传感器电路原理图4.9.保护电路设计当车辆落入水中后，为保证人员的快速逃生，将自动打开车辆的所有车窗。如图4-10所示。车窗由电动机带动，故另外增加一个电机用于控制车窗降落。将电机驱动接入单片机引脚PC10、PC11，控制电机运行，因电机驱动电路与温度控制电路中的电机驱动电路相同，故不多赘述。图4-10保护电路原理图另外利用蜂鸣器和三极管作为报警电路，如图4-11所示，将蜂鸣器接入PB8引脚。当红外线传感器状态发生改变时，电平翻转使蜂鸣器发出警报。图4-11报警电路原理图4.10.按键如图4-12所示，设置四枚按键，用于控制温度的舒适值区间和模拟安全带运行，其中KEY1和KEY2两枚按键用于增加温的上限和减少其下限。另一枚按键KEY0用于调整温湿度的切换。其中，KEY0-KEY2分别连接MCU的PE2-PE4。KEY_UP按键连接PA0，功能为判断安全带的启动和停止状态，在安全带启动的同时，若车内光照条件较差，则启动照明电路。图4-11按键电路原理图控制系统软件除了控制系统的硬件设计，还需要利用软件控制系统的顺利运行。使用kile5软件进行编程，再将程序用串口写入微处理器。5.1.软件框图projectprojectHARDWARESYSTEMOBJCOREFWLibUSERHARDWARESYSTEMOBJCOREFWLibUSER5.2.软件流程图主函数主函数声明各函数头文件声明各函数头文件定义函数变量定义函数变量初始化各函数、串口，设置中断初始化各函数、串口，设置中断设置LCD显示屏设置LCD显示屏设置LCD显示屏设置LCD显示屏读取温湿度并控制空调，雾化器读取温湿度并控制空调，雾化器读取光强并控制车内等光读取光强并控制车内等光读取红外信号并控制车窗读取红外信号并控制车窗设置按键控制车灯亮度设置按键控制车灯亮度车内环境智能控制系统的程序分为6个部分，分别为“核心”、”硬件驱动“、“目标文件”、“器件库”、“系统”、“用户”。“核心”用于存放STM32启动文件，动。”硬件驱动“用于存放硬件驱动软件，包括温湿度传感器驱动、温湿度调控电路驱动、光敏传感器驱动、光照调节电路驱动、红外对管电路驱动、保护电路驱动等C文件。“目标文件”用于存放keil5编译后的目标文件，该目标文件将会写入微处理器。“器件库”用于存放单片机各外设、寄存器、时钟用到的函数语句。“系统”用于存放全局函数。“用户”用于存放程序主函数，调用各子程序中的函数。下面对各程序进行介绍。5.2.硬件驱动电路函数DHT11驱动函数：先将PG11输出端电平拉低20ms，再将其拉高30us，使DHT11复位；之后将DHT11拉低40~80us后检测是否拉高，以此检测该传感器是否存在；设置函数分别从DHT11读取一个字节和一个位，并利用这两个函数从DHT11读取一次数据；最后初始化DHT11对应I/O口PG11，将其配置为推挽输出，输出速度为50MHz，并默认为高电平输出。温度调节电路驱动函数：将直流电机接入L9110S驱动电路模块，以控制正反转，单片机I/O口输出的数字信号作为开关信号控制电机。将PC0~PC3作为电机驱动控制信号进行初始化，将PC0~PC3均配置为推挽输出，输出速度为50MHz。湿度调节电路驱动函数：将PC8、PC9作为电机驱动控制信号进行初始化，将其均配置为推挽输出，用于控制通风系统运转。初始化PC4，配置为推挽输出，通过继电器继而控制雾化电路工作。光敏传感器驱动函数：微处理器通过ADC3通道读取光敏电阻所测数值；首先将PF8配置为模拟输入，光敏电阻将数据输入PF8，由ADC3通道读取，并取平均值。之后配置ADC3通道的时钟并将其复位；配置ADC3通道工作模式，ADC通道工作在独立模式、单通道模式、单次转换模式，转换开始由软件而不是外部触发。光照调节系统驱动函数：根据一般车辆内部照明系统的实际情况，使用三排发光二极管模拟在光照条件不足时车灯的工作状态。使用STM32单片机PC7对二极管工作进行控制。首先在子函数对PC7进行初始化，后对其进行配置，将PC7均配置为推挽输出，输出速度为50MHz,初始电平默认为低电平。方便在主函数中调用，在光照条件不足的时候，PC7点亮车灯，反之，则熄灭。落水检测驱动函数：微处理器通过PC5读取红外对管电路的输出信号，并且不断对PC5引脚进行扫描，用于判断车辆是否落水。保护系统驱动函数：：车辆落水时，微处理器通过PC10和PC11控制点击工作，并且通过PB8引脚电平周期性取反控制蜂鸣器工作，对使用者进行警告。按键函数：首先初始化四枚按键，分别对应单片机引脚PE2-PE4、PA0。其中，KEY0-KEY2接地，KEY_UP接电源，所以将PE2-PE4引脚配置为上拉输入，且将PA0配置为下拉输入模式。KEY0-KEY2用于增加和减少温度的舒适值区间，而KEY_UP用于模拟安全带的状态。主函数：主函数功能为控制各传感器工作，并根据传感器返回的数值调用相应的控制系统函数。主函数的第一部分为声明各子函数的头文件；第二部分为设置函数变量，用于存放测量的温度、湿度、光照强度和红外线的数据；第三部分串口初始化为115200；第四部分为初始化各函数；第五部分为调用LCD程序显示传感器测试数据；第六部分为各部分函数运行部分，包括传感器运行部分和调节模块，DHT11读取测量温度和湿度，从光敏传感器读取亮度，从红外线模块检测信号。控制系统仿真在完成实物之前，需要在电脑上对设计的各模块进行仿真使用PROTEUS进行软件仿真，考虑到PROTEUS软件中没有STM32单片机芯片，故使用STM51单片机进行仿真模拟，本章所述各模块所接单片机引脚以实物为准，仿真只模拟运行过程。图6-1控制系统仿真总图6.1.温度监测及调节系统如图6-2所示，温度舒适区间默认值为24-28摄氏度，当温度传感器检测到车内温度超过28摄氏度时，空调制冷模式启动，驱动制冷电路启动，制冷驱动电路A的IA端输出高电平，电机A正转启动。图6-2高温时空调运行仿真图如图6-3所示，当测量出车内温度低于24摄氏度时，空调制热模式启动，驱动电路B启动，驱动电路B的IB端输出高电平，电机B反转启动。当制热模式启动时，电流通过加热电阻，产生热量，从而使室内升温。图6-3低温时空调运行仿真图6.2.湿度监测及调节系统由前文介绍可知DHT11模块兼具温度和湿度的测量功能，所以温度湿度测量为同一电路。如图6-4所示为湿度调节模块，当车内湿度低于30%时，加湿电路启动，其中雾化模块启动，将海绵中的水雾化，进行加湿。图6-4低湿度时加湿器工作仿真图如图6-5所示，当雾化模块运行一段时间后，车内湿度上升，当湿度值上升超过30%时，则既不加湿也不进行通风。图6-5正常时湿度加湿器工作仿真图如图6-6所示，当湿度高于60%，加湿器启动通风功能，启动电机风扇，对车内进行干燥；在运行一段时间后，如果车内环境的湿度低于60%，则停止工作。图6-6高湿度时加湿器工作仿真图6.3.亮度监测及调节模块如图6-7和6-8所示为亮度测量模块和车灯控制模块仿真图，当车内亮度低于50时，启动车灯，当亮度高于50时，关闭车灯。上拉电阻保证二极管不受电压纹波干扰。另外增设按键用于适应者手动控制车内灯光，设置按键，用于在智能控制系统控制车灯的同时，使用者也可以在特殊情况下，手动控制车灯。图6-7光线弱时车灯工作仿真图图6-8光线强时车灯工作仿真图6.4.沉水监测及保护系统如图所示为汽车沉水监测及保护系统，将红外线发射接受模块的数字信号输出端接入单片机。在系统正常运行时，LCD显示“common”。当红外对管与挡板之间的介质变为水时，电压升高并高于基准电压，输出高电平。单片机接受到高电平信号，启动保护系统。保护系统在启动的时候驱动电机将汽车玻璃打开，并且启动蜂鸣器进行报警，当保护系统启动时，使能电机驱动电路，使电机正转。LCD显示屏上“warning”替代原先的“common”。图6-9车辆落水时保护系统工作仿真图参考文献李宁宇.基于STM32的智能温度巡检仪设计[J].自动化应用,2020(01):34-35+46.林曌.基于单片机的温度湿度监控系统[J].科技视界,2015(04):182-183.QianLiu.BasedonSTM32IllegalVehicleMonitoringSystem[J].InternationalCoreJournalofEngineering,2021,7(3).窦慧敏.基于高分子湿敏元件的STM32湿度传感系统的研究[D].吉林大学,2015.基于STM32冷藏车空调控制器的设计与开发[J].彭红超.汽车电器.2020(04)基于STM32的车内环境监测系统的设计[J].秦莉,王香莲.信息系统工程.2017(08)汽车空调压缩机自动制冷控制技术及其温度控制方案设计[J].万腾,王文静,周记国,谢阳.压缩机技术.2020(02)YangYiqiao;LiJinshuai;ChenGuangyu

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