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项目研究背景
随着汽车保有量持续增长，密闭车内高温、二氧化碳浓度超标引发的安全事故受到广泛关注。传统车载设备大多仅具备单一温度监测功能，缺少二氧化碳浓度检测能力，难以综合评估密闭车厢环境安全；多数车载通风装置仅支持固定模式运行，不支持手动、自动、阈值设置多模式切换，智能化调控能力不足。现有车载监测设备普遍缺少车门状态联动检测机制，无法在密闭车门环境下及时触发报警与通风操作，报警形式单一，仅依靠灯光提示，缺少语音播报辅助提醒，预警效果有限。物联网嵌入式技术的快速发展，为低成本车载环境智能监测设备开发提供了技术支撑。本课题基于 STM32 单片机搭建多传感器采集控制系统，集成温度、二氧化碳、霍尔检测单元，配套舵机、风扇等执行机构，实现车内环境实时监测、自动通风、超限声光语音报警功能，弥补传统车载监测设备功能单一、联动性差的缺陷，具备良好的实际应用价值。
摘要
本文设计一款基于 STM32F103C8T6 单片机的车内环境智能监测与通风控制系统。系统利用 DS18B20 温度传感器、SGP30 二氧化碳传感器采集车内环境数据，通过霍尔传感器模拟车门状态检测，借助 OLED 屏幕实时展示各项监测参数。系统支持自动模式、手动模式、阈值设置三种工作模式，自动模式下环境参数超出设定阈值时，自动驱动风扇排风、舵机控制天窗开启；车门闭合状态下参数超限将同步触发蜂鸣器声光报警与语音播报。手动模式下可通过按键选择并控制风扇、天窗等设备，阈值模式支持温度、二氧化碳报警阈值自定义调整。测试结果表明，系统能够稳定完成环境数据采集、多模式切换、设备联动控制与超限预警，具备结构简单、成本较低、运行稳定的特点，可应用于车载密闭空间环境安全监测场景。
总体方案
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主控单元：STM32F103C8T6 单片机
作用：整个系统的控制核心，负责读取各类传感器采集数据、解析按键指令、运行控制逻辑、驱动外设执行动作；选型理由：该芯片资源充足、外设接口丰富，具备较高运算性能，资料丰富，开发门槛适配本科嵌入式开发学习，广泛应用于小型物联网控制装置。
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数据显示单元：OLED 液晶显示屏
作用：实时刷新展示车内温度、二氧化碳浓度、车门开关状态等监测数据与系统工作模式；选型理由：自发光无需背光，功耗低，显示清晰，驱动程序成熟，适合嵌入式小型终端信息展示。
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环境采集传感器
- DS18B20 温度传感器：采集环境温度数值，数字信号输出，布线简单，满足车内温度采集需求；
- SGP30 二氧化碳传感器：检测空气二氧化碳浓度，实现密闭车厢空气质量监测；
- 霍尔传感器：感应磁场变化，模拟车载车门开闭状态信号。
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执行机构单元
- SG90 舵机：机械转动，模拟汽车天窗开启与闭合动作；
- 继电器模块与散热风扇：接收主控信号，控制风扇启停，模拟车内排风降温；
- LED 指示灯、蜂鸣器：组成声光报警模块，超限状态下触发警示。
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语音播报模块
作用：接收单片机指令，播放预设语音 “请求帮助”；选型理由：模块串口通信驱动简单，无需复杂音频解码开发，适合嵌入式报警语音输出。
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按键输入模块
共 4 路独立按键，分别实现模式切换、设备选择、设备启停、阈值增减功能，为人机交互操作提供硬件入口。
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硬件整体架构逻辑
单片机周期性读取传感器数据，接收按键操作指令，按照选定工作模式执行控制策略，驱动显示屏、执行机构、报警模块完成对应的响应动作，形成完整闭环控制系统。
核心功能
基础功能
- 环境数据实时采集功能：主控芯片周期性采集 DS18B20 温度、SGP30 二氧化碳浓度、霍尔传感器车门状态信号，完成原始数据读取与数据转换，为系统控制逻辑提供数据源。
- 数据可视化显示功能：OLED 屏幕持续刷新展示温度、二氧化碳浓度、车门开关实时状态，同步显示当前系统所处工作模式，便于操作人员直观查看系统运行信息。
核心功能
- 多模式切换控制功能：通过第一个按键循环切换系统工作模式，依次切换自动模式、手动模式、阈值设置模式，实现三种工作场景自由切换，适配不同使用需求。
- 手动模式设备控制功能：进入手动模式后，第二个按键循环切换待控制设备，第三个按键完成选中设备开启、关闭操作，支持人工主动控制风扇、天窗等外设。
- 阈值参数配置功能：阈值设置模式下，第二个按键切换待调整阈值项目，第四个按键实现参数加、第三个按键实现参数减，使用者自定义温度、二氧化碳浓度报警临界值。
- 自动环境调控功能：自动模式下监测参数超过阈值时，自动启动风扇排风降温；二氧化碳浓度超标时，舵机运转打开天窗进行通风，实现无人干预自动调控。
- 车门状态联动预警功能：自动模式下霍尔传感器检测车门闭合时，若温度、二氧化碳数值超出阈值，在启动通风设备的同时，触发声光报警，启动语音播报模块播放 “请求帮助”，实现密闭车厢环境危险预警。
辅助功能
- 声光报警功能：系统触发预警条件时，蜂鸣器鸣叫、LED 点亮，组合形成声光警示信号。
- 语音播报预警功能：危险工况下播放预设求助语音，强化预警效果，提升危险场景下提醒能力。
技术路线
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编程语言：C 语言
用途：作为 STM32 单片机的开发语言，编写传感器数据读取、按键扫描、外设驱动、控制逻辑、模式调度全部业务代码，是嵌入式开发主流编程语言。
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开发平台：Keil MDK5
用途：提供代码编辑、编译、调试、程序下载功能，完成 STM32 程序工程搭建与程序烧录。
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硬件驱动库：STM32 标准库
用途：简化单片机 GPIO、串口、定时器等外设初始化开发，降低底层寄存器开发难度，提升开发效率。
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仿真调试工具：ST-Link 下载器
用途：实现电脑与开发板通信，完成程序下载、在线调试，实时查看单片机内部变量运行状态。
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电路设计工具：Altium Designer
用途：绘制系统硬件电路原理图，完成硬件接线方案规划，辅助硬件搭建。
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测试工具：串口调试助手
用途：串口打印传感器原始数据，用于调试传感器采集效果，排查数据采集异常问题。
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硬件调试工具：万用表、杜邦线、电源模块
用途：硬件电路接线检测、供电调试，保障硬件平台稳定运行。
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辅助绘图工具：Visio
用途：绘制系统总体硬件架构图、程序流程图，用于毕业设计文档图表制作。
项目演示
关于我们
博主本身从事开发软件开发、有丰富的编程能力和水平、累积给上千名同学进行辅导、有自己的独立工作室，目前只专注做自己专业领域的事。团队人员有多年架构师设计经验、多人有参加校企合作经验，被多个学校常年聘为校外企业导师，指导学生毕业设计并参与学生毕业答辩指导，有较为丰富的相关经验。期待与各位高校教师、企业讲师以及同行交流合作。
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