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1、书葡要1Abstract2前言3第一章绪论41.1 课题研究的背景与意义41.2 课题的国内外研究现状及发展方向41.2.1 国外研究现状51.2.2 国内研究现状51.3 本文的主要研究工作6第二章基于IntoRobot云平台的系统架构71.1 基于云平台远程监测系统的设计需求71.2 基于物联网监测的基本架构72. 3远程监测系统的基本架构9第三章数据采集系统的硬件设计112.1 硬件电路原理图113. 2IntoRobotNeutron控制板功能模块123.2.1 Neutron控制板整体架构123.2.2 Neutron控制板的总线扩展器133.3传感器与控制板的连接方式介绍163.3
2、.1 VOC传感器-WSP2U0173.3.2 甲醛传感器-电化学甲醛模组ZEO8-CH2O183.3.3 温湿度传感器-DHTlI203.3.4 SSD1306OLED显示屏21第四章系统软件的设计与实现261.1 1系统软件方案设计261.2 应用编辑与添加261.3 在线编程271.4 功能详解281.4.1 创建工程284.4.3 编辑界面294.4.4 私有库304.4.5 公有库334.5 程序代码与成果展示34第五章总结与展望405.1 课题总结405.2 进一步开发的展望40参考文献41致谢错误!未定义书签。现如今，在国家汽车行业飞速发展的同时，人们在出行之时所使用最多的交通工
3、具也已经变为了机动车辆，其内部空气质量的优劣已经严重的影响了车内人员身体健康。因此,研发一种便携、低成本、能实际反应出车内空气质量情况的监测系统，具有非常现实的意义。基于此，本文研发了一款基于Inte)RObC)t云平台的车内空气质量远程监测系统，可以远程监测车内温度、湿度、甲醛含量、VOC含量。而且该系统可实时显示车内空气质量情况，当有害气体浓度或者温湿度超过预设值时，发送报警信息至用户绑定的手机上。本次研发的系统基于IntORObot云平台，使用了IntoRobOtNeUtron开发板作为主控制器，运用各类传感器模块采集信号，OLED显示屏作为显示器，通过在线编程以及调试，以实现其功能性。
4、并且通过设计，实现通过手机APP对车内空气质量进行监测。实验结果表明，本次研发的系统可以准确的检测出车内空气中的温湿度、甲醛浓度以及VOC浓度，从而判断车内空气质量情况，具有良好的实用价值。关键词：车内空气质量，IntoRobotNeutron,传感器，在线编程，手机APP作者：唐杰指导教师：沈长青AbstractNowadays,whilethecountry,sautoindustryisdevelopingrapidly,themeansoftransportationthatpeopleusemostwhentheytravelhavealsobecomemotorvehicles.T
5、hequalityofinternalairqualityhasseriouslyaffectedthehealthofthepeopleinthevehicles.Therefore,thedevelopmentofaportable,low-cost,canreflecttheactualairqualityofthecarmonitoringsystem,hasaveryrealisticsignificance.Therefbre,thedevelopmentofaportable,low-cost,cantrulyreflecttheairqualityofthecarmonitor
6、ingsystem,hasaveryrealisticsignificance.Basedonthis,aremotemonitoringsystemforin-vehicleairqualitybasedontheIntoRobotcloudplatformisdevelopedinthispaper,whichcanmonitorthetemperature,humidity,formaldehydecontentandVOCcontentinthevehicleremotely.Moreover,thesystemcandisplaytheairqualityinthecarinreal
7、time.Whentheharmfulgasconcentrationortemperatureandhumidityexceedthepresetvalue,thealarminformationissenttotheuser-boundmobilephone.ThesystemdevelopedthistimeisbasedontheIntoRobotcloudplatform,usingtheIntoRobotNeutrondevelopmentboardasthemaincontroller,usingvarioussensormodulestocollectsignals,andth
8、eOLEDdisplayasadisplay,throughonlineprogramminganddebuggingtoachieveitsfunctionality.Andthroughthedesign,throughthemobilephoneAPPtomonitortheairqualityinthecar.Theexperimentalresultsshowthatthedevelopedsystemcanaccuratelydetectthetemperatureandhumidity,formaldehydeconcentrationandVOCconcentrationint
9、heairinthecar,thusjudgingtheairqualityinthecarandhasgoodpracticalvalue.Keywords:AirqualityinCarJntoRobotNeutron;sensor;onlineprogramming;mobileAPPWrittenbyJieTangSupervisedbyChangqingShen,.Z.,-A刖百本文详细的阐述了基于IntoRobot云平台的车内空气质量远程监测系统的软硬件设计和系统运行调试的过程及结果展示。在国家汽车行业飞速发展的同时，国内的汽车保有量也已一种惊人的速度增长，走在大街小巷可以发现到处
10、都是机动车辆。人们也逐渐重视汽车所引起的种种安全隐患，比如在车辆驻停后，伴随着车内温度升高以及有害气体的凝聚，会对车内人员的身体健康造成严重的危害，甚至危及其人身安全，近年来，对车辆滞留儿童伤害事件时有发生。但是，最令人苦恼的是我国直到今天还是没有一套完整的汽车车内污染标准和完善的车内污染检测方法，这使得我们对汽车内环境污染的治理问题无从下手。基于此本文设计一款能够实时监测车内空气质量的数据采集系统，对于车内空气质量的检测主要是检测车内的温湿度，Ve)C和甲醛浓度。设计的方案是基于IntoRObOt云平台通过三种传感器对车内空气质量参数进行采集，对传感器采集到的数据进行处理变成模拟信号，再通过
11、A/D转换器，将模拟信号转变成数字信号传送给IntORobOtNeUtron开发板，对信号进行处理后通过OLED屏进行结果显示，也可以通过下载手机APP,注册IntoRobot账号通过IntORobOtNeutron开发板的Wi-Fi模块使Neutron连入云平台并与账户捆绑，用户就可以在手机端APP实时监测车内空气质量，而且当车内空气质量超过预设值时，用户会收到系统所发送的短信提示。本文一共分为五个章节来具体阐述本次设计。第一章节为绪论。就本文所研究课题的背景与意义进行论述，并对国内外的课题背景和课题研究的现状进行分析以及介绍本文的主要研究工作。第二章节为基于IntoRobot云平台的系统架
12、构。本章节通过对远程监测系统的需求进行分析并介绍了基于物联网监测的基本架构，根据该架构研发设计了一种称心合意的基于IntoRobot云平台的车内空气质量远程监测系统的基本架构。第三章节为数据采集系统的硬件设计。由系统硬件电路原理图、IntoRobOtNeutron控制板功能模块以及传感器与控制板的连接方式介绍组成这三个小节组成。第四章节为系统软件的设计与实现。本章节设计了所用传感器组数据采集的程序以及IntoRobot云平台的数据库系统,然后利用该云平台的在线编程以及设备展示功能等功能,编写了基于此云平台的车内空气质量远程监测程序代码，通过WEB端以及手机端APP显示车内的空气质量情况。第五章
13、节为总结与展望。第一章绪论1.1课题研究的背景与意义近年来，在国家汽车行业飞速发展的同时，人们的购买力也在不断的增加，会发现汽车已经步入普通家庭，成为了我国人们生活中不可或缺的出行工具。据了解，我国汽车每年的销售量约占有全球汽车的总销售量四成左右，自2009年超越美国至今占据世界榜首己长达9年之久；2017年年底，我国的机动车保有量约有3.1亿辆，己经在全球占有三成的比例。而人们在享受汽车所带来的便利之时，许许多多的安全隐患问题也伴随而来。据了解，机动车内刺鼻的异味已经成为许多车主投诉机动车缺陷最为明显的问题之一。据统计，机动车内含有很多的空气污染物，其中包括烧类、醛类、酮类物质等，对车内人员
14、身体健康的危害较为严重。经过了解发现这些车内空气污染物主要来自以下五个方面：一、许多车主喜欢装饰自己的爱车，在自己的新车内部有大量的饰件，然而他们不知道他们所装饰的某些饰件生产的时候采用了大量的塑料制品和黏合剂，其都含有苯、甲醛等空气污染物，反而成为了危害车内人员身体健康的主要来源；二、车主在驾驶他们的汽车时，由于发动机的燃烧不可避免的会产生CO和氮氧化物等危害人体健康的气体；三、若车主很长一段时间都不清洗车用空调的话，将会生成某些有害物质；四、汽车坐垫由于某些原因受潮时会产生霉菌异味，也会导致车内空气环境污染。但是，除了上述这些很多我们无法进行改变的污染源以外，车内人员自身的某些行为也会给车
15、内空气质量带来二次污染。比如我们有的时候在乘坐一些喜欢在车内吸烟的车主的车时，我们会感觉胸闷，这正是由于吸烟使得其车内的空气变得十分混浊，生成大量的空气污染物，而且如果车主长期在车内抽烟的话，甚至会在其车顶棚上形成一层黑色的烟渍，不仅影响其汽车的美观而且非常难以去除。因此，研发一种便携、低成本、能够实际反应出车内空气质量情况的远程监测系统具有非常现实的意义。本文的目的在于研发设计一款基于IntoRobot云平台的车内空气质量远程监测系统，且该系统所设计的框架应该具有架构简单、数据真实、可远程监测、用户使用方便的特点。本系统可以适用于监测新车、行驶或滞留状态下车辆的车内空气质量情况，当有害气体浓
16、度或者温湿度超过预设值时，发送报警信息至用户绑定的手机上，使得车主及时的采取合理的措施来改善汽车内的环境质量问题，从而保护机动车车内人员的身体健康。1.2课题的国内外研究现状及发展方向1.2.1国外研究现状(1)德国汽车车内空气质量标准众所周知德国是一个世界著名的生产汽车的国家，其在很早以前就已经开始重视起车内环境的污染和治理问题，而且德国环保部门和消费者协会、汽车制造协会等还为此颁布了一些相关的法规政策，如“德国汽车车内环境标准”。(2)美国汽车车内空气质量标准美国早在上世纪八九十年代时期因为曾发生过几起由于车内空气污染问题而致使人死亡的事件为其敲响了警钟。所以室内和车内污染在美国被认定为人
17、类健康的五大危害之一。据了解，美国AnnarbOr环境集团在2006年发布一篇题为任何速度都有毒的车内空气质量检测报告，报告中说车内空气中的有害化合物的含量已经达到家具和办公室中的5到10倍，他们采集了11个国际著名汽车品牌车内的薄膜样本，以及汽车的挡风玻璃、车内的灰尘样本，经过仔细化验分析之后，得出此结论，即汽车车内普遍存在这许多对人体有害的物质。尤其的新车的车内污染更为严重，此研究表明，新车出厂后的车内有害气体至少需要6个月以上的挥发时间。美国环保局对于汽车制造厂所使用的材料要求非常严格，其使用的新材料必须要申报，而且要经过环保部门的审查之后才能够使用，以保证其对车内环境和人员的危害程度降
18、到最低点。甚至申报者一旦违反了规定，不仅要求担负大量的罚款，强制召回其产品并进行污染清理，而且主要负责人甚至会被判刑。(3)日本汽车车内空气质量标准2005年，日本机动车协会(JAMA)已经意识到了机动车车内空气污染为车内人员所带来的严重危害，因此为了使日本在此后所生产的新车的车内空气污染问题有所改善，其以自主行动计划的形式发布了小轿车车内空气污染治理指南，并在同一时间发布了JAMA提出的车内空气质量测试方法。1.2.2国内研究现状环保部与国家质检总局在2012年3月一起发布了GB/T27630-2011乘用车内空气质量评价指南，该指南颁发之后使得国内的机动车车内空气质量问题有了一个评价的改善
19、的依据。但是由于该指南不属于强制性的国家标准，其规范的作用变得微乎其微。此后，环保部在2016年1月22日发布了替代GB/T27630-2011乘用车内空气质量评价指南的GB27630-201X乘用车内空气质量评价指南征求意见稿，其仍然只应用于新生产的车辆，但是性质由推荐性国家标准变为了强制性国家标准，并对某些条款以及部分污染物限值进行了相应的修改和调整。1.3本文的主要研究工作本课题基于IntoRobot云平台，致力于机动车车内空气质量的远程监测，并进行云平台与设备的状态监测。为实现本次车内空气质量远程监测系统的研发，本文的主要研究工作包含以下五个方面：(1)查阅资料设计一种称心合意的基于I
20、ntoRobot云平台的车内空气质量远程监测系统的构架。(2)从所运用的几种传感器与IntoRobotNeutron开发板的连接方式、节点间的通讯协议设计系统原理图，并依此设计PCB板的硬件线路布局。(3)分析本此研发设计过程中所运用的IntoRobot云平台的技术与功能，运用C语言编写系统程序代码，实现甲醛含量、VOC含量以及温湿度的远程监测功能。(4)分析本此研发设计过程中所运用的IntoRObot云平台的技术与功能，运用云平台应用编辑功能，设计与实现用户手机端APP设备的显示界面。(5)通过在线烧录并调试验证本文设计的基于IntoRobot云平台的车内空气质量远程监测系统具有一定的可实用
21、性。第二章基于IntORObOt云平台的系统架构2.1 基于云平台远程监测系统的设计需求IntORObot云平台隶属于深圳市摩仑科技有限公司，该公司以开源开放、服务大众为宗旨，致力于推出工业级硬件及极简化IOT云平台，为企业以及个人提供一站式软硬件的整体服务，大大的降低物联网应用创作开发技术的难度。本文基于IntoRobot云平台，使用了该平台的NeUtron开发板，并运用了云平台的在线编程、应用编辑、关联控制等功能，将云平台技术、物联网技术和远程监测技术相结合，根据基于IntORobOt云平台的远程监测系统的应用场景，对系统的构架进行了相应的设计，因此该系统具备了以下五点设计需求：(1)用户
22、使用方便。用户在使用本系统的时候能够直接通过终端系统自带的软件连接访问，并不需要安装其它的应用软件。(2)可以进行远程监测。当本系统已经接入网络通信时，用户能够在任何地点、任意时刻对车内空气质量进行远程监测，实现了系统的远程监测功能。(3)人机界面良好。基于IntoRobot云平台的车内空气质量远程监测系统手机端APP的人机界面应具有简单、操作方便的特点，给予用户良好的体验。(4)保障数据通信安全。本文设计的数据采集板在采集车内节点信息的同时，能够将所采集到的数据完整的上传到IntORObot云平台，保障不会丢失数据与通信网络的安全。(5)低成本。与那些专业的车内空气质量远程监测产品对比,在达
23、到相同目的的情况下，该监测系统具有更加低廉的成本。2.2 基于物联网监测的基本架构本文基于IntoRobot云平台的车内空气质量远程监测系统通过运用物联网的架构进行设计，因此了解物联网的架构对于本次的研发工作具有十分重要的借鉴意义。从物联网的技术架构上来进行分析的话，物联网可以分为以下三层：感知层、网络层和应用层，其具体的结构如下图21所示。应用层无线网络2G/3G/4GWIanZWiMax/感知层读卡器 摄像头 红外感应器 停车场照应器丁 f 瞰 I综合识别与感知Iili 货架人服装飞机汽车图2-1物联网三层架构感知层又称其为感知交互层，存在于物联网三层结构中的最底层。其功能为“感知”, 即
24、在系统结构中起到对外界世界的感知识别和数据的采集处理等功能，然后通过某些短距 离传输技术将其采集到的数据传递到网络层，实现了感知层、网络层和应用层的物理连接。 在本此研发的系统中，感知层由传感器组构成，包括VoC传感器、温湿度传感器、甲醛 传感器、PM2.5传感器。感知层的作用就好比人体的皮肤和五官，它是物联网识别外界物 体、采集数据信息的唯一途径。网络层又称其为网络传输层，存在于物联网三层结构中的第二层。其主要功能为“传 送”，即通过通信网络进行信息数据的传输，并且实现数据交互，保证了信息的可靠性与 准确性。网络层作为纽带连接着感知层和应用层，它是由各种私有网络、互联网、有线和 无线通信网、
25、网络管理系统以及云平台等构成的。在本系统中由NeUtron开发板核心处 理器之一的ESP8266微型MCU所构成，网络层的作用就好比人体的神经中枢和大脑， 能够传递和处理感知层中传感器组所获取的车内空气质量数据。应用层又称其为应用处理层，存在于物联网三层结构中的最顶层，是物联网结构的终 端。其功能为“处理”，即利用感知层与网络层所提供的接口，处理感知层与网络层所感 知采集和传递上来的一些数据，从而实时对外面物理世界进行控制、精确管理以及作出科 学的决策。应用层为用户提供如智能医疗、环境监测、智能物流、智能城市、智能生活、 智能家居等应用服务。有线网络互联网拨号网络/局域网络私有网络/专线网络2
26、. 3远程监测系统的基本架构本文基于IntoRobot云平台的车内空气质量远程监测系统中的远程监测系统通过上述可知其是基于物联网而构建的，依据上述所介绍的物联网构架的三个层次，本文所研发的系统构架也是由类似的三个层次构架所构成，具体的结构如下图2-2所示。如上图2-2所示，本文中车内空气质量远程监测系统主要由传感器组、网络接入设备、云平台、移动设备组成。传感器组包含了几种不同类型的传感器，有温湿度传感器、VOC传感器、甲醛传感器，传感器组中每个传感器独立与Ink)RObOtNeUtrOn控制板进行电性连接，所述控制板和OLED显示屏进行电性连接，可将测量得到的各种环境参数直接显示在显示屏上，同
27、时控制板在接收并处理传感器组采集到的数据之后,通过其身上的Wi-Fi模块将传感器组所采集到的数据发送至IntoRobot云平台，用户即可在手机APP端实时查看测量得到的车内空气质量的各种参数。车内空气质量远程监测系统的网络接入设备为NeUtron核心处理器之一ESP8266微型MCU,本次系统在设计过程中使用了该模块为所研发的设备增添了联网的功能，使得所用的传感器组连入了IntoRobot云平台，即能够将设计的数据采集板所采集到的数据输送给云平台进行相应的处理、存储。用户能够通过PC、笔记本、手机等的浏览器访问车内空气质量远程监控系统WEB端的应用程序。本文研发的基于IntoRobot云平台的
28、车内空气质量远程监测系统是一款具有普适性的系统，只需要将传感器组通过一些协议就能自动连入基于IntoRobot云平台的车内空气质量远程监测系统中。基于IntoRobot云平台的车内空气质量远程监控系统正常运行的大致流程如下图2-3所示。传感器节点网络接入设备云平台应用程序接收指令解析指令执行指令生成数据发送数榭图2-3系统运行的大致流程图首先，传感器节点通过通信设备直接连接在网络接入设备上，然后传感器节点接收网络接入设备转发的云平台控制指令，再将指令解析，根据解析得到的指令进行相应的操作,在采集到数据后，将数据发送到网络接入设备，网络接入设备再将传感器采集的数据直接发送到云平台上的数据库进行存
29、储。通过PC、笔记本、手机上的浏览器登陆WEB端指定的应用服务网页，然后通过注册登录网页访问IntoRobot云平台，用户可以在云平台网页进行编辑操作。监测系统的应用程序是采用基于WEB的编程方式在线编程，完美的兼容ArdUinO语法使得用户使用起来非常的方便，用户没必要安装一些特定的应用软件，只需要通过浏览器进行访问操作，实现了监测系统程序的跨平台与兼容性。如果用户想读取历史数据，那么应用程序就产生事件触发云平台的数据库，然后读取数据库里的指定数据,下载到WEB服务器上，WEB服务器对下载的数据进行解析，然后以特定的形式如图片等显示出来。基于IntoRobot云平台的车内空气质量远程监测系统
30、通过上述流程对车内环境质量进行远程监测。第三章数据采集系统的硬件设计传感器节点是基于IntORobot云平台的车内空气质量远程监测系统的最小单元，由传感器组、执行装置、NeUtron控制板和通信设备组成。节点中的传感器组在系统中起着感知外界、采集车内空气质量信息的功能，好比人体的“皮肤”以及五官”，节点内的执行装置能够实现监测系统的反馈控制功能，在监测系统中相当于人体的“手”、“脚”的作用，通信设备在本系统中起着连接传感器和网络接入设备的作用。在本章中主要分析了数据采集系统的电路设计，阐述了各类传感器与NeUtron控制板电性连接的通信协议、系统中数据传输的格式及OLED屏显示所采用的库函数。
31、3.1硬件电路原理图本此设计的数据采集系统的硬件电路设计原理图如下图3-8所示，数据采集PCB板布局图如下图3-9所示，主要可以分为7个部分，包括WSP2110型VoC气体传感器、SSD13060LED显示屏、温湿度传感器-DHTl1、甲醛传感器-电化学甲醛模组ZE08-CH2O、Neutron控制板、电源模块及风扇模块。3 T 3 d T 654 3 2 10 3VRS13V8DDDDDDDD VggaaaaaaaaPOWERFAN VCC2575图3-8硬件电路原理图TUSOPrI2。5PT 25Ifl OOlo oB3-o 回 o-oUCCUOC：7ao-r2- o-m-oIntoRob
32、otTH_SENSORooooooooPOWERu：图3-9数据采集板整体布局3. 2IntoRobotNeutron控制板功能模块3. 2.1Neutron控制板整体架构NeUtron硬件主要包括STM32F411CE、ESP8266.加速度与陀螺仪传感器、磁力传感器、声音传感器、光照传感器、气压传感器、电源系统等，并且具备强大的网络连接功能。整体架构如下图3-1所示。*flAD- IMBgtio- m.口、UC. SM. I2S图3-1 Neutron控制板整体架构Neutron开发板有两个核心处理器，其一为STM32F411CE是行业领先的ARMCortex-M4超低功耗32位微型MCU
33、,其主频支持100MHz,125DMIPS,集成DSP及DFU(浮点运算)。其二为ESP8266它在较小的尺寸封装中集成了行业领先的TensilicaLl06超低功耗32位微型MCU,而且带有16位精简模式，主频支持80MHZ和160MHz,支持RToS,集成Wi-FiMACBBRFPALNA,板载天线。Wi-Fi接口支持标准的IEEE802.ilb/g/n协议，完整的TCP/IP协议栈。整个系统的供电是由USB5V来供应，其结构是5V通过DC-DC降压至J3.3V给STM32F411和ESP8266供电。主要特性： 2.7-5.5V的输入电压 输入电流最大的有效值2A,峰值可达到3A IMH
34、Z的开关频率 内置软启动的设置 效率达到92%3.2.2NeUtrOn控制板的总线扩展器Neutron的GPIO口非常丰富，总共有16个GPIO口。Neutron的管脚图如图3-2所示。本节主要阐述本次设计所需的A/D连接、SPI总线连接及I2C总线连接。图3-2Neutron管脚图(1)AD连接AD(Analog/DigitaI)是模数转化接口，控制器的A/D接口是在通用I/O基础上扩展出来的，与I/O的区别是控制器在内部添加了ADC(AnaIogDigitaIeOnVerter,模拟数字芯片)，控制器的A/D口在连接传感器的输出口之后，会读取传感器输出的电信号，这个可读的电信号在通过ADC
35、转化之后，就可以得到控制器内部可以识别的数字信号。根据ADC的转化精度不同，传感器采集的数据转化为数字信号之后长度也不同，例如A/D精度是12位，那么转化之后的数字信号有效位数就是12位。A/D接口可以读取连续的模拟信号，所以模拟量传感器一般与控制器的A/D接口进行连接，控制器直接通过A/D口读取采集数据。NeUtrOn控制板具有(DO-D7)8路数字管脚；如下图3-2(a)所示；具有(AO-A7)8路模拟管脚，如下图3-2(b)所示。图3-2(a) Neutron数字管脚6 A5 AJ A2*lA0一图3-2(b) Neutron模拟管脚(2)SPI总线连接SPI是串行外设接口(SeriaI
36、PeriPheraIInterfaCe)的缩写。这是一种双全工的高速(能够达到IOMbPS)通讯总线,可同时支持输入输出。SPI的通信原理很简单，如图3-3所示,它以主从方式工作，使用三条通讯总线和一条片选线，分别为MOSI：MasterOutputSIaVeInPUt,顾名思义，即主设备输出/从设备输入；数据从主设备输出到从设备，主设备发送数据。MISO：MasterInputSlaveOutput,主设备输入/从设备输出；数据由从设备输出到主设备，主设备接受数据。SCK：即时钟通讯线，用于通讯同步，该信号由主设备产生。SS：片选信号线；是控制芯片是否被选中的从设备使能信号，由主设备控制。本
37、次研发的系统使用Neutron开发板为主设备、传感器组为从设备，传感器组采集到的车内空气质量数据由SDO(数据输出)线传递到NeUtron开发板。主机设备SDlSDOSeLKCS从机设备图3-3SPI连接的通信接口图SPI接口有四种不同的工作模式，取决于CPoL(时钟极性)和CPHL(时钟相位)这两位的组合方式。CPe)L是用来决定SCK时钟信号空闲状态的电平，CPHA是用来决定数据的采样时刻具体工作模式如下表3-1所示。模式 电平表3-1 SPl四种工作模式工作特点SPlO CPOL=O, CPHA=O时钟空闲信号为低电平,数据在第一个跳变时被采样SPIl CPOL=O, CPHA=I时钟空
38、闲信号为低电平,数据在第二个跳变时被采样SPI2CPOL=L CPHA=O时钟空闲信号为高电平,数据在第一个跳变时被采样SPI3 CPOL=I, CPHA=I时钟空闲信号为高电平,数据在第二个跳变时被采样Neutron有2组SPl总线接口，如图3-4所示。-llSoT图 3-4 Neutron SPI 总线接口-1OSI1)(3)I2C总线连接12C(InteEntegratedCircuit)是一种串行总线的外设接口。I2C只有两条串行总线,分别为串行数据SDA(SerialData)线与串行时钟SCL(SerialCIoCk)线，所有设备都连接在这两条总线上，因为每个设备都只有唯一的7位或
39、10位地址，所以I2C总线可以通过从地址的设置来进行数据的双向传输与控制。MClJ中行数据线(SDA) 中行时钟线(SCL)设备B设备A设备C图3-5I2C总线连接如上图3-5所示，将本次所用的传感器通过SDA和SCL与Neutron控制板的两个I/O电性连接就能够实现传感器与控制板的I2C总线连接。I2C总线是当今电子设计中应用非常广泛的串行总线之一，只要掌控I/O的时序，基本上所有的控制器都可以使用I2C总线连接。I2C总线的读写操作是一位一位数据进行的，具体的读写操作如下图3-6所示。在开始读写数据的时候，首先会确认休闲位与开始位，然后读取从地址的值，接着再判断是读标志还是写标志，如果判
40、断为写标志，则先向从地址写入n位字节的数据，然后在传输最后一位数据之时，再次进行确认，在写完所有数据之后，确认结束位与休闲位；如果判断是读标志，则在从地址读入数据，读数据的操作和写数据的操作一致，只是在读完数据之后要添加一个非确认位。写数据FS从地址WADATAADATAAPF最后一位数据读数据FS从地址RADATAADATATPF最后一位数据F=休闲位S=开始位P=开始位N=写（低有效）A确认位K-非确认位R=读（高有效）图3-612C总线读写操作NeUtrOn控制板有一组标准的I2C总线，如图3-7所示。由于I2C总线是通过数据位进行读写操作，所以本次设计所用数字式传感器可以通过I2C总线
41、连接的方式与Neutron控制板进行电性连接，直接将所用传感器的信号输出口和时钟口与控制板的2个I/O口相连接就可以实现传感器和控制板的通信连接。图3-7NeutronI2C总线接口3.3传感器与控制板的连接方式介绍传感器的类型多种多样，按照传感器输出信号的形式分类，可以将传感器分成以下三类：开关量传感器、模拟量传感器和数字传感器。开关量传感器是指输出信号为固定电平的传感器，这种类型的传感器输出的信号只有两种状态：高电平和低电平。用这两种电平分别来表示传感器不同的工作状态，如电灯的点亮与熄灭、开关的导通与断开、继电器的闭合与打开、电磁阀的接通和断开等。模拟量传感器是指输出信号为模拟电信号的传感
42、器，输出的是连续信号，用可以被测得的电压、电流、电阻等来表示被测参数的大小。而且其大小是在一定的范围量程里连续变化的，如本次设计所用的温湿度传感器、甲醛传感器、VOC传感器都是模拟量传感器，其测量值温湿度、甲醛含量、Vc）C含量都可以用模拟量来表示，然后经过A/D转化，将测得的模拟信号转化为CPU可以识别出的数字信号。数字传感器是指将传统的模拟量传感器经过添加、改装或A/D转换模块，使传感器输出的信号变成数字量（或数字编码）的传感器。在本文的监测系统中，通过将传感器组采集到的车内空气质量数据进行转化解析并且发送云平台。本节主要阐述本次设计所运用的VOC传感器模块、甲醛传感器模块、温湿度传感器模
43、块以及OLED显示屏与Neutron控制板的电性连接原理图。3.3.1VoC传感器-WSP2110WSP2110型VOC气体传感器的具体参数如下表3-2所示。表3-2WSP2110型VoC气体传感器具体参数产品名称：WSP2110型VOC气体传感器检测气体：甲苯、甲醛、苯、酒精、丙酮等工作电压：DC5V工作电流：60mA加热电阻：90Q5Q（温室）负载电阻：可调电阻检测浓度：1-50ppm回复时间：30s元件功耗：0.5W使用寿命：23年工作温度：-1050C（标称温度20）预热时间：30-50分钟工作湿度：595%RH（标称湿度60%RH）无凝结当测量车内空气质量时，当车内空气中VC）C气体
44、浓度增加，该传感器的电导率就会增高，因此设计了如下图3-4所示的电路就可以将这种电导率的变化转换为与气体浓度相对应的输出信号，传感器实物图如图3-5所示。图3-4基本电路电源指示灯气体传感器探头图3-5WSP2110型VoC气体传感器实物图本次设计WSP2110型VOC气体传感器可以检测出车内环境的VOC气体浓度并将数据实时传输至WEB端和手机端APP,从而实现车内VOC气体浓度的实时监测。该系统主要通过WSP2110型VOC气体传感器进行相关数据的采集，然后通过Neutron系统板将其接入IntoRobot云平台，可以通过WEB和手机端APP定制的控件进行实时数据的传输，并且当VoC气体浓度
45、超过限定值时，该系统可以向所绑定的手机发送短信警告。WSP2110型VOC气体传感器与Neutron核心板硬件电路接线设计如下图3-6所示。图3-6WSP2110型VOC气体传感器接线方式3.3.2甲醛传感器-电化学甲醛模组ZEO8-CH2O本系统中使用了ZE（-CH2O型电化学甲醛模组对车内空气中存在的CH2O进行探测，其具有良好的选择性和稳定性。该电化学甲醛模组具体技术参数如表3-3所示。表3-3ZE08-CH2O型电化学甲醛模组具体参数产品型号：ZE08-CH2O检测气体：甲醛干扰气体：酒精、一氧化碳等气体蛤物疥DAC（0.4V2V电压信号对应浓度：0满量程）UART输出（3V电平）工作
46、电压：3.7V5.5V（带电压反接保护）预热时间：3分钟响应时间：60秒恢复时间：60秒量程：OPPm5ppm分辨率：0.01ppm工作温度：OC50C工作湿度：15%RH-90%RH（无凝结）储存温度：O0C-50使用寿命：2年（空气中）该电化学甲醛模组具有高分辨率、高灵敏度、低功耗、使用寿命长的特点,提供UART、模拟电压信号、PWM波形等多种输出方式以及高稳定性、优秀的抗干扰能力、温度补偿、卓越的线性输出。实物图如下图3-7所示。图3-7ZE08-CH2O型电化学甲醛模组实物图引脚图如下图38所示。图3-8ZE08-CH2O型电化学甲醛模组引脚图管脚定义如下表3-4所示。表3-4ZE08-CH2O型电化学甲醛模组管脚定义管脚名称管脚说明Pinl预留Pin2DAC（0.4V2V,对应0满量程）Pin3GNDPin4Vin(电压输入3.7V5.5V)Pin5UART(RXD)0V3.3V数据输入Pin6UART(TXD)OV3.3V数据输出Pin7预留本次设计ZE08-CH2O型电化学甲醛模组可以检测出所处环境的甲醛气体浓度并将数据实时传输至手机端和WEB端，从而实现甲醛气体浓度的实时监控。本次研发设计的系统主要通过ZE08CH2O型电化学甲醛模组采集机动车车内的甲醛含量，然后通过Neutron系统板将
