基于树莓派5的车内空气质量监控系统_电路方案

一、项目名称：

二、项目概述：

现代汽车为了降低噪音，在车身密闭性做得比较好。行车过程中车体内部近乎一个密闭的小环境。车内空气质量会影响到驾驶员的身体状况，如若长期处于恶略的空气环境中会影响车内人员的身体健康，甚至行车安全。以此为背景，使用树莓派和多个传感器制作了一个车内空气质量监控系统，用来监控车内空气质量，并提醒驾驶员采取处置措施，保障安全。

本系统以树莓派5作为主控制器，外接多个传感器。MQ-3酒精探测器，用于检测驾驶员是否有喝酒，酒驾作为最危险的驾驶行为必须严厉禁止。MH-Z19B二氧化碳浓度传感器，车体作为一个密闭空间，容量有限，车内人员呼吸产生二氧化碳，很容易导致二氧化碳浓度过高，从而引发危险。PM2.5空气质量传感器，这是一个可以测量PM2.5，PM1.0，PM10等颗粒物的空气质量传感器，在本项目中主要用来监测是否吸烟。最后还有温湿度传感器STH30，用来监测温度和湿度。

硬件部分：

传感器部分都是购买传感器模块，其中温湿度计STH30和PM2.5空气质量传感器是使用I2C总线通讯，所以将这两个传感器都连接到树莓派的I2C-1上。MH-Z19B二氧化碳浓度传感器使用串口通讯，连接到树莓派的串口2上。MQ-3酒精探测器是提供了是否检测到酒精的状态值，使用一个管脚去读取状态信息，制作PCB将传感器连接并固定住，与树莓派使用40Pin的排线连接。最后信息展示部分使用了一个3寸四色墨水屏，使用SPI总线与树莓派通讯。

PCB与树莓派之间使用磁铁吸附，这样便于拆下，又能够很方便地固定。

软件部分：

系统使用python来实现。采用轮询方式读取各个传感器。分两种情况，当酒精传感器感受到空气中的酒精味道时，就通过墨水屏展示警告图片，此时车内有可能存在酒驾。其它情况则通过墨水屏显示车内环境的具体信息，如温湿度信息、二氧化碳浓度信息、颗粒物信息。当哦空气环境不利于人体健康，给出合适的处置建议。

编程工具使用Vscode，传感器在网上基本都能够找到Python对应的驱动代码，能够像搭积木一样将功能块搭建起来。

这里需要注意：

1、PM2.5空气质量传感器，这个传感器能够感知颗粒物测量范围：0.3~ 1.0 μm；1.0 ~ 2.5μm；2.5 ~ 10μm。这里就没有再对颗粒物做细分，分别读取三种颗粒物的浓度值，取最大值作为当前颗粒物浓度信息。

# 绘制空气颗粒物信息 包括标准颗粒物下PM1.0  PM2.5  PM10 的颗粒物浓度 显示使用最大值
def drawPM():
    draw.rectangle((0, 56, 160, 111), fill=epd.WHITE, outline=epd.YELLOW)  # 空气质量
    draw.rectangle((0, 56, 160, 72), fill=epd.BLACK)
    draw.text((10, 57), '标准颗粒物浓度（ug/m3）', font=font12, fill=epd.WHITE)
    pmval=max(airinfo["pm"])

    if pmval <=110:
        draw.text((10, 78), "%3d 空气干净" % (pmval), font=font26, fill=epd.BLACK)
    elif pmval<=210:
        draw.text((10, 78), "%3d 中度污染" % (pmval), font=font26, fill=epd.YELLOW)
    else:
        draw.text((10, 78), "%3d 重度污染" % (pmval), font=font26, fill=epd.RED)

2、酒精传感器需要预热，所以系统启动后需要等待（90秒）后才会读取酒精传感器的信息。

3、墨水屏的显示效果非常好，能显示红、**、黑、白四色。但是刷新实在太慢了，又没有局刷，每次刷新屏幕要来来回回抖动近10秒。