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    夏季车辆自动喷淋降温系统设计和实现

    时间：2021-04-15 15:07:55 来源：蒲公英阅读网 本文已影响人 蒲公英阅读网手机站

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    　 摘 要 随着汽车的普及程度提高，车辆安全隐患逐渐被人们重视，其中高温条件下车体和乘车人员的安全隐患发生频率较高却未得到足够重视。本文设计了一种基于 51 单片机应用的夏季车辆自动喷淋降温系统。本系统共五个模块，分别是红外检测模块、温湿度检测模块、显示模块、蓝牙模块和喷淋模块。红外检测模块可以实时检测特定空间内是否有车辆停放，当有车辆停放时，温湿度模块通过 DHT11 检测环境的温、湿度，并由显示模块展示数据，由蓝牙模块在一定范围内将数据传送给单片机进行判断，若实时温度高于阈值，则启动喷淋模块降温；当没有车辆停放时，不启动其他模块。经过多次调试，逐一实现了夏季车辆自动喷淋降温系统的功能，并且在实际应用中，本系统具备智能性和环保性，能为人们的生活带来更多的方便与快捷。

    　关键词：喷淋降温系统；单片机；温湿度检测；红外检测；蓝牙

    　 Abstract With the increasing popularity of automobiles, vehicle safety hazards have gradually been paid attention to. Among them, the safety hazards of car bodies and passengers at high temperatures have become a hidden hazard with a high frequency but insufficient attention. This paper designs an automatic spray cooling system for vehicles in summer based on the application of 51 single chip microcomputer. And the control system consists of five modules: infrared detection module, temperature and humidity module, display module, Bluetooth module, spray module. The infrared detection module can detect whether there are vehicles parked in a specific space in real time. When a vehicle is parked, the temperature and humidity module detects the data through the sensor, and the data is displayed by the display module, and the Bluetooth module transmits the data to the single chip microcomputer for judgment within a certain range. If the real-time temperature is higher than the threshold, the MCU starts the spray module to cool down. When no vehicle is parked, other modules are not activated. After many debugging, the functions of the automatic vehicle cooling system in summer were realized one by one. When applied to the actual automobile cooling system, it will improve the environmental protection, intelligence of the vehicle, and bring more convenience and speed to people"s life.

    　Key words :

    　Spray cooling system; Single chip microcomputer; Temperature and humidity detection; Infrared detection; Bluetooth module

    　 第 1 章 引言 随着社会经济的不断发展，人类的生活环境越来越好，对日常生活质量的需求也在不断提高。随着汽车的普及，车辆安全隐患逐渐被人们重视，其中高温条件下车体和乘车人员的安全隐患发生频率较高却未得到足够的重视

    　[1-4] 。夏季停放在阳光照射处的车辆内的温度可能达到 45℃以上，容易引起驾驶员强烈的不适感、精力难以集中，危害乘车人员的健康安全，同时，车身高温也提高了车辆发生故障的几率，导致因车辆高温引起的交通事故。目前市场上的车内降温设备主要有风扇、空调等，降温速度慢且能耗大，车外降温设备主要有遮阳网、室内空调等，也存在降温效果不好或能耗较大的问题。本文设计并实现了一种安装在停车空间内的夏季车辆自动喷淋降温系统，可以在为车辆降温的同时，达到节能、环保、成本低等效果，使汽车的性能发挥更稳定，乘车人员更加舒适安全。

    　1.1 国内外研究现状 目前国内外在车辆降温方面的研究主要有几种途径。一是对泊车空间降温，主要通过停放在阴凉处、安装室内大型空调等途径实现 [5] 。二是对车内空间降温，主要采用开窗通风、车内空调、内外循环、反复推拉车门等方法 [6] 。三是对车辆内部的关键零件，比如制动系统等部位实时进行温度检测，并通过制冷剂或喷淋系统降温 [7] 。

    　车辆降温原理可以归纳为三类。其一，使用车辆降温剂，通过空气流动，将降温剂内的干冰等成分升华，此反应过程会吸收大量的热量，从而使环境的温度迅速降低；其二，通过空气流通，采取开窗、车内空气循环系统、反复推拉车门的方法，将车内的高温空气与车外较低温度的空气交换，达到降温的效果；其三，避免车辆长时间停放在阳光照射处，采取在阴凉处泊车、安装遮阳网、贴敷隔热膜等方法，减少车内温度的提高。以下是一些具体的车辆降温方法操作步骤及优缺点：

    　1）车用降温剂：先将所有的车窗关闭，并打开一侧的车门，接着向车内座位等处喷洒冷却剂，持续喷洒 10 秒钟左右。车用降温剂的主要成分为干冰，降温效果较好，但缺点是性价比不高，而且在高温下有爆炸的风险。另外，它只能给喷洒部位局部降温，如果喷涂不当，还可能会腐蚀车内部件。此外，一些降温剂中还含有芳烃，这种物质在高温封闭空间内会给乘客带来身体不适，特别是对呼吸系统过敏的人。

    　2）反复推拉车门法：先将副驾驶侧车窗摇下，打开驾驶侧车门，使用正常力量开关 5-

    　 10 次，这样车内温度可以迅速降低 8 度以上。为了使车内的冷却效果更好，车门可以尽可能多次开关。其优点是操作简单、经济环保，缺点是频繁的开关车门容易造成车门限制器的磨损。

    　3）打开车窗+空调外循环方式：将空调风力开到最大档位，向上打开空调出风口，同时打开外循环功能，并将所有窗户打开，运行 1 分钟左右，关闭所有窗户，再将外循环模式调到内循环模式，并可适当减少空调的风量。该操作优点是不影响正常驾驶，缺点是耗时长，耗油量大，刚上车时，热气比较重，身体感觉稍差。

    　4）使用遮阳伞：购买汽车使用的专业遮阳伞，通过物理降温的方法，直接避免阳光直射汽车的机会，从而降低车身温度升高的可能性。这种方法的缺点是不能直接降温，如果将汽车停放在地下车库或者阴凉处也可以达到同样的效果。

    　以上的车辆降温方法都有一定的局限性，通过调研发现，近年来人们开始应用喷淋系统对大型空间降温，此方法成本较低且环保。喷淋降温系统的研究和应用在我国仍处于基础阶段，但是发展前景良好，因此推广、应用喷淋降温系统极具现实意义。水不仅是一种汽化后吸收热能较大的液体，更是具有易得、成本低的优点，而且对环境无污染 [8] 。喷淋降温技术就是利用水的这些特性，将水用高压喷头喷出，通过喷淋出的水滴吸收环境中的热量，与此同时可以吸附空气中的粉尘和有害气体，在降低环境温度的同时，起到净化空气的作用 [8] 。

    　比如运用在猪和奶牛等家畜的养殖业中，采用低压喷头喷淋较大水珠淋湿家畜，体表上的水分在蒸发时吸收热量，配合通风措施可以加速蒸发来增强降温效果，这种措施可以有效缓解高温季节家畜热应激

    　[10] 。运用在工业厂房中，通过喷淋装置降低生产车间内的温度 [11] ，保证生产安全和生产人员的健康，同时配合“湿帘-风机”等措施 [12] ，减少生产车间内空气中的有害气体和粉尘含量。运用在大型商场的屋顶天窗和天桥等场景，通过定时定量喷淋降温，保障室内的温度相对平稳，保障设备的正常使用 [13] 。运用在候车站台，能够起到净化空气、减少浮尘、降温保湿的效果。

    　目前喷淋降温的设计理念已经得到发展和应用，许多企业都在不断创新着喷淋降温系统的应用，为人们带来更方便快捷、绿色安全的生活。

    　1.2 选题意义 随着汽车的普及程度提高，车辆安全隐患逐渐被人们重视，其中高温条件下车体和乘

    　 车人员的安全隐患发生频率较高却未得到足够的重视。长期使用室内空调降温后，空气会变得干燥，人们的皮肤会产生脱皮的现象。而在汽车驾驶室内温度过高会导致驾驶员呼吸系统不畅，血液循环受阻，长期处于高温环境会使人的大脑产生晕厥、身体会出现恶心、呕吐等不适症状，从而更容易引起交通事故的发生。目前市场上的车辆降温设备存在着性价比较低、降温效果不佳、功耗过大、不环保等问题，因此需要设计更加人性化，更加安全环保的车辆降温系统。此外，喷淋降温系统已经在养殖业、工厂车间、屋顶路面、候车站台等场景有一定的实践验证，效果颇佳。如果将其运用在停车场等泊车空间，一方面可以有效降低环境温度，增加空气湿度，使驾驶人员在刚进入车内时获得更加舒适的体验，使车辆的各部位在驾驶前保持在安全的运行状态，减少汽车发生燃烧爆炸的风险；另一方面比起室内大型空调，喷淋系统具备能耗小、环保等特点。

    　本文设计并实现了一种基于单片机应用的夏季车辆自动喷淋降温系统，安装在泊车区域内，可以实现自动、智能、节能的喷淋降温系统。通过红外检测模块实时检测特定空间内是否有车辆停放，当有车辆停放时，温湿度模块通过传感器检测环境的温、湿度，并由显示模块显示数据，由蓝牙模块在一定范围内将数据传送给单片机进行判断，若实时温度、湿度高于阈值，则启动喷淋模块降温；当没有车辆停放时，不启动其他模块。

    　综合交通事故原因的统计和医学研究给出的相关解释，本文的研究是基于市场需求量增加，而市面上现有的有效的降温系统成本过高，设计了这样一个既有助于减少由于夏季气温过高而导致的交通事故，又经济实惠的夏季车辆自动喷淋降温系统。在泊车空间内安装自动喷淋降温系统，能够使夏季出行的乘车人员更加安全，使汽车自身的安全系数值更加稳定，这对于改善人们的生活具有现实意义。同时，目前关于使用喷淋降温系统为泊车环境降温的研究还比较少，对于丰富这方面的研究也具有理论意义。

    　1.3 论文整体结构 本文是以夏季车辆自动喷淋降温系统的设计与实现为内容而展开的阐述，共有 6 个章节，各章节主要内容如下：

    　第一章：引言。该章节分析了喷淋降温系统的国内外发展现状，同时介绍了夏季车辆自动喷淋降温系统的选题意义； 第二章：夏季车辆自动喷淋降温系统的简介。该章节介绍喷淋降温系统的目的和意义，并介绍了该系统的模块组成以及系统组成框图；

    　 第三章：系统控制单元硬件设计。该章节具体介绍本系统的硬件组成和连接，以及红外检测模块、温湿度检测模块、显示模块、蓝牙模块的硬件设计； 第四章：系统控制单元软件设计及工作流程。该章节介绍系统各模块软件的工作流程，以及温湿度检测模块、显示模块、蓝牙模块、喷淋模块的软件实现； 第五章：测试。该章节分别对各模块及系统整体的功能性进行测试，并说明具体测试流程； 第六章：结语。

    　 第 2 章 系统设计概要 2.1 夏季车辆自动喷淋降温系统简介

    　由于市面上缺少大型停车场需要的降温系统，而传统的大型场地降温系统安装成本过高，为了使车辆本身的安全系数更加稳定，使夏季乘车出行的人员安全更有保障，本文设计并实现了一个夏季车辆自动喷淋降温系统，有助于减少夏季因为车辆内气温过高而导致的交通事故，同时能够实现低成本、环保、方便使用等特点。

    　本文所研究的夏季车辆自动喷淋降温系统主要包括红外检测模块、温湿度检测模块、喷淋模块、显示模块以及蓝牙模块，各个模块的功能主要包括：

    　1. 红外检测模块：检测特定空间内有无车辆。当没有车辆停放的时候，就不会启动喷淋降温系统；当有车辆停放时，系统通过温湿度检测模块检测特定区域的温度、湿度，并进行其他工作流程； 2.温湿度检测模块：当红外检测区域内有车辆时，此模块检测车辆周围环境的温度和湿度，为单片机判断是否需要进行喷淋降温提供依据，为显示模块提供数据来源； 3. 喷淋模块：若红外检测模块检测到特定区域内有车辆，并且温湿度检测模块检测到的温度、湿度达到阈值，单片机控制喷淋模块进行精准喷淋降温的工作；

    　4.显示模块：显示当前存放车辆环境的温度与湿度，以方便该系统判断是否需要喷淋降温，如果需要，就启动降温开关； 5. 蓝牙模块：本模块实现无线传输信息的功能，在一定的范围内，将红外检测模块和温湿度检测模块得到的数据传送到单片机。

    　2.2 系统组成框图 夏季车辆自动喷淋降温系统主要分为五个模块，分别为温湿度检测模块、红外检测模块、喷淋模块、显示模块以及蓝牙模块，通过这五个模块的共同作用来实现自动喷淋降温功能。

    　红外检测模块可以实时检测特定空间内是否有车辆停放，当有车辆停放时，温湿度检测模块通过传感器检测环境的温度和湿度数据 [32] ，并由显示模块显示数据，由蓝牙模块在一定范围内将数据传送给单片机进行判断，若实时温度高于阈值，则启动喷淋模块降温；

    　 当没有车辆停放时，不启动其他模块。系统组成框图如图 2-1 所示。

    　 图 2-1 夏季车辆自动喷淋降温系统组成框图

    　7

    　第 3 章 系统控制单元硬件设计 3.1 控制单元硬件构成 本系统的控制单元是基于 51 单片机设计，能充分发挥其数据处理能力和自动控制的优势，由红外检测模块、温湿度检测模块、喷淋模块、显示模块和蓝牙模块组成。总体硬件连接如图 3-1 所示。

    　图 3-1 总体硬件电路图

    　STC12C5A60S2 单片机具有以下优点：

    　3.2 温湿度检测模块设计 3.2.1 温湿度检测模块的简介 温湿度传感器是传感器的一种，通过某种检测装置测量空气中的温度和湿度后，然后转换成电信号或其它所需的信息输出。温湿度检测模块与单片机连接如图 3-2 所示。

    　8

    　 图 3-2 温湿度检测模块与单片机连接示意图

    　3.2.2 温湿度模块的特性 市场上的温湿度传感器种类繁多，应根据不同的需求，选择不同的传感器，确定了温湿度检测模块中使用的传感器之后，...

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