第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

随着社会经济的快速发展，汽车已成为人们日常出行不可或缺的交通工具，驾乘人员在车内的停留时间也日益增加，车内微环境的质量直接关系到驾乘人员的身体健康与出行体验。然而，当前车内环境管理仍存在诸多亟待解决的问题：现有车载设备功能分散，多数产品仅能实现单一功能，如单独的温湿度计、PM2.5检测仪或防盗报警器，缺乏对车内环境的综合管控能力；部分智能设备虽具备检测功能，但在自动调节与联动响应方面表现不足，例如温湿度超标时无法自动启动调节设备，空气质量恶化时缺乏及时有效的净化措施，且在安全预警与远程交互上存在滞后性，难以满足用户对车内环境“健康、舒适、安全”的一体化需求。

在此背景下，本多功能车载摆件系统的设计具有重要的研究意义与实用价值。该系统以STM32F103C8T6单片机为核心，整合了温湿度检测与自动调节、PM2.5及甲醛浓度监测与净化、紫外灯杀菌、防盗预警等多项功能，通过多传感器协同工作与智能控制逻辑，实现了对车内环境的全方位感知与动态管理。相较于现有产品，其优势在于功能的高度集成性与联动性——不仅能实时监测车内多项环境参数并通过OLED直观显示，还能根据参数阈值自动启动加热片、风扇、加湿器等设备，同时具备甲醛超标远程预警、紫外杀菌场景化智能控制及震动防盗报警等功能，有效弥补了现有车载设备功能单一、响应滞后的短板。

该设计通过硬件与软件的协同优化，将复杂的环境管理与安全预警功能集成于小型车载摆件中，既满足了驾乘人员对车内环境健康性、舒适性的需求，又提升了用车安全性，具有较强的实际应用价值。同时，系统采用模块化设计思路，便于后续功能拓展与升级，为车载智能设备的集成化发展提供了可行的技术参考，对推动车载环境管理领域的智能化升级具有积极意义。

1.2 国内外研究现状

随着汽车智能化与驾乘体验升级需求的提升，车载环境管理系统逐渐成为汽车电子领域的研究热点。国内外针对车内微环境调控、安全预警及智能交互的研究已取得一定进展，但在功能集成化、场景适配性及成本控制方面仍有优化空间。  

国外研究起步较早，聚焦于车载环境的精细化管理与车辆系统的深度融合。欧美地区在车载传感器技术与智能控制算法上积累深厚，例如德国博世集团开发的车载空气质量监测系统，通过高精度气体传感器实时检测车内甲醛、CO₂等污染物，并联动空调新风系统实现自动净化，其核心在于传感器的稳定性与车辆CAN总线的协同控制。日本企业则侧重人机交互与场景化功能，如丰田汽车的“车内健康监测系统”，整合温湿度、紫外线强度检测功能，通过车载显示屏提供环境建议，但功能多依附于整车电子架构，独立摆件式产品较少。此外，国外在防盗技术上注重多模态感知，如结合震动、红外与GPS定位的复合预警系统，通过远程终端实现实时报警，但此类系统成本较高，难以普及至中低端车型。  

国内研究近年来呈现快速发展态势，聚焦于多功能集成与低成本解决方案。在环境感知方面，国内学者针对车内PM2.5、甲醛等典型污染物，开发了基于MQ系列气体传感器与激光散射原理的检测模块，成本较进口传感器降低30%-50%，且检测精度满足民用需求（如PM2.5检测误差可控制在±10μg/m³内）。在智能控制领域，以STM32系列单片机为核心的车载控制系统成为研究主流，例如通过单片机实现温湿度阈值调节、风扇与加湿器的联动控制，相关研究已在实验室层面验证了可行性。同时，国内企业注重移动端交互功能开发，如通过蓝牙或WiFi将车内环境数据同步至手机APP，并实现远程预警，此类设计贴合国内用户对“手机控车”的使用习惯。  

然而，现有研究仍存在明显局限：一是功能碎片化，多数产品仅聚焦单一功能（如单纯的车载净化器或防盗器），缺乏对温湿度、空气质量、安全防盗的一体化管控；二是场景适配不足，例如紫外杀菌功能未考虑“用户临时返回车内”的动态场景，智能响应机制缺失；三是联动性较弱，环境参数检测与执行设备（如风扇、加湿器）的控制逻辑简单，未形成闭环调节。  

综上，国内外研究为车载环境管理提供了技术基础，但现有产品难以满足用户对“集成化、场景化、低成本”的需求。本设计基于STM32F103C8T6单片机，通过多传感器融合与智能算法优化，实现环境调控、安全预警与场景化功能的深度集成，旨在弥补现有研究的短板，推动车载智能摆件向多功能、高适配性方向发展。

1.3 研究内容与方法

本研究围绕多功能车载摆件系统的集成化设计展开，核心内容包括硬件架构搭建与软件逻辑开发。硬件方面，以STM32F103C8T6单片机为控制核心，集成温湿度传感器、PM2.5传感器、甲醛传感器、震动模块、红外传感器等感知组件，搭配加热片、双风扇、加湿器、紫外灯、蜂鸣器、OLED显示屏及按键等执行与交互设备，通过继电器实现各外设的开关控制，并预留蓝牙模块用于手机APP数据传输。

软件层面，基于C语言编写控制程序，实现多传感器数据采集、阈值判断与设备联动逻辑：设定温度低于阈值时启动加热片，达到设定温度后关闭；温度高于阈值时开启风扇1；湿度低于阈值时启动加湿器；PM2.5或甲醛浓度超阈值时联动风扇2通风，甲醛超标时触发蜂鸣器间歇报警并推送APP；紫外灯支持定时开启，结合红外检测实现人员进入时即时关闭与离开后重启；震动模块触发时启动防盗报警与APP提醒。通过硬件调试与软件迭代优化，验证系统功能的稳定性与联动响应的准确性。