汽车车内空气质量检测

摘 要

家用汽车越来越普遍，随之而来的各种问题也是不胜枚举，其中尤为凸显的就是车内的空气质量问题。近年来因为汽车车内的污染气体而导致的病例也不在少数，并且人们也都逐渐的认识到车内空气污染的严重性。然而，我国甚至世界上大多数国家对车内的空气质量并没有很系统的评价方法，因此虽然人们很重视这个问题，但是并不知道要采取什么措施去减少车内的污染气体。

本文中为了解决这类问题，着重的介绍了车内污染危害、检测方法和评价方法，为人们应对车内空气污染提供一个标准。

关键词 空气污染 空气质量 污染气体检测 评价标准

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Abstract

Household cars are becoming more and more common, and the problems that come with them are too numerous to list. Especially, the air quality in the car. In recent years, the number of cases caused by polluting gases in motor vehicles is also small, and people are gradually aware of the seriousness of the air pollution in the vehicle. However, China and most countries in the world of car air quality evaluation method is not systematic, so although people attach great importance to this problem, but do not know what steps will be taken to reduce pollution gas in the car.

In order to solve this problem, this paper focuses on the pollution hazards, detection methods and evaluation methods, which provides a standard for people to cope with air pollution in the vehicle.

Key words Air pollution air quality Pollution gas detection evaluation

criterion

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目 录

摘 要........................................................................................................................ 1 Abstract .......................................................................................................................... 2 第1章 绪论 ................................................................................................................ 1 第2章 车内主要污染气体及产生原因 ..................................................................... 3

2.1车内的主要污染气体 ..................................................................................... 3 2.2车内主要污染气体的产生原因 ..................................................................... 3

2.2.1汽车内饰的材料释放的污染气体 ...................................................... 3 2.2.2 发动机的燃烧产物产生的有害气体 ................................................. 3 2.2.3 其他的车内污染 ................................................................................. 3 2.3车内污染气体的危害 ..................................................................................... 3

2.3.1二手烟的危害 ...................................................................................... 3 2.3.2甲醛的危害 .......................................................................................... 4 2.3.3苯的危害 .............................................................................................. 4 2.3.4二甲苯的危害 ...................................................................................... 5 2.3.5 TVOC的危害 ......................................................................................... 5 2.3.6丙酮的危害 .......................................................................................... 6 2.3.7一氧化碳的危害 .................................................................................. 7 2.3.8氮氧化合物的危害 .............................................................................. 8

第3章 汽车车内主要的污染气体浓度标准 ........................................................... 10

3.1 国外对汽车车内污染气体浓度标准的限定 .............................................. 10 3.2 我国对汽车室内空气污染浓度标准的限定 .............................................. 12 第4章 影响汽车车内空气污染气体检测的因素 ................................................... 13

4.1 车内温度的影响 .......................................................................................... 13 4.2 汽车车龄的影响 .......................................................................................... 13 4.3 汽车的背景环境的影响 .............................................................................. 15 4.4 汽车行驶状态的影响 .................................................................................. 15 4.5 通风模式的影响 .......................................................................................... 15 第5章 汽车车内主要污染气体的检测方法 ........................................................... 17

5.1 污染气体的检测系统设计结构 .................................................................. 17 5.2 检测系统的硬件选择 .................................................................................. 17

5.2.1传感器的选择 .................................................................................... 17 5.2.2单片机的选择 .................................................................................... 18

5.2.3 显示器选择 ....................................................................................... 19 5.3 检测系统的电路及工作原理 ...................................................................... 19

5.3.1 单片机电路 ....................................................................................... 19 5.3.2 模数转换电路 ................................................................................... 22 5.3.3 按键电路 ........................................................................................... 23 5.3.4 上拉电阻电路图 ............................................................................... 23 5.3.5 数码管电路 ....................................................................................... 24 5.3.6 报警电路 ........................................................................................... 24 5.4 检测系统仿真 .............................................................................................. 25 第6章 汽车车内的空气质量的评价方法 ............................................................... 27

6.1 室内的空气质量标准 .................................................................................. 27 6.2 车内空气质量的评价方法 .......................................................................... 28

6.2.1 各种评价因子的浓度对人体的影响 ............................................... 28 6.2.2车内空气质量的分级标准 ................................................................ 29 6.2.3 车内空气质量指数的计算 ............................................................... 30 6.2.4 车内空气质量的评价方法 ............................................................... 30

致 谢...................................................................................................................... 31 参考文献...................................................................................................................... 32 附 录.......................................................................................................................... 33

附录1 总电路图 ........................................................................................ 33 附录2 单片机主程序 ................................................................................ 33 附录3 ADC0832程序 .................................................................................. 37 附录4 按键程序 ........................................................................................ 41

第1章 绪论

据统计，我国目前的民用车辆达到了6000万辆，而且在2006年超越了日本成为全球第二大汽车消费市场，是名副其实的汽车大国。而且民用车辆还在以每年15%的增长率增长。但是随着车辆的增长，各种因汽车车内的空气污染所造成的问题也是接踵而来。

汽车车内的空气污染和室内的空气污染一样都会对人造成严重的健康影响，更甚者会造成癌症甚至死亡。车内的空气污染因素有很多，其中以甲醛、甲苯、CO、NOX等为主要因素。

但是我国还没有汽车车内空气质量的相关标准，很多人都意识不到这些问题的严重性，因此本文设计了相关气体的检测方法，制订了污染气体的浓度标准。

目前，我国汽车已进入飞速发展阶段，据国家统计局2008年2月28日发布的《2007年国民经济和社会发展统计公报》，至2007年末，全国民用汽车保有量达到5697万辆(包括三轮汽车和低速货车1468万辆)，比上年末增长14．3％，其中私人汽车保有量3534万辆，增长20．8％。民用轿车保有量1958万辆，增长26．7％，其中，私人轿车1522万辆。自2006年起，中国取代日本成为仅次于美国的世界第二大新车消费市场，中国同时还是仅次于日本和美国的世界第三大汽车生产国。仅2006年我国国内汽车企业推出了多种新车型，在百余款轿车新车型中，自主品牌就有36款。随着私人购车量的迅猛增长，人们在车内度过的时间也越来越多，车内空气污染对人体健康的影响日益显现出来，近年来我国已出现多起因汽车内污染引起的民事纠纷案件。

汽车车内空气污染会使人产生头痛、头晕、恶心、咳嗽等症状，影响人的心情和注意力，久而久之会引起一些疾病甚至造成死亡。早在在1983年Tonkelaar就曾经指出，不管是在城镇道路还是高速路上，汽车车内污染是离公路50\处污染的18倍。而Hickman于1989年在研究人暴露在一氧化碳和氮氧化物环境中的文章里指出，据来自英、欧、美的资料显示，驾驶员和乘客受到的污染比行人和骑自行车的人高10倍。

汽车内空气污染源有多方面，主要包括汽车内饰材料所释放的苯、甲醛、二甲苯，汽车发动机燃烧产物中的CO、HC、NOx，汽车空调系运行产生的胺、烟碱以及汽车内的细菌和由车外进入的可吸入性颗粒等。

2004年4月，由中国科协工程学会联合会汽车环境专业委员会组织发起的“首次汽车内环境污染情况调查活动\历时近一个月，在接受调查的1175辆汽车中，2003年以后购置的新车为1068辆，另外有107辆1994年5月至2002年12月之间的旧车接受了调查检测。车型范围涵盖时下热销的高、中、低各档次车辆共91款，涉及38家国内汽车生产厂和6家国际著名汽车厂。结果表明，有93．82％的车内环

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境存在不同程度的污染情况，这无疑给汽车消费者和汽车生产、经营者敲响了一记警钟。调查结果显示，有52辆车全部检测项目均达到本次调查活动参照标准《室内空气质量标准》(GB/T18883-2002)，占已测总数的6．18％。在接受调查的新车中，存在有害物质甲醛超标的190辆，占被调查新车总数的23．4％；610辆车内苯浓度超标，占被调查新车总数的75．1％；甲苯超标663辆，占被调查新车总数的81．6％；二甲苯超标199辆，占被调查车辆总数的24．5％；一氧化碳超标358辆，占被调查车辆总数的35．1％；二氧化碳超标40辆，占已测总数的4．9％；总挥发性有机物(TVOC)超标570辆，占被调查新车总数的70．2％。由此可见，汽车内环境主要污染物质为甲苯，其次为二甲苯、苯、TVOC和甲醛，这几种有害物质的污染情况均比较严重。

我分析了车内污染气体检测环境条件对污染气体浓度的影响，并提出了检测污染空气浓度的方法，最后本文通过对车内主要污染物对人体的健康效应，参考国家《室内空气质量标准》和《室内环境质量标准》，分析提出车内空气质量评价因子和评价标准。参考并对比分析大气质量评价方法和室内空气质量评价方法，提出了利用空气质量指数法作为车内空气质量的评价方法，并根据车内污的特点对空气质量指数法进行了修正，从而能更好地评价车内空气质量状况。

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第2章 车内主要污染气体及产生原因

2.1车内的主要污染气体

甲醛，苯，二甲苯，TVOC，另外内燃机的燃烧产生的CO，HC和氮氧化合物这些都是车内的污染气体。汽车空调也会产生烟碱，由外空气进去车内的外空气污染气体等。

2.2车内主要污染气体的产生原因

2.2.1汽车内饰的材料释放的污染气体

车内的污染气体一般是内饰散发的，主要是汽车的仪表盘、地毯、汽车的皮革座椅以及车顶毡等等。如果关闭车门，车内就相当于一个封闭的空间，这种情况下这些污染气体对人体的危害就更加严重了，甚至比室内的污染还要严重。

一般的，新车的内饰会容易释放出污染气体，而且越是贵重的车辆，车内的内饰越好，那些用于内饰制作的材料就会越容易释放出甲苯，甲醛，二甲苯之类的对人体有害的气体。

VOC一般是在汽车内饰使用的粘合剂释放出来的，这是由于粘合剂在合成的时候反应不完全造成的结果，原材料中就会出现各种VOC分子，在空气中释放出来。

2.2.2 发动机的燃烧产物产生的有害气体

汽车发动机在燃烧时，其燃烧产物中含有一氧化碳、HC和氮氧化合物，这些有害气体会随着汽车的缝隙、汽车车窗进入车内空间。

2.2.3 其他的车内污染

在密闭的车内吸烟会产生二手烟；汽车空调的循环系统中非常容易产生菌和烟碱；外空气进入车内的可吸入颗粒物也是主要污染之一。

2.3车内污染气体的危害

2.3.1二手烟的危害

吸二手烟造成诸多健康危害例如：肺癌，记忆力减退，引发儿童哮喘，冠心

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病，咽炎，导致不孕不育，白血病和肿瘤。

2.3.2甲醛的危害

甲醛是毒性很高的物质，甲醛位居我国有毒化学品有点控制名单的第二名。它已经被世界卫生组织定姓为致畸形和致癌物质，是全球公认的变态反应源，同时是强制突变物。

空气中的甲醛对人体的眼结膜，皮肤，呼吸道黏膜有很大的刺激作用，它可以经呼吸道吸收，在体内转化为甲酸，导致中毒，表现为，流泪，头晕，乏力，头痛，视物模糊。检查可见结膜，咽喉部明显充血，小部分患者还有有听诊呼吸音粗糙或有感性罗音，较重者可有持续咳嗽，胸痛，声音嘶哑，呼吸困难。

具体危害为：

1）诱发过敏性鼻炎以及支气管炎，尤其是可以诱导哮喘，更有甚者可以致人死亡。

2）引起气道和眼部刺激，可以致人直接病变或者降低人体的防病能力。 3）导致氧化损伤，通常表现在心肌、肝脏、肾脏、和肺部神经毒性。 4）导致人精神不集中、失眠、记忆力下降、食欲不振、情绪反常等。 5）高浓度的甲醛还是一种毒性基因物质，在实验室中，实验动物在吸入高浓度的甲醛后，会导致鼻咽肿瘤。

6）孕妇若长期吸入甲醛有可能导致胎儿畸形严重者可致死亡，男子长期吸入有可能导致男子精子畸形或者死亡。

2.3.3苯的危害

苯是一种有毒性物质，在毒性物质里分属高毒性化学物，同时它也是一种国际证实的致癌物质。我们从苯的沸点就可以看出，苯的挥发性比较大，如果它暴露于空气中特别容易挥发，因此苯主要是以蒸气形态从呼吸道吸入，经过皮肤也有可能吸收一部分，经过消化道吸收则吸收很完全。人如果吸入或皮肤接触大量苯，会导致急性和慢性苯中毒。

a.苯的急性毒性。短时间内若吸入大量苯或口服大量液态苯则会引起急性苯中毒，集中表现为苯对中枢神经系统产生的麻痹作用，严重者则出现头痛、呕吐、恶心、神志模糊、昏迷、知觉丧失、呼吸及心足不规则、抽搐、肺水肿、血压下降，引起因为中枢麻痹导致的呼吸和心跳停止死亡。如果摄入含苯过多的食物会引起呕吐、头昏、胃痛、抽搐、失眠、心率加快等，甚至死亡。人若吸入800～1000mg/m3浓度的苯持续4～6个小时会引起急性苯中毒，吸入1.6g/m3浓度的

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苯持续1小时会出现中毒症状，6.1～6.4g/m3浓度下吸入持续5～10分钟将导致死亡。口服致死量大约为10毫升。

b.苯的亚急性毒性。短期吸入较高浓度的苯后会引起亚急性苯中毒，患者可能出现头晕、乏力、头痛、失眠等，大约约1～2个月后可能产生再生障碍性贫血。若及早发现,一经脱离接触苯,经过适当处理后,预后较原发性再障好。

c.苯的慢性毒性。人长期接触低浓度的苯会引起慢性苯中毒，表现为：造血抑制，白细胞、血小板减少，严重者出现会全血细胞减少、骨髓增生异常综合征、再生障碍性贫血；经常有头晕、乏力、失眠头痛、乏力、失眠、记忆力减退等症状，皮肤、齿龈出血，女性月经失调。女性怀孕期及哺乳期必须调离，避免对胎儿产生不良影响。血液变化是其主要表现，最开始有白细胞减少，其后会出现血小板减少。经常接触苯会引起皮肤脱脂，变干燥、脱屑甚至皲裂，也可能出现过敏性湿疹、脱脂性皮炎等。

d.苯的致癌性。苯会损害骨髓，使红血球、血小板、白细胞数量减少，导致染色体畸变，从而引起白血病。

2.3.4二甲苯的危害

二甲苯对呼吸道以及眼部有刺激性作用，如果浓度过高会对人体的中枢神经有麻醉作用。

a.二甲苯急性中毒：人如果短期内吸入较高浓度的二甲苯会出现呼吸道和眼部的明显刺激、头晕、呕吐、四肢无力、步履蹒跚、眼结膜及咽喉充血、恶心、胸闷、意识模糊。严重的患者还会出现躁动、抽搐或者昏迷的症状。

b.二甲苯的慢性中毒：人长期接触二甲苯会出现神经衰弱，皮肤干燥、皮炎，女性会出现月经失调。

2.3.5 TVOC的危害

TVOC中文名称是总发挥性有机化合物，他的主要成分是烃类、氧烃、卤代烃和氮烃，包括：有机氯化物、有机酮、苯系物、氟利昂、醇、酯、胺、醚、酸和石油烃化合物。

TVOC具有刺激性气味，而且其中某些化合物具有基因毒性。一般的，TVOC能引起机体免疫系统失调，影响人体中抒神经系统功能，出现头晕、嗜睡、头痛、胸闷、无力等症状；还有可能影响我们的消化系统，出现食欲不振、恶心等症状，严重时会损伤人体肝脏，产生变态反应等。

一般研究认为，正常的、非工业性质的TVOC浓度还不至于导致人体出现

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肿瘤和癌症。但是当TVOC浓度为3.0-25 mg/m3时，就产生刺激和不适，与其他因素一起作用时，有可能出现头痛；当TVOC浓度大于25 mg/m3时，除头痛外，还有可能产生其他的神经毒性作用。

因为生理结构的不同，TVOC的污染对女性身体的影响比男性更大。 女性身体里因为脂肪成分较多，苯吸收入人体后会在脂肪内贮存。国内外众多案例表明，TVOC对胚胎及胎儿发育有严重不良影响，可造成胎儿畸型及死胎。 英国有一个“全球环境变化问题”的研究小组的公告报告中曾得出一个结论：环境污染的加剧将会导致儿童的智力和免疫力低下。

由于儿童的身体正在发育，免疫系统比成人脆弱，另外儿童的呼吸量按体重比要比成人高一半左右，这就使得儿童更容易受到TOVC的危害。无论从孩子的身体或者是智力发育来看看，TOVC的污染对儿童的危害都不容忽视。TOVC会对儿童成长产生以下三大威胁：

a.诱发导致血液性疾病：医学研究证明，气体污染已经成为儿童白血病产生的重要原因。根据流行病学的统计，我国大约每年增加4万名白血病患者，然而儿童患者就占据了其中一半，而且大多都是2岁到7岁的儿童。

b.提高哮喘病的发病率：根据 “空气污染对呼吸健康影响研究”显示：儿童产生感冒咳痰、感冒咳嗽、感冒气喘与空气中的TVOC浓度呈现正比。其中因为儿童的身体正在成长，呼吸量按体重比要比成人高50%左右，因此儿童更容易受到TOVC的侵害。TOVC浓度越高，儿童的肺功能异常率就越高。严重的空气污染可以使患肺部疾病的几率增高30%-70%。

c.影响儿童的智力健康发育和身高：由于儿童的身体处于生长发育期，长期吸入存在TOVC污染的空气，不但容易导致各种疾病，还有可能使儿童身体各机能受到慢性中毒影响，从而影响儿童身高和智力正常发育。

2.3.6丙酮的危害

丙酮对让人体中枢神经系统具有麻醉和抑制作用，人接触高浓度的丙酮有可能对肝、肾和胰腺有损害。但是由于丙酮毒性低，代谢解毒还很快，因此生产条件下的急性中毒患者比较少见。人体丙酮急性中毒时会引起呕吐、痉挛、气急严重的会导致昏迷。口服丙酮后，口唇、咽喉会产生烧灼感，数小时以后会出现口干、昏睡、呕吐、酸中毒和酮症，严重的甚至暂时性意识模糊。丙酮对人体的长期损害，主要表现为对眼的刺激例如畏光、流泪、角膜上皮浸润。还有可能产生眩晕、咳嗽等。

人体吸入丙酮，如果浓度在500ppm以下，则无影响；如果浓度在500～1000ppm之间就会刺激鼻、喉；浓度达到1000ppm时将会导致头痛而且会头晕；

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浓度在2000～10000 ppm之间时会有头晕、疲倦、恶心、呕吐的症状，浓度再高将会失去知觉、昏迷甚至死亡。

人体眼睛直接接触丙酮，如果浓度在500ppm就会有刺激，如果接触液体丙酮就会产生重度毒刺激。

人体皮肤接触丙酮，如若接触液体丙酮就会有轻度刺激，通过完好的皮肤吸收丙酮造成的危险很小。

人如果口服丙酮，会对喉和胃有很大刺激作用，如若摄入大量会产生和吸入丙酮一样的症状。

2.3.7一氧化碳的危害

一氧化碳对人体的血液和神经系统具有很强的毒性。空气中的一氧化碳，通过人的呼吸系统，进入人体的血液内，然后与人体血液中的血红蛋白和肌肉中的肌肉蛋白和含二价铁的呼吸酶相结合，最后形成可逆性的结合物。

通常在正常情况下，氧经过呼吸系统进入血液，然后会与血红蛋白结合，形成氧血红蛋白后被输送到人体的各个器官和组织，然后参与人的新陈代谢活动。由于一氧化碳与血红蛋白的结合力比氧与血红蛋白的结合力大200～300倍，因此如果空气中的CO浓度过高，人就会摄入大量的一氧化碳进入血液中。进入血液中的一氧化碳，会优于进入血液中的痒与血红蛋白相结合，形成碳氧血红蛋白。然而碳氧血红蛋白的分解速度却只是氧血红蛋白三千六百分之一。

由于CO与血红蛋白的结合，不仅仅降低了血球运输氧的能力，而且还抑制和延缓了氧血红蛋白的分解，从而导致了机体组织因为缺氧而坏死，严重的患者还有可能死亡。

除此之外，人体内的血红蛋白的代谢过程，也会产生一些一氧化碳，会形成内源性的碳氧血红蛋白。正常人体内，碳氧血红蛋白只占了0.4～1.0%，而贫血患者会更高一点。

一氧化碳对人体的危害大小，取决于空气中CO的浓度和人体吸收含有高浓度一氧化碳的空气的时间。通常一氧化的中毒患者血液中的碳氧血红蛋白中的含量与他吸收的空气中的一氧化碳的浓度成正比，严重的中毒患者与血液中的碳氧血红蛋白含量有直接的关系。

大脑和心脏是与人的生命最密切的组织，大脑和心脏对人体供氧不足的反应极其敏感。因此，由于一氧化碳中毒而导致的人体组织缺氧，对人的大脑和心脏的影响最为显著。

若空气中的一氧化碳浓度达到了10ppm，10分钟以后，机体血液内的碳氧血红蛋白就可以达到2%以上，进而引起人体的神经系统反应：行动迟缓、意识

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不清等。若一氧化碳浓度达到了30ppm，人体血液内的碳氧血红蛋白可以达到5%，就可以导致人的听觉和视觉障碍；当人体血液内的碳氧血红蛋白含量达到10%以上，人体将会出现严重的中毒，会出现头痛、胸闷、乏力、眩晕、恶心、意识模糊等症状。

由于一氧化碳在人体的肌肉中的累积，即使人在停止吸入高浓度的一氧化碳后，在数天之内，人仍然会感觉到肌肉无力。而且CO中毒对人的大脑皮层伤害最为严重，经常导致脑组织的软化和坏死。

一氧化碳中毒对人的心脏也能造成很严重的伤害。如果碳氧血红蛋白的含量达到5%以上，人的冠状动脉血流量会显著增加；如果碳氧血红蛋白的含量达到10%，冠状动脉血流量就会增加25%，人心肌摄取氧的数量就会减少，导致一些组织细胞内氧化酶系统的活动停止。一氧化碳中毒还可能引起人血管内的脂类物质累积量上升，导致动脉硬化症。而动脉硬化患者，更容易出现一氧化碳中毒的情况。2.5%的含量甚至1.7%含量的碳氧血红蛋白，就有可能导致心绞痛患者的发作时间极大的缩短。

正常人体中的碳氧血红蛋白的含量为0.5%左右，安全阈值大约为10%。当碳氧血红蛋白的含量达到了25%～30%时，就会出现中毒症状，经过几小时之后就会陷入昏迷。当碳氧血红蛋白的含量达到70%，人会立即死亡。血液中的碳氧血红蛋白的含量达到30%～40%，血液就会呈现为樱红色，皮肤、黏膜、指甲及口唇部都会有显示。同时，人还出现头痛、呕吐、心悸、恶心等症状，严重者将会昏倒。严重中毒者就出现惊厥，肺部和大脑出现水肿症状，心肌受到严重损害，如过不及时抢救的话，是非常容易导致死亡的。

2.3.8氮氧化合物的危害

氮和氧结合的化合物主要包括：一氧化二氮、一氧化氮、三氧化二氮、二氧化氮、四氧化二氮、五氧化二氮等。

氮氧化物对人的眼睛和上呼吸道粘膜的刺激比较轻，主要侵入人的呼吸道细支气管以及肺泡。当氮氧化物进入了肺泡之后，导致肺泡的表面湿度增加，产生的反应加快，在肺泡内大约阻留80％，一部分变化为N2O4。四氧化二氮与二氧化氮都能与呼吸道粘膜处的水分反应生成亚硝酸与硝酸，对人的肺组织产生强烈的腐蚀作用，增加了人的毛细血管和肺泡壁的通透性，导致肺水肿。亚硝酸盐进入血液后还有可能引起人的血管扩张，血压下降，同时与血液内的血红蛋白作用生成高铁血红蛋白，引起的组织缺氧。高浓度的一氧化氮也可以让血液中的氧和血红蛋白反应成高铁血红蛋白，从而引起组织缺氧。

因此，当污染气体以二氧化氮为主的时候，对肺的损害相当明显，严重时可

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导致以肺水肿为主的病变。当混合气体中混有有大量的一氧化氮时，高铁血红蛋白的形成就占据了优势，此刻毒性扩散迅速，产生中枢神经损害等症状。一氧化氮的含量在万分之一以上时，几分钟之内就会导致人和动物的死亡，吸入浓度为五十万分之一的二氧化氮，几分钟之内就会危害到人的呼吸系统。

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第3章 汽车车内主要的污染气体浓度标准

3.1 国外对汽车车内污染气体浓度标准的限定

以俄罗斯为例，俄罗斯1999年实施了P51206—98号《车辆车内污染物评价标准及方法》 ，它规定的污染气体的最高浓度限值见表3.1。

污染物 CO NO NO2 C1~C10 C1~C5 C6~C10 C3H4O CH4 最高浓度限值 20 5 2 300 — — 0.2 7000 一次浓度限值 5 0.4 0.085 — 50 30 0.03 50.0 燃料种类 所有 所有 所有 所有 所有 所有 柴油 压缩天然气 表3.1 俄罗斯国标车内污染气体最高浓度限值及一次浓度限值（mg/m3）

日本的机动车协会（JAMA）经过调查和检测，也制定了《降低车内VOC的自主举措》。新发售的汽车车内的VOC的浓度必须要低于厚生劳动省制定的的浓度指导值，其指定的浓度限值见表3.2。

物质名称 甲醛 室内浓度指导值 100 10

甲苯 二甲苯 乙烯苯 苯乙烯 邻苯二酸丁酯 十四烷 乙醛 TVOC 260 870 3800 220 220 330 48 400 表3.2 日本厚生劳动省制定的室内物质的浓度指导值ug/m3

由于世界上大多数国家都没有制定汽车车内的污染物相关标准，因此世界卫生组织（WHO）在进行测定和评价的时候大多借用了室内空气质量标准。世界卫生组织规定的室内的空气污染的限值浓度见表3.3。

污染物 甲醛 甲苯 二甲苯 乙醛 TVOC 浓度限值 0.10 0.26 0.87 0.05 0.60 表3.3 世界卫生组织规定的室内空气污染限值浓度

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3.2 我国对汽车室内空气污染浓度标准的限定

我国并没有出台过对汽车车内空气污染标准的相关规定，因此，我们可以沿用国家规定的室内空气污染浓度标准。2002年11月19日国家质检总局、卫生部、国家环保总局联合发布了GB/T 18883-2002《室内空气质量标准》，并且于2003年3月1日正式实施。该规定限值见下表。

污染物 甲醛 苯 甲苯 二甲苯 TVOC 浓度限值 0.10 0.11 0.20 0.20 0.60 限制条件 1h均值 1h均值 1h均值 1h均值 1h均值 表3.4 我国室内空气污染浓度标准（mg/m3）

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第4章 影响汽车车内空气污染气体检测的因素

温度、汽车的年龄、车内的湿度、车内外的空气交换率、汽车的通风模式以及汽车所在背景的VOC的浓度等等，这些因素都会影响到污染气体的浓度。

4.1 车内温度的影响

汽车内的温度是影响车内污染气体浓度的主要因素之一，一般的的情况下温度越高，污染气体的浓度也就越高。汽车内饰中一般都含有有机溶剂，这些东西会在空气中挥发，释放出甲醛等气体，温度越高，挥发性越好。温度的影响情况如下图所示。

图4.1 甲醛随温度的变化情况

图4.2 甲苯随温度的变化情况

4.2 汽车车龄的影响

2000年的Stephen和Cheng曾经做过实验，实验说明，出厂越早的汽车，释

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放的污染气体就越少。

他们还计算出了有关结果，根据时间的流逝有一个衰减率，大约是一周衰减20%，所做的实验如下图所示

图4.3 车辆的年龄对TVOC的影响（R为相关系数）

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日本机动车协会（JAMA）也曾经做过实验，他们的实验研究表明，各种污染气体随着出场时间的变化，浓度变化不同。如下图所示。

图4.4 甲醛随车辆年龄的变化

图4.5 甲苯随车辆年龄的变化

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4.3 汽车的背景环境的影响

汽车在行驶的情况下，根据汽车行驶的环境的大气污染情况，会影响车内的环境。假如行驶环境良好，车内与环境换气的情况下，车内的空气质量就是相应的好一些，相反假如汽车行驶环境很差，大气污染严重，那么车内的空气质量就会随着变差。

戴涟漪在2003年比较过北京内城干线和二环路在不同交通时期的车内污染差距。他们的实验说明污染严重的情况下，车内的污染浓度较高。

4.4 汽车行驶状态的影响

汽车在启动的时候污染很严重，冷启动更甚。冷启动的时候，汽车的催化转化器不能很好的工作导致了发动机的燃烧不完全，产生的污染气体进入了车内导致的。

汽车在行驶过程和静止状态下的空气流速差距很大。在行驶状态下，有利于车内外的空气交换，这就导致了汽车的内环境与外环境的空气质量有的很大的关联，因此，行驶状态也间接的影响了车内的环境。

4.5 通风模式的影响

汽车的通风模式也对车内的空气有着很大的影响。通过Marion在2003年对雪弗莱、福特和丰田3种汽车进行的3种不同的通风模式对车内TVOC的浓度检测的研究，该项研究如图4.6所示。

图4.6 不同的通风模式对车内污染气体浓度的影响

由图4.6可以了解到在雪弗莱在汽车进行空调外循环的情况下，车内的污染

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气体的浓度较低，在汽车进行内循环是会升高，当车窗半开的时候污染气体浓度最大。福特汽车和丰田汽车在汽车进行空调内循环的时候车内的污染物的浓度最低。

日本的机动车协会（JAMA）研究表明，在汽车行驶过程中打开空调或者车窗能使车内的VOC浓度下降。其研究的结果如图3.7所示。

图3.7 汽车通风对甲醛浓度的影响

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第5章 汽车车内主要污染气体的检测方法

5.1 污染气体的检测系统设计结构

我在这里以检测甲醛为例。

检测污染气体的总设计图如下图所示：

图5.1 系统的总设计图

5.2 检测系统的硬件选择

5.2.1传感器的选择

我选用的是英国达特生产的DRET SENSORS。实物图如下：

5.2甲醛传感器的实物图

这种甲醛传感器的参数如下所示：

名称 甲醛传感器 CH2O/S-10 17

测量范围 最大负荷 工作寿命 输 出 分辨率 0- 10 ppm 50ppm 空气中3年 1200±300nA/ppm4-20mA 0.05 ppm -20℃ to 45℃ 大气压±10% 〈 50 seconds -20℃ to 45℃ 〈 0.1 ppm 0.1 ppm 〈2% /每月 10Ω 线性 约32克

温度范围

压力范围 响应时间 (T 90) 湿度范围 零点输出 (20℃) 最大零点漂移(20℃to 40℃) 长期漂移 推荐负载值 线性度输出 重 量 5.2.2单片机的选择

我选用的AT89C52单片机：

AT89C52单片机的主要参数及引脚图如下：

? 与MCS-51产品指令和引脚完全兼容 ? 8K字节可重擦写FLASH闪存存储器 ? 1000次写/擦循环 ? 时钟频率：0Hz—24MHz ? 三级加密存储器 ? 256字节内部RAM ? 32个可编程I/O口线 ? 3个16位定时/计数器 ? 6个中断源

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? 可编程串行UART通道 ? 低功耗的空闲和掉电模式 ? 片内振荡器和时钟电路

5.2.3 显示器选择

我选用的是4位共阳极数码管7SEG-MPX4-CA。

为了方便显示，甲醛浓度单位设置成为ug/m3。

5.3 检测系统的电路及工作原理

5.3.1 单片机电路

单片机电路如下图：

图5.3 单片机电路图

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单片机电路的组成部分有3部分: （1）晶振电路

52单片机的芯片在操作的时候必须要有一个时间基准，而且必须要按照这个基准进行，而被用来提供这种基准的，就是时钟信号。

52单片机有两种完全不同的提供时钟信号的方式：第一种是内部时钟方式，这种方式是把连接一个晶振电路在52外部，然后它同时和里边的振荡器产生相应的反映，这样就会提供出时钟信号。第二种外部时钟方式不用产生时钟信号，引入52内部的是已经产生的信号，不过这种方法一般都是在很多52同时运行的情况下才用第二种。所以这种外部的方式功耗很大。

为了减少耗电，我选用了第一种：

图5.4 晶振电路

在52的内部存在着震荡电路，所以我们只要把晶振接在引脚XTAL1。XTAL2就可以组成自激振荡器。并且在同时时钟信号在52的内部产生。电路中所示C1和C2都没有超过30pF，我们选择12兆赫兹晶振。 （2）复位电路

为了保证单片机在运行的时候处于一个确定的状态，我们这时候就需要复位电路来进行单片机复位。

没有进行复位的单片机，在运行的时候，编入单片机内的程序会发生错误，而且引线的信号也不稳定，还会发生定时器溢出等各种各样的错误，到时单片机无法正常工作，因此我们需要一个复位电路来引导单片机复位。

当高点平被引入到RST这个引脚的时候，持续俩个机器周期，52就着手开

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始进行它的复位。如果这个引脚一直被导入高殿平的话，那么52就会一直不停的进行复位，周而复始。复位电路如下图：

图5.5 上电复位电路

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5.3.2 模数转换电路

ADC0832的模数转换器件是8位的，其电路图如下图所示：

图5.7 模数转换电路

这种转换器的分辨率最高可以到256，转换器的模拟输入电压在5伏以下，它转换信号的的速度非常快，只有32微妙，而且非常稳定。它的参考电压是和电源的输出端共用的，双数据同时输出，可以为校验数据。

一般的情况下，52单片机的接口都是可以输入或者输出的，而且在工作的时候DO和DI不会一起工作，所以DO和DI串联是不正确的，我们需要将他们并联。并且和相同的线相接。

转换器和单片机都是通过CS、DI、DO、CLK这种转换器在工作的时候处理器会传递给CLK一个时钟信号，这个信号让CS一直持续在低电平的状态，转化信号时，DO和DI两个端口并不能同时工作，我们要选择DI口进行选择信号。DI端在第1个时钟脉冲下降之前必须是高电平，这样代表启始信号。在第2个和第3个脉冲下降之前DI端应该输入2位数据以用来选择通道功能。

当CS输入的是高电平的时候，转换器停止工作。这个时候CLK、DO、DI高电平低电平均可。

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5.3.3 按键电路

图5.8 按键电路

上图中一共三个独立式按键，3个用来输入和输出的引脚。它们之间都是单独相连，而且两两之间没有关联。

在这个电路里，高电平的输入不会有有任何作用，上拉电阻的存在确保了引脚上无论是否按键，都会有一定的高电平存在。

5.3.4 上拉电阻电路图

电路图如下图所示：

图5.9 上拉电阻电路

上拉电阻的作用是确保P0端口拥有稳定的高电平。如若没有RP1的存在，P0端不会有稳定的高电平。

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5.3.5 数码管电路

数码管电路的接线原理如下图所示：

图5.10 数码管电路

5.3.6 报警电路

在单片机应用系统中，一般的工作状态可以通过指示灯或数码显示来指示，供操作人员参考，了解系统的工作状况。但对于某些紧急状态，比如系统检测到的错误状态等，为了使操作人员不至于忽视，及时采取措施，往往还需要有某种更能引人注意，提起警觉的报警信号。这种报警信号通常有三种类型：一是闪光报警，因为闪动的指示灯更能提醒人们注意；二是鸣音报警，发出特定的音响，作用于人的听觉器官，易于引起和加强警觉；三是语音报警，不仅能起到报警作用，还能直接给出警报种类的信息。

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我使用的是鸣音报警：

图5.11 报警电路

5.4 检测系统仿真

本文章为设计的检测系统进行了仿真试验。 仿真效果如下：

（1）接通电源后数码管显示如下：

（2）第二步进行检测一个达到标准的浓度，如下图：

说明此时的浓度为86ug/m3，也就是0.086mg/m3。 （3）当检测到一个超标浓度时，显示器显示如图：

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此时显示浓度为114g/m3，也就是0.114mg/m3，同时蜂鸣器发出鸣响。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/5bf3.html