基于树莓派5的车内环境监测系统_电路方案

一、前言

近年来，随着汽车保有量的持续增长，车内环境安全问题逐渐引起公众关注。尤其是此前曝光的汽车内饰材料，如皮垫、胶水等，可能释放甲醛等有害气体，严重威胁驾乘人员的健康。甲醛作为一种常见的室内空气污染物，长期接触可能导致呼吸道疾病、皮肤过敏，甚至增加致癌风险。

因此，开发一款实时监测车内环境的设备显得尤为重要。该设备能够间接检测甲醛、有机物、温湿度等关键指标，帮助用户了解车内空气质量，并采取相应措施，确保驾乘环境的健康与安全。

二、项目概述

本项目基于高性能的树莓派5开发平台，结合先进的BME680和SHT30传感器，构建了一套高精度车内空气质量实时监测系统。BME680传感器具备多参数检测能力，可精准测量挥发性有机化合物（VOC）、温度、湿度和气压等关键环境指标，尤其适用于车内复杂空气成分的分析；SHT30传感器则提供了工业级的高精度温湿度数据，进一步增强了系统的环境感知能力。

树莓派5通过硬件I2C接口与传感器高效通信，利用其强大的数据处理能力和多任务处理优势，实现了对车内环境数据的实时采集。系统通过直观的可视化界直接展示空气质量具体数据、温湿度数据值，帮助用户及时了解车内环境状况并采取相应措施。

本项目的设计不仅提升了驾乘环境的舒适性与健康安全性，还为智能车载系统的开发提供了可扩展的硬件平台和软件框架，具有广泛的应用前景。

三、传感器及主控概况

主控：树莓派5

传感器

1、 BME680

2、 SHT30

树莓派io接口

三、系统架构

四、系统界面

五、实物图

六、核心代码

import tkinter as tk
import subprocess

import re


# 执行 a.out 并获取输出

def run_aout():

    try:

        result = subprocess.run(["./a.out"], capture_output=True, text=True, check=True)

        temperature = None

        humidity = None

        lines = result.stdout.splitlines()

        for line in lines:

            if "Temperature" in line:

                temperature = float(line.split()[1].replace("c", ""))

            elif "Humidity" in line:

                humidity = float(line.split()[1].replace("%", ""))

        return temperature, humidity

    except subprocess.CalledProcessError as e:

        print(f"Error occurred: {e}")

        return None, None


# 执行 bme68x 并获取输出

def run_bme68x():

    try:

        result = subprocess.run(["./bme68x"], capture_output=True, text=True, check=True)

        temperature = None

        pressure = None

        humidity = None

        gas_resistance = None

        temp_match = re.search(r"temperature:s*([-d.]+)*C", result.stdout)

        pressure_match = re.search(r"pressure:s*([-d.]+)hPa", result.stdout)

        humidity_match = re.search(r"humidity:s*([-d.]+)%", result.stdout)

        gas_resistance_match = re.search(r"Gas resistance:s*([-d.]+) ohm", result.stdout)


        if temp_match:

            temperature = float(temp_match.group(1))

        if pressure_match:

            pressure = float(pressure_match.group(1))

        if humidity_match:

            humidity = float(humidity_match.group(1))

        if gas_resistance_match:

            gas_resistance = float(gas_resistance_match.group(1))


        return temperature, pressure, humidity, gas_resistance

    except subprocess.CalledProcessError as e:

        print(f"Error occurred: {e}")

        return None, None, None, None


# 更新界面上的显示

def update_display():

    # 获取 a.out 的温度和湿度

    temperature_aout, humidity_aout = run_aout()


    # 获取 bme68x 的温度、气压、湿度和气体阻抗

    temperature_bme, pressure, humidity_bme, gas_resistance = run_bme68x()


    # 更新 a.out 的数据显示

    if temperature_aout is not None and humidity_aout is not None:

        label_temp_aout.config(text=f"{temperature_aout:.2f} °C")

        label_humidity_aout.config(text=f"{humidity_aout:.2f} %")

    else:

        label_temp_aout.config(text="Error")

        label_humidity_aout.config(text="Error")


    # 更新 bme68x 的数据显示

    if temperature_bme is not None and humidity_bme is not None and pressure is not None and gas_resistance is not None:

        label_temp_bme.config(text=f"{temperature_bme:.2f} °C")

        label_pressure.config(text=f"{pressure:.2f} hPa")

        label_humidity_bme.config(text=f"{humidity_bme:.2f} %")

        label_gas_resistance.config(text=f"{gas_resistance:.2f} ohm")

    else:

        label_temp_bme.config(text="Error")

        label_humidity_bme.config(text="Error")

        label_pressure.config(text="Error")

        label_gas_resistance.config(text="Error")


    # 每隔 1 秒更新一次

    root.after(1000, update_display)


# 创建主窗口

root = tk.Tk()

root.title("Sensor Data Monitor")


# 获取屏幕的宽高，设置 16:9 的比例

screen_width = root.winfo_screenwidth()

screen_height = root.winfo_screenheight()


# 设置为 16:9 比例

window_width = screen_width

window_height = int(window_width * 9 / 16)


# 调整窗口大小并设置全屏

root.geometry(f"{window_width}x{window_height}")

root.attributes("-fullscreen", True)  # 启用全屏


# --- 抬头部分 ---

header_label = tk.Label(root, text="车内环境监控展示系统", font=("Arial", 36, "bold"), fg="white", bg="#4CAF50")

header_label.pack(fill="x", pady=20)


# --- a.out 数据部分（卡片样式） ---

frame_aout = tk.Frame(root, bg="#f0f0f0", bd=10, relief="groove", padx=20, pady=20)

frame_aout.pack(fill="x", padx=10, pady=10)


label_aout_title = tk.Label(frame_aout, text="SHT30 Sensor Data", font=("Arial", 18, "bold"), bg="#f0f0f0")

label_aout_title.pack()


label_temp_aout = tk.Label(frame_aout, text="Temperature: -- °C", font=("Arial", 16), bg="#f0f0f0")

label_temp_aout.pack(pady=10)


label_humidity_aout = tk.Label(frame_aout, text="Humidity: -- %", font=("Arial", 16), bg="#f0f0f0")

label_humidity_aout.pack(pady=10)


# --- bme68x 数据部分（卡片样式） ---

frame_bme = tk.Frame(root, bg="#e0f7fa", bd=10, relief="groove", padx=20, pady=20)

frame_bme.pack(fill="x", padx=10, pady=10)


label_bme_title = tk.Label(frame_bme, text="BME680 Sensor Data", font=("Arial", 18, "bold"), bg="#e0f7fa")

label_bme_title.pack()


label_temp_bme = tk.Label(frame_bme, text="Temperature: -- °C", font=("Arial", 16), bg="#e0f7fa")

label_temp_bme.pack(pady=10)


label_pressure = tk.Label(frame_bme, text="Pressure: -- hPa", font=("Arial", 16), bg="#e0f7fa")

label_pressure.pack(pady=10)


label_humidity_bme = tk.Label(frame_bme, text="Humidity: -- %", font=("Arial", 16), bg="#e0f7fa")

label_humidity_bme.pack(pady=10)


label_gas_resistance = tk.Label(frame_bme, text="Gas Resistance: -- ohm", font=("Arial", 16), bg="#e0f7fa")

label_gas_resistance.pack(pady=10)


# 启动更新显示

update_display()


# 启动 GUI 主循环

root.mainloop()

七、视频链接

八、项目文档

参考附件

基于树莓派5的车内环境监测系统

一、 前言