CN104655186B - 车身环境监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车身环境监控系统，包括微控制单元、异步收发传输器、上位机、湿度传感器、烟雾传感器、红外人体感应器、报警模块；异步收发传输器的一端、湿度传感器、烟雾传感器、红外人体感应器、报警模块均与微控制单元连接，异步收发传输器的另一端与上位机连接，可实现车内环境参数的实时监控，并将监控到的异常数据及时反馈给驾驶员；当驾驶员远离车后，可使系统处于低功耗状态，节约能源，当车内无人且车内环境参数不在阈值范围内时，发出警报提醒司机并且会自动调节车内环境参数至回归正常阈值的有益效果。

Description

车身环境监控系统

技术领域

本发明涉及一种环境监控系统，尤其涉及车身环境监控系统。

背景技术

随着汽车工业的迅速发展和人们生活水平的提高，汽车已成为普通百姓生活中不可缺少的交通工具，同时汽车的大量普及，也给人们的安全带来的一定的威胁性。车内的环境参数不良，给驾驶员的驾驶状态、车内乘客的身心等都带来了诸多危害，较大程度上影响了行车安全性。车内较差的空气质量不仅会影响驾驶员的驾驶状态，而且经过长期太阳暴晒的车内温度会很高，导致含氧量底，车内由于温度高还会产生一些有害气体，会使车内成员产生头痛、头晕、恶心、呕吐等不良反应，从而影响行车安全；长期处于暴晒后不通风的车内，长期吸取车内有害气体更会导致致癌几率上升。

目前对汽车内外环境的检测缺乏手段，对车内各种环境参数检测并不全面，且检测到车内外环境异常后并不能自动调节环境参数。

因此设计一种使用车辆时，通过检测车内外环境，可预先远程控制车内环境，车内环境信息可及时反馈给司机，发短信给司机提醒注意情况；并且检测到车内温度过高时可自动启动电扇给车内降温的车身环境监测系统显得非常重要。

发明内容

针对现有技术的问题，本发明的目的在于提供车身环境监控系统，其能实现车内环境参数的实时监控，并将监控到的异常数据及时反馈给驾驶员；当驾驶员远离车后，可使系统处于低功耗状态，节约能源，当车内无人且车内环境参数不在阈值范围内时，发出警报提醒司机并且会自动调节车内环境参数至回归正常阈值。

为实现上述目的，本发明的车身环境监控系统采用如下技术方案：

包括微控制单元、异步收发传输器、上位机、湿度传感器、烟雾传感器、红外人体感应器、报警模块；异步收发传输器的一端、湿度传感器、烟雾传感器、红外人体感应器、报警模块均与微控制单元连接，异步收发传输器的另一端与上位机连接。

优选的，汽车车身内设有车内CAN总线，微控制单元的型号为FRDM-KL25Z，且还设有与该微控制单元相匹配的CAN通信模块； CAN通信模块的一端与该微控制单元连接，其另一端与车内CAN总线连接。

优选的，还设有温度传感器、电机控制模块；该温度传感器、电机控制模块均与微控制单元连接。

进一步优选的，电机控制模块包括电阻R1、三极管Q1、电机、电容C1、电源以及风扇，电阻R1的一端与微控制单元连接，电阻R1的另一端与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的集电极与电机的输入端连接，电机的输出端、电源均与电容C1的一端连接，三极管Q1的发射极与电容C1的另一端均接地；电机的输出轴与风扇固定连接。

优选的，还包括超声波测距模块，该超声波测距模块与微控制单元连接。

进一步优选的，超声波测距模块的型号为HC_SR04，该超声波测距模块包括电容C2、三极管Q2、电阻R2、电阻R3、电阻R4；电阻R2的一端与超声波测距模块的回响信号输出端Echo连接，电阻R2的另一端与微控制单元连接；电阻R3的一端、三极管Q2的集电极均与超声波测距模块的触发控制信号端Trig连接；电阻R3的另一端、电源均与电容C2的一端连接；电阻R4的一端与三极管Q2的基极连接，电阻R4的另一端与微控制单元连接；电容C2的另一端、三极管Q2的发射极均接地。

优选的，报警模块包括蜂鸣器、LED灯，蜂鸣器、LED灯均与微控制单元连接。

进一步优选的，LED灯为RGB LED灯。

优选的，还设有GSM通信模块、无线控制终端，该GSM通信模块的一端与微控制单元连接，该GSM通信模块的另一端与无线控制终端无线连接。

进一步优选的，还设有蓝牙模块，该蓝牙模块的一端与微控制单元连接，该蓝牙模块的另一端与无线控制终端无线连接。

本发明的有益效果在于：采用湿度传感器、烟雾传感器、红外人体感应器、温度传感器、超声波测距模块等，可实现车内环境参数的实时监控，并将监控到的异常数据及时反馈给驾驶员；当驾驶员远离车后，可使系统处于低功耗状态，节约能源；当车内无人且车内环境参数不在阈值范围内时，由报警模块、蓝牙模块以及GSM通信模块发出警报提醒司机并且会自动调节车内环境参数至回归正常阈值。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明电机控制模块的电机驱动电路图；

图3为本发明超声波测距模块的电路图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

参照图1，本发明提供的车身环境监控系统；

包括微控制单元1、异步收发传输器2、上位机3、湿度传感器4、烟雾传感器5、红外人体感应器6、报警模块7；异步收发传输器2的一端、湿度传感器4、烟雾传感器5、红外人体感应器6、报警模块7均与微控制单元1连接，异步收发传输器2的另一端与上位机3连接。

烟雾传感器5，检测车内是否有火灾发生，微控制单元1读取烟雾传感器5的数据，当检测到车内有火灾险情时，微控制单元1控制RGB LED红灯闪烁，同时控制蜂鸣器71报警，并通过GSM模块发生火灾提示短信给司机。GSM模块采用通过串口与微控制单元1通信，并初始化GSM模块，然后发送报警短信。

烟雾传感器5可以但不限于采用ZYMQ-2气体传感器模块，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等监测装置。ZYMQ-2气体传感器采用5V供电，具有模拟和数字双路输出，系统中采用数字电平，平时输出TTL高电平，可用电位器对气体检测灵敏度进行调节，当检测到烟雾时，输出低电平。模块使用简单，检测结果可靠。

微控制单元1通过采样烟雾传感器5的电平信号，当检测到车内有火灾险情时，会通过RGB LED红灯闪烁，同时蜂鸣器71持续报警，并通过GSM模块发生火灾警示短信给司机，提醒司机注意情况。

红外人体感应器6的红外感应信号输出的一般是高低电平，微控制单元1通过I/O口采集该信号，就知道司机是否在附近。当感应到人体时，绿灯闪，当人体远离车辆后，系统进入低功耗模式。在该模式下，系统减少数据的发送量，并延长数据的采集时间，降低系统的功耗。

汽车车身内设有车内CAN总线，微控制单元1的型号为FRDM-KL25Z，且还设有与该微控制单元1相匹配的CAN通信模块8； CAN通信模块8的一端与该微控制单元1连接，其另一端与车内CAN总线连接。

增加CAN通信模块8与FRDM-KL25Z型号的微控制单元1配合。CAN通信模块8可以但不限于采用SJA1000型号的CAN通信模块8，该型号CAN通信模块8支持CAN2.0B协议。CAN驱动器可以但不限于采用PCA82C50，直接与CAN总线接口，提供差分的输出电压信号。

CAN总线上包含有大量关于汽车状态的信息，如速度、油门、车门开关等信息，通过搭建CAN通信电路，接收CAN总线上指定帧的数据，提取出所需的信息。采用基于CAN2.0B协议，使用标准格式的数据帧。CAN通信一般需要CAN收发器。

还设有温度传感器9、电机控制模块10；该温度传感器9、电机控制模块10均与微控制单元1连接。

参照图1和图2，电机控制模块10包括电阻R1、三极管Q1、电机、电容C1、电源以及风扇，电阻R1的一端与微控制单元1连接，电阻R1的另一端与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的集电极与电机的输入端连接，电机的输出端、电源均与电容C1的一端连接，三极管Q1的发射极与电容C1的另一端均接地；电机的输出轴与风扇固定连接。

采用温度传感器9，一般是单总线的方式传输。采用直流电机控制风扇旋转，利用PWM脉宽调制方式精确控制电机的转速。当检测到车内温度超过设定阈值时，系统会启动电机旋转，带动风扇给车内降温，当温度低于阈值时，风扇停止旋转。微控制单元1读取温度传感器9的数据，通过直流电机驱动电路，控制电机运转。

还包括超声波测距模块11，该超声波测距模块11与微控制单元1连接。

参照图1和图3，超声波测距模块11的型号为HC_SR04，该超声波测距模块11包括电容C2、三极管Q2、电阻R2、电阻R3、电阻R4；电阻R2的一端与超声波测距模块11的回响信号输出端Echo连接，电阻R2的另一端与微控制单元1连接；电阻R3的一端、三极管Q2的集电极均与超声波测距模块11的触发控制信号端Trig连接；电阻R3的另一端、电源均与电容C2的一端连接；电阻R4的一端与三极管Q2的基极连接，电阻R4的另一端与微控制单元1连接；电容C2的另一端、三极管Q2的发射极均接地。

报警模块7包括蜂鸣器71、LED灯72，蜂鸣器71、LED灯72均与微控制单元1连接。LED灯72为RGB LED灯72。

超声波测距模块11用于测量与前车的距离，提醒司机防止追尾碰车。该模块主要是采集超声波测距时的高电平持续时间，用以计算距离。微控制单元1读取超声波测距模块11的数据，当距离低于阈值时，微控制单元1控制 RGB LED灯72红灯闪烁，同时控制蜂鸣器71报警。

车距检测可以但不限于选用HC-SR04超声波测距模块11，该模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能，精度可高达3mm，模块包括超声波发射器、接收器和控制电路。采用5V供电，TRIG为触发控制信号，ECHO为回向信号。工作频率40Khz，检测距离达到4m。采用IO口触发开始测距，至少10us的高电平信号；模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回；

有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续时间就是超声波从发射到返回的时间。设距离为s，高电平持续时间为t，声速为v，则s=t*v/2，声速取340m/s。

微控制单元1接收到ECHO的高电平信号后，和设定的阈值比较判断，阈值之内则启动蜂鸣器71报警，同时RGB LED灯72闪烁，通过上位机3我们可以实时观察车距的具体值。

设有GSM通信模块12、无线控制终端13，该GSM通信模块12的一端与微控制单元1连接，该GSM通信模块12还无线控制终端13无线连接。还设有蓝牙模块14，该蓝牙模块14的一端与微控制单元1连接，该蓝牙模块14还与无线控制终端13无线连接。

微控制单元1采集的温湿度、烟雾、与前车距离、速度、门状态等数据通过串口上传到上位机3显示。微控制单元1连接蓝牙模块14，实现与无线控制终端13的通信，蓝牙是基于2.0协议。蓝牙模块14通过串口与微控制单元1进行通信，采用 AT指令设置蓝牙模块14的波特率等初始化工作，然后可以进行数据的正常发送和接收。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.车身环境监控系统，其应用于汽车车身内，其特征在于：包括微控制单元、异步收发传输器、上位机、湿度传感器、烟雾传感器、红外人体感应器、报警模块和GSM通信模块、无线控制终端；异步收发传输器的一端、湿度传感器、烟雾传感器、红外人体感应器、报警模块均与微控制单元连接，异步收发传输器的另一端与上位机连接，报警模块包括蜂鸣器、RGBLED灯，蜂鸣器、RGB LED灯均与微控制单元连接，所述GSM通信模块的一端与微控制单元连接，该GSM通信模块的另一端与无线控制终端无线连接，

所述烟雾传感器，检测车内是否有火灾发生，微控制单元读取烟雾传感器的数据，当检测到车内有火灾险情时，微控制单元控制RGB LED红灯闪烁，同时控制蜂鸣器报警，并通过GSM模块发生火灾提示短信给司机；GSM模块采用通过串口与微控制单元通信，并初始化GSM模块，然后发送报警短信；

烟雾传感器用于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾的监测；

所述红外人体感应器的红外感应信号输出高低电平，微控制单元通过I/O口采集该信号，用于判定司机是否在附近，当感应到人体时，绿灯闪，当人体远离车辆后，系统进入低功耗模式；

采用所述湿度传感器、烟雾传感器、红外人体感应器，实现车内环境参数的实时监控，并将监控到的异常数据及时反馈给驾驶员；

车身环境监控系统还包括超声波测距模块，该超声波测距模块与微控制单元连接；

所述超声波测距模块包括电容C2、三极管Q2、电阻R2、电阻R3、电阻R4；电阻R2的一端与超声波测距模块的回响信号输出端Echo连接，电阻R2的另一端与微控制单元连接；电阻R3的一端、三极管Q2的集电极均与超声波测距模块的触发控制信号端Trig连接；电阻R3的另一端、电源均与电容C2的一端连接；电阻R4的一端与三极管Q2的基极连接，电阻R4的另一端与微控制单元连接；电容C2的另一端、三极管Q2的发射极均接地，所述模块提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能；

所述超声波测距模块用于测量与前车的距离，提醒司机防止追尾碰车，该模块主要是采集超声波测距时的高电平持续时间，用以计算距离，微控制单元读取超声波测距模块的数据，当距离低于阈值时，微控制单元控制RGB LED灯红灯闪烁，同时控制蜂鸣器报警；

所述超声波测距模块还包括超声波发射器、接收器和控制电路，TRIG为触发控制信号，ECHO为回向信号；采用IO口触发开始测距；超声波测距模块自动发送方波，自动检测是否有信号返回；有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续时间就是超声波从发射到返回的时间；微控制单元接收到ECHO的高电平信号后，和设定的阈值比较判断，阈值之内则启动蜂鸣器报警，同时RGB LED灯闪烁，并通过上位机实时观察车距的具体值。

2.如权利要求1所述的车身环境监控系统，其特征在于：汽车车身内设有车内CAN总线，还设有与该微控制单元相匹配的CAN通信模块；CAN通信模块的一端与该微控制单元连接，其另一端与车内CAN总线连接；CAN通信模块支持CAN2.0B协议；CAN总线接口直接与CAN驱动器连接，提供差分的输出电压信号；CAN总线上包含有速度、油门、车门开关的信息，通过搭建CAN通信电路，接收CAN总线上指定帧的数据，提取出所需的信息。

3.如权利要求1所述的车身环境监控系统，其特征在于：车身环境监控系统还包括温度传感器、电机控制模块；该温度传感器、电机控制模块均与微控制单元连接，电机控制模块包括电阻R、三极管Q1、电机、电容C1、电源以及风扇，电阻R1的一端与微控制单元连接，电阻R1的另一端与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的集电极与电机的输入端连接，电机的输出端、电源均与电容C1的一端连接，三极管Q1的发射极与电容C1的另一端均接地；电机的输出轴与风扇固定连接；电机采用直流电机，控制风扇旋转，利用PWM脉宽调制方式精确控制电机的转速，当检测到车内温度超过设定阈值时，系统会启动电机旋转，带动风扇给车内降温，当温度低于阈值时，风扇停止旋转，微控制单元读取温度传感器的数据，通过直流电机驱动电路，控制电机运转。

4.如权利要求1所述的车身环境监控系统，其特征在于：还设有蓝牙模块，该蓝牙模块的一端与微控制单元连接，该蓝牙模块的另一端与无线控制终端无线连接。