CN105569489A - 基于obd的车内空气环境信息采集控制系统及采集控制方法 - Google Patents

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CN105569489A CN201610070114.2A CN201610070114A CN105569489A CN 105569489 A CN105569489 A CN 105569489A CN 201610070114 A CN201610070114 A CN 201610070114A CN 105569489 A CN105569489 A CN 105569489A
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朱冰
冯思远
石慧茹
马昊
韩志良
邱承波
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Abstract

本发明提供了一种基于OBD的车内空气环境信息采集控制系统及方法，包括CAN收发器模块，OBD主控分析模块，气体检测模块，温度传感器，蓝牙模块，无线安全控制模块，无线安全控制模块中包括无线发射器，还包括安装在车门内的无线接收器、电机控制器、车窗电机和车窗升降装置，气体检测模块和温度传感器有害气体含量和车内温度并将数据转换发送至OBD主控分析模块并与标准值比较，当一项或多项数据不在标准值范围内时，打开车窗，同时将气体数据和温度数据发送至驾驶员手机端，以提醒驾驶员；本发明有效的利用了汽车OBD功能使车内空气环境保持在标准值的范围之内，并具有对驾驶员通知和提示的功能，具有良好的效果。

Description

基于OBD的车内空气环境信息采集控制系统及采集控制方法
技术领域
本发明属于汽车车辆控制诊断设备领域，涉及一种基于OBD的车内空气环境信息采集控制系统及采集控制方法。
背景技术
OBD是On-BoardDiagnostics(车载诊断系统)的缩写，它是集成在发动机管理系统中，监测尾气排放部件工作状态的诊断系统，OBD系统通过有效的发动机管理和及时的故障报告来提高发动机效率并降低汽车尾气对大气的污染。每一辆符合排放标准的汽车都有OBD接口，该接口称为通用的标准诊断测试连接器，简称DLC。DLC有一个16针的插头，可以为该接口上的装置进行供电；DLC的标准安装位置在驾驶员侧边仪表板下面。
随着人们在车内的时间不断增加，车内空气质量问题得到了人们越来越多的关注。车内空气质量不但影响人体健康，也与安全行车有关。据检测，70％以上的汽车内的有害物质浓度都超标，尤其是一些中低档的汽车，超标率高达90％以上。车内污染物主要包括：一氧化碳(CO)、挥发性有机物(TVOC)和可吸入性颗粒(PM2.5)。尤其是新车车内空气质量问题较为突出，甲醛，苯，甲苯等VOC气体超标严重，而车主疏于防范，一氧化碳中毒更是会危害车主生命安全。此问题急需引起人们的重视并得到解决。
当汽车停在车库中，发动机怠速未熄火时，由于燃料燃烧的不充分，极易产生一氧化碳等有毒有害气体。
目前的环境监测系统功能覆盖面较广，专业性较强，一般面向专业人员开发使用，存在体积大、价格高、安装布线困难、操作复杂、易用性差等缺点，且市面上无成熟的车内空气质量检测装置，无法对汽车进行实时的车内空气质量(包括挥发性有机物)的检测。
OBD可以实时读取汽车ECU(ElectronicControlUnit，电子控制单元，又称行车电脑)和MCU(微控制器)的动态数据，监控汽车转速、里程、发动机温度、瞬时油耗、汽车故障码等各种信息。由于汽车随车诊断接口提供的不仅是汽车的故障码信息，还包括汽车内部大量的传感器状态信息和感知电路状态信息，是汽车发动机动力系统、离合传送系统、底盘系统、车身系统及车内网络系统与汽车外部交互信息的窗口。在车辆的行驶过程中，会产生很多状态数据，这些车辆状态数据包括发动机运行状态、燃油系统、转速、行驶速度、温度、车辆颠簸状况等数据，利用OBD收集到的车辆信息可以分析驾驶员的驾驶模式获取车辆行驶信息，并提供给驾驶员最佳的建议。
目前相关OBD专利中提到的相关控制车窗升降的方式是通过汽车内部CAN网络来进行控制，而通过这汽车种方式就需要破解相关的原厂OBD代码。因不同的车，升窗的指令是不同的。原厂私有OBD协议难以破解，内部控制复杂，不利于非专业人士对车窗进行控制和对车辆信息的获取。所以我们需要一个硬件系统来获取车辆信息，比如破解读取车门状态、里程、尾箱、车灯、自动大灯、雨刮器等等,相对来说，越发达的汽车ECU，获取的数据越多，同时也包涵车速转速等汽车支持的所有数据项。此专利书中提到了一种无线安全控制装置，通过OBD分析，无线控制的方式，为解决此问题提供了一种方式。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种既可以监测车内温度和有毒有害气体含量以开启车窗来保证车内温度以及有毒有害气体不超过标准值、同时将车辆信息和检测信息发送至驾驶员手机端的基于OBD的车内空气环境信息采集控制系统，及采集控制方法。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
基于OBD的车内空气环境信息采集控制系统，包括CAN收发器模块、OBD主控分析模块、气体检测模块、温度传感器、蓝牙模块，其特征在于，还包括无线安全控制模块，12V车载直流电源与OBD接口连接，OBD接口将12V车载直流电源接入CAN收发器模块，CAN收发器模块的串口输出端与OBD主控分析模块的输入端连接，OBD主控分析模块的主控芯片的输入端分别与气体检测模块、温度传感器的输出端连接，OBD主控分析模块的主控芯片的输出端分别与蓝牙模块、无线安全控制模块中的无线发射器的输入端连接，无线安全控制模块中还包括安装在车门内的无线接收器、电机控制器、车窗电机和车窗升降装置，无线发射器与无线接收器进行无线通信，无线接收器的输出端与电机控制器的电信号输入端连接，电机控制器的电源输入端通过外接导线与12V车载直流电源连接，电机控制器的输出端与车窗电机的输入端连接，车窗电机的输出轴与车门内控制车窗升降的车窗升降装置连接。
进一步的技术方案包括：
OBD主控分析模块包括稳压芯片、主控芯片、复位芯片、外挂Flash芯片和三轴传感器芯片，CAN收发器模块将接入的12V车载直流电源转化为输出为5V的电压，输出的5V电压与稳压芯片连接，稳压芯片将5V电压转化为输出为3.3V的电压，3.3V的电压分别与主控芯片、复位芯片、外挂Flash芯片、三轴传感器芯片的电源输入端连接，主控芯片分别与复位芯片、外挂Flash芯片、三轴传感器芯片连接。
基于OBD的车内空气环境信息采集控制方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一：气体检测模块和温度传感器检测一氧化碳、甲醛、苯、甲苯、二甲苯的气体含量和车内温度，并将检测的实时数据转换为相应大小的模拟电信号，发送至OBD主控分析模块的主控芯片；
步骤二：OBD主控分析模块的主控芯片在接收到气体检测模块和温度传感器发送的模拟电信号后，将其转换为实时气体数据和温度数据，再与主控芯片内设定的相应的标准值进行比较，当连续10秒收集到的数据波动幅度在百分之五以内并且步骤一中所述的一氧化碳、甲醛、苯、甲苯、二甲苯的气体含量和车内温度这几个数据中的一项或多项数据不在标准值范围内时，主控芯片判定需要起动无线安全控制模块并生成电信号要求车窗电机正转打开车窗，同时OBD主控分析模块的主控芯片将气体数据和温度数据超标的信息转成电信号通过蓝牙模块发送至驾驶员手机端，以提醒驾驶员；
步骤三：OBD主控分析模块的主控芯片将电信号发送至无线安全控制模块的无线发射器；
步骤四：无线发射器将电信号转化为无线信号发送给无线接收器，无线接收器将接收到的无线信号转化为电信号发送给电机控制器；
步骤五：电机控制器接收到电信号后启动车窗电机使其持续正转带动车窗升降装置运动，将车窗降下。
进一步的技术方案包括：
所述步骤二中提到的温度及有毒有害气体含量标准值遵循中华人民共和国国家标准室内空气质量标准GB/T18883-2002规定值，具体为：温度在夏季空调条件下处于22-28℃，在冬季采暖条件下处于16-24℃，一氧化碳一小时均值为10mg/m3，甲醛一小时均值为0.10mg/m3，苯一小时均值为0.11mg/m3，甲苯一小时均值为0.20mg/m3，二甲苯一小时均值为0.20mg/m3。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
本发明增添了无线安全控制模块，通过外接导线将此模块与12V车载直流电源直接连接，当车内一氧化碳、甲醛、苯、甲苯、二甲苯的气体含量和车内温度超标时，OBD主控分析模块控制此模块内部的车窗电机正转，带动车窗升降装置将车窗降下，避免了破解车内部打开车窗的CAN协议的复杂步骤，实现自动调节车内环境的目的。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
图1是本发明所述的基于OBD的车内空气环境信息采集控制系统的总体结构示意图。
图2是本发明所述的基于OBD的车内空气环境信息采集控制系统的OBD主控分析模块的结构示意图。
图3是本发明所述的基于OBD的车内空气环境信息采集控制系统的无线安全控制模块的结构示意图。
图4是本发明所述的基于OBD的车内空气环境信息采集控制方法的流程图。
图中：1.12V车载直流电源，2.OBD接口，3.CAN收发器模块，4.OBD主控分析模块，5.气体检测模块，6.温度传感器，7.蓝牙模块，8.手机，9.无线安全控制模块，10.稳压芯片，11.主控芯片，12.复位芯片，13.外挂FLASH芯片，14.三轴传感器芯片，15.无线发射器，16.无线接收器，17.电机控制器，18.车窗电机，19.车窗升降装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
本发明所述的基于OBD的车内空气环境信息采集控制系统的具体结构如下：
包括CAN收发器模块3，OBD主控分析模块4，气体检测模块5，温度传感器6，蓝牙模块7，还包括无线安全控制模块9，12V车载直流电源1与OBD接口2连接，OBD接口2将12V车载直流电源1接入CAN收发器模块3，CAN收发器模块3的串口输出端与OBD主控分析模块4的输入端连接，OBD主控分析模块4的主控芯片11的输入端分别与气体检测模块5、温度传感器6的输出端连接，OBD主控分析模块4的主控芯片11的输出端分别与蓝牙模块7、无线安全控制模块9中的无线发射器15的输入端连接，无线安全控制模块9中还包括安装在车门内的无线接收器16、电机控制器17、车窗电机18和车窗升降装置19，无线发射器15与无线接收器16进行无线通信，无线接收器16的输出端与电机控制器17的电信号输入端连接，电机控制器17的电源输入端通过外接导线与12V车载直流电源1连接，电机控制器17的输出端与车窗电机18的输入端连接，车窗电机18的输出轴与车门内控制车窗升降的车窗升降装置19连接。
OBD主控分析模块4包括稳压芯片10、主控芯片11、复位芯片12、外挂Flash芯片13和三轴传感器芯片14，CAN收发器模块3将接入的12V车载直流电源1转化为输出为5V的电压，输出的5V电压与稳压芯片10连接，稳压芯片10将5V电压转化为输出为3.3V的电压，3.3V的电压分别与主控芯片11、复位芯片12、外挂Flash芯片13、三轴传感器芯片14的电源输入端连接，主控芯片11分别与复位芯片12、外挂Flash芯片13、三轴传感器芯片(14)连接。
气体检测模块5选用IAQ5000，主要检测车内一氧化碳，甲醛，苯，甲苯，二甲苯等有毒有害气体含量，并与OBD主控分析模块4的主控芯片11连接。
温度传感器6选用AD590，用以检测车内温度是否适宜。并将与OBD主控分析模块4的主控芯片11连接。
蓝牙模块7选用NRF51822，在本实例中主要负责设备与手机间的通信，通信的内容包括车辆信息，温度及气体超标预警。蓝牙模块7主要连接方式为以NRF51822芯片为主的蓝牙芯片与OBD主控分析模块4的主控芯片(11)连接通过J3接口实现。蓝牙模块7上的RX与J3的TX1连接，TX与J3上的RX1连接。同时J3上的TX1与RX1分别与主控芯片11上的68PA9和69PA10连接。
OBD主控分析模块4包括稳压芯片10，主控芯片11，复位芯片12，外挂Flash芯片13，三轴传感器芯片14。
各芯片型号及其之间具体连接关系如下：
稳压芯片10选用NCP1117ST33T3：从CAN收发器模块3输出的5.0V电压接入稳压芯片10的3VIN引脚，并从2Vout引脚转换输出为3.3V电压供给给电路中的主控芯片11，复位芯片12，外挂Flash芯片13，三轴传感器芯片14。1引脚ADJ接地。
主控芯片11采用STM3F103VBT6。主控芯片11主要负责各个芯片之间的信号处理与交互，协调芯片工作，同时控制蓝牙模块和无线安全控制模块，保证整个板子可以正常协调工作。主控芯片11从50VDD_1，75VDD_2，100VDD_3，28VDD_4，11VDD_5，22VDD_A接入从稳压芯片10输出的3.3V电压，各引脚分别与外挂复位芯片12，外挂Flash芯片13，三轴传感器芯片14连接。49VSS_1，74VSS_2，99VSS_3，27VSS_4，10VSS_5，19VSS_A接地。
复位芯片12选用IMP809SEUR-T：复位芯片12从3VCC引脚接入3.3V电压，2RST引脚输出，并与主控芯片11上的14NRST相连。1GND接地。
外挂Flash芯片13选用W25Q32:外挂Flash芯片13从8Vcc引脚，7HOLD引脚和3WP引脚接入3.3V电压，并从1CS引脚，2D0引脚，6CLK引脚和5DI引脚输出，分别与主控芯片11上的51PB12引脚，53PB14引脚，52PB13引脚和54PB15引脚输出。4GND引脚接地。
三轴传感器芯片14选用ADXL345：三轴传感器芯片14从1VDD引脚，12SDO引脚和6VS引脚接入3.3V电压，并从14SCL引脚和13SDA引脚输出，分别与主控芯片9上的47PB10引脚和48PB11引脚相连。2GND,4GND,5GND,引脚接地。
本发明所述的基于OBD的车内空气环境信息采集控制方法，步骤如下：
步骤一：气体检测模块5和温度传感器6检测车内一氧化碳、甲醛、苯、甲苯、二甲苯的气体含量和车内温度，并将检测的实时数据转换为相应大小的模拟电信号，发送至OBD主控分析模块4的主控芯片11。
步骤二：OBD主控分析模块4的主控芯片11在接收到气体检测模块5和温度传感器6发送的模拟电信号后，将其转换为实时温度数据和气体数据，再与主控芯片11内设定的相应的标准值进行比较，当连续10秒收集到的数据波动幅度在百分之五以内并且步骤一中所述的一氧化碳、甲醛、苯、甲苯、二甲苯的气体含量和车内温度这几个数据中的一项或多项数据不在标准值范围内时，主控芯片11判定需要起动无线安全控制模块9并生成电信号控制电机正转，同时OBD主控分析模块的主控芯片11将温度数据和气体数据超标的信息转成电信号通过蓝牙模块7发送至驾驶员手机端，以提醒驾驶员。
主控芯片(11)在接收到温度传感器和气体检测模块发送的数据后，经过处理器本身内嵌的ADC进行A/D转换后得到实时温度数据和气体数据，再与标准的温度和气体数据进行比较，当连续10秒收集到的数据波动幅度在百分之五以内并且步骤一中所述的一氧化碳、甲醛、苯、甲苯、二甲苯的气体含量和车内温度这几个数据中的一项或多项数据不在标准值范围内时，主控芯片11判定需要起动无线安全控制模块9并生成电信号控制电机正转。
所述步骤二中提到的温度及有毒有害气体含量标准值遵循中华人民共和国国家标准室内空气质量标准GB/T18883-2002规定值。具体为：温度在夏季空调条件下处于22-28℃，在冬季采暖条件下处于16-24℃，一氧化碳一小时均值为10mg/m3，甲醛一小时均值为0.10mg/m3，苯一小时均值为0.11mg/m3，甲苯一小时均值为0.20mg/m3，二甲苯一小时均值为0.20mg/m3。
步骤三：OBD主控分析模块4的主控芯片11将电信号发送至无线安全控制模块9的无线发射器15。
步骤四：无线发射器15将电信号转化为无线信号发送给无线接收器16，无线接收器16将接收到的无线信号转化为电信号发送给电机控制器17。
步骤五：电机控制器17接收到电信号后启动车窗电机18使其持续正转带动车窗升降装置19运动，将车窗降下。
所用车窗电机18为车载常用的永磁直流电机，可选用包含两路的低饱和电压正反向驱动的电动机驱动芯片LB1948M。
以LB1948M为例，解释电动机控制器17控制车窗电机18的原理。
无线接收器16将电信号传给电动机控制器17后，当IN1、IN2输入接口输入均为低电平时，OUT1、OUT2输出均为OFF,此时电机工作状态为备用模态；当IN1输入接口输入为高电平，IN2输入接口输入低电平时，OUT1、OUT2输出分别为高电平低电平，此时车窗电机18工作状态为正向运转；当IN1、IN2输入接口输入均为高电平时，OUT1、OUT2输出均为高电平,此时车窗电机18工作状态为制动模态；通过电机控制器17接收到的信号即高低电平来控制电机的运动状态，实现控制车窗电机18的启动、停止和制动。

Claims (4)

1.基于OBD的车内空气环境信息采集控制系统，包括CAN收发器模块(3)、OBD主控分析模块(4)、气体检测模块(5)、温度传感器(6)、蓝牙模块(7)，其特征在于，还包括无线安全控制模块(9)，12V车载直流电源(1)与OBD接口(2)连接，OBD接口(2)将12V车载直流电源(1)接入CAN收发器模块(3)，CAN收发器模块(3)的串口输出端与OBD主控分析模块(4)的输入端连接，OBD主控分析模块(4)的主控芯片(11)的输入端分别与气体检测模块(5)、温度传感器(6)的输出端连接，OBD主控分析模块(4)的主控芯片(11)的输出端分别与蓝牙模块(7)、无线安全控制模块(9)中的无线发射器(15)的输入端连接，无线安全控制模块(9)中还包括安装在车门内的无线接收器(16)、电机控制器(17)、车窗电机(18)和车窗升降装置(19)，无线发射器(15)与无线接收器(16)进行无线通信，无线接收器(16)的输出端与电机控制器(17)的电信号输入端连接，电机控制器(17)的电源输入端通过外接导线与12V车载直流电源(1)连接，电机控制器(17)的输出端与车窗电机(18)的输入端连接，车窗电机(18)的输出轴与车门内控制车窗升降的车窗升降装置(19)连接。
2.根据权利要求1所述的基于OBD的汽车安全驾乘信息采集控制系统，OBD主控分析模块(4)包括稳压芯片(10)、主控芯片(11)、复位芯片(12)、外挂Flash芯片(13)和三轴传感器芯片(14)，CAN收发器模块(3)将接入的12V车载直流电源(1)转化为输出为5V的电压，输出的5V电压与稳压芯片(10)连接，稳压芯片(10)将5V电压转化为输出为3.3V的电压，3.3V的电压分别与主控芯片(11)、复位芯片(12)、外挂Flash芯片(13)、三轴传感器芯片(14)的电源输入端连接，主控芯片(11)分别与复位芯片(12)、外挂Flash芯片(13)、三轴传感器芯片(14)连接。
3.基于OBD的车内空气环境信息采集控制方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一：气体检测模块(5)和温度传感器(6)检测一氧化碳、甲醛、苯、甲苯、二甲苯的气体含量和车内温度，并将检测的实时数据转换为相应大小的模拟电信号，发送至OBD主控分析模块(4)的主控芯片(11)；
步骤二：OBD主控分析模块(4)的主控芯片(11)在接收到气体检测模块(5)和温度传感器(6)发送的模拟电信号后，将其转换为实时气体数据和温度数据，再与主控芯片(11)内设定的相应的标准值进行比较，当连续10秒收集到的数据波动幅度在百分之五以内并且步骤一中所述的一氧化碳、甲醛、苯、甲苯、二甲苯的气体含量和车内温度这几个数据中的一项或多项数据不在标准值范围内时，主控芯片(11)判定需要起动无线安全控制模块(9)并生成电信号要求车窗电机(19)正转打开车窗，同时OBD主控分析模块的主控芯片(11)将气体数据和温度数据超标的信息转成电信号通过蓝牙模块(7)发送至驾驶员手机端，以提醒驾驶员；
步骤三：OBD主控分析模块(4)的主控芯片(11)将电信号发送至无线安全控制模块(9)的无线发射器(15)；
步骤四：无线发射器(15)将电信号转化为无线信号发送给无线接收器(16)，无线接收器(16)将接收到的无线信号转化为电信号发送给电机控制器(17)；
步骤五：电机控制器(17)接收到电信号后启动车窗电机(18)使其持续正转带动车窗升降装置(19)运动，将车窗降下。
4.根据权利要求3所述的基于OBD的车内空气环境信息采集控制方法，其特征在于，所述步骤二中提到的温度及有毒有害气体含量标准值遵循中华人民共和国国家标准室内空气质量标准GB/T18883-2002规定值，具体为：温度在夏季空调条件下处于22-28℃，在冬季采暖条件下处于16-24℃，一氧化碳一小时均值为10mg/m3，甲醛一小时均值为0.10mg/m3，苯一小时均值为0.11mg/m3，甲苯一小时均值为0.20mg/m3，二甲苯一小时均值为0.20mg/m3。
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