CN107438103B - 基于物联网的多层次车内环境监测报警系统及方法 - Google Patents

基于物联网的多层次车内环境监测报警系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于物联网的多层次车内环境监测报警系统及方法，报警系统包括车载模块、服务平台、用户服务器、移动终端；车载模块包括数据采集处理单元、车载报警单元和网络通讯单元，车载模块将数据采集处理单元采集到的车内环境数据通过网络通讯单元传输至所述服务平台；服务平台用于存储和管理数据信息；用户服务器通过API接口与服务平台连接，用于生成个性化应用；移动终端通过无线通信网络与所述服务平台和用户服务器连接，用于获取车内环境数据以及将生成的应用嵌入移动终端。本发明实现在车辆周围、平台层面与移动终端层面的多层次监测报警，具有信息充足、作用范围广、报警针对性强的优点。

Description

基于物联网的多层次车内环境监测报警系统及方法
技术领域
本发明涉及环境监测报警领域，特别是涉及一种基于物联网的多层次车内环境监测报警系统及方法。
背景技术
随着汽车的日益普及，由车内环境影响引起的安全事故屡见不鲜。人员滞留车内时，当氧浓度、温湿度等环境指标长时间超过人体适宜的范围，容易出现缺氧、脱水、受热受寒等生理问题，尤其是对于缺乏判别能力、行动不便的弱势群体，更需要进行监测和保护。
传统的监测报警装置存在很多问题：①凯迪拉克公司的SRX系列前排车顶装有乘客侦测功能，当车主关闭车窗离开，而车内仍留有可移动物体，车辆便会发出鸣响和亮灯警告，提醒车外人员。但其主要问题在于，报警形式单一，且发出警报后，车外人员获取求救信号后无法联系车主，施救亦十分困难。②另一种主动救助的方法。当车门上锁后自行启动，若检测出环境异常，控制器发出指令控制车内空调通风系统和车窗升降系统系统，令车进行换气，解决环境问题。其主要问题在于，该装置的思路是汽车本身自主救援，需与车的锁止系统、通风系统、车窗升降系统连接，驱动电路也要借助车的本身，需要对车的电路进行改装连接，改装车的成本很高且存在影响其他电子设备的隐患。且在救助时打开车窗，会造成其他的安全隐患(如陌生人抱走车内儿童、财物)，难以广泛应用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于物联网的多层次车内环境监测报警系统及方法，利用热释电、氧浓度、温湿度传感器，检测车内环境信息，将数据传送至单片机，通过逻辑判断，驱动车载的显示报警装置，并通过网络通讯，将数据发送至服务平台，进行数据存储、处理，并构建个性化的应用，在移动终端中使用所设计的APP接收报警和信息观察，实现多层次的监测报警。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于物联网的多层次车内环境监测报警系统，包括车载模块、服务平台、用户服务器、移动终端；所述车载模块包括数据采集处理单元、车载报警单元和网络通讯单元，所述车载模块将数据采集处理单元采集到的车内环境数据通过所述网络通讯单元传输至所述服务平台；所述服务平台用于存储和管理数据信息；所述用户服务器通过API接口与服务平台连接，用于生成个性化应用；所述移动终端通过无线通信网络与所述服务平台和用户服务器连接，用于获取车内环境数据以及将生成的应用嵌入移动终端。进一步地，所述数据采集处理单元包括单片机模块、氧浓度传感器、温湿度传感器和热释电传感器，所述氧浓度传感器、温湿度传感器和热释电传感器与单片机模块连接。
进一步地，所述车载报警单元包括显示屏和LED灯，所述显示屏和LED灯与数据采集处理单元连接。
进一步地，所述网络通讯单元包括Sim900A模块和物联网卡；所述Sim900A模块与数据采集处理单元连接，所述物联网卡插入Sim900A模块的卡座中。
进一步地，所述用户服务器，能利用车内环境数据构建出满足不同需求的应用，包括历史走势图、数据仪表盘和推送。
进一步地，所述移动终端安装有应用APP，采用间接访问方式，建立html文件，将服务平台的应用代码嵌入到html文件中，实现应用嵌入。
一种基于物联网的多层次车内环境监测报警方法，包括如下步骤：
步骤S1：车载模块中的网络通讯单元进行网络的附着，接收到网络附着成功的反馈后，热释电传感器开始工作；
步骤S2：热释电传感器进行波长检测并给单片机模块发送信号，当未检测到人体释放的红外线波长时，热释电传感器继续循环检测；当检测到该波长时，氧浓度传感器和温湿度传感器开始工作；
步骤S3：单片机模块接收氧浓度传感器和温湿度传感器的信号后进行模数转化，在显示屏上显示车内环境数据，并对环境数据进行逻辑判断，根据不同环境数据与其设定阈值的比较结果，使不同颜色的LED灯亮起；
步骤S4：单片机模块向网络通讯单元发送AT指令，向服务平台发送网络连接请求，接收到连接成功的反馈后，采用Http协议POST方式进行车内环境数据的传输，服务平台接收车内环境数据并进行存储与管理，超过环境数据设定阈值时进行监测报警；
步骤S5：车内环境数据发送完毕后，单片机模块向网络通讯单元发送关闭网络连接的指令，断开与服务平台的连接；
步骤S6：移动终端通过Http协议连接服务平台，获取存储在服务平台中的环境数据，并利用嵌入到移动终端中的的仪表显示、历史数据图等个性化应用，对车内环境进行监测。
进一步地，所述步骤S4的具体包括以下步骤：
步骤S41：单片机模块利用AT指令，向网络通讯单元发送CSQ命令，通过反馈数据检测网络连接的信号是否良好；
步骤S42：单片机模块利用AT指令，向网络通讯单元发送CREG命令，进行网络注册和漫游；
步骤S43：单片机模块利用AT指令，向网络通讯单元发送CGATT？命令，检测所述网络通讯单元是否已经附着，若未附着，发送CGATT命令进行网络的附着；
步骤S44：单片机模块利用AT指令，向网络通讯单元发送CIICR与CIFSR命令，启动数据传输任务并激活无线连接；
步骤S45：将氧浓度和温湿度数据，分为三条数据流与三个数据点，将输入的参数包装成Json数据格式；
步骤S46：完成数据包装后，通过服务平台支持的RestFul API方式进行车载模块与服务平台的连接，完成POST报文的撰写；
步骤S47：单片机模块利用AT指令，向网络通讯单元发送CIPSTART指令，实现与服务平台的连接；
步骤S48：单片机模块利用AT指令，向网络通讯单元发送CIPSEND指令，将包含数据流和数据点的POST报文发送给已连接成功的服务平台；
步骤S49：完成数据发送后，单片机模块利用AT指令，向网络通讯单元发送CIPCLOSE指令，关闭网络连接。
进一步地，所述步骤S6中移动终端的数据获取具体包括以下步骤：
步骤S61：所述移动终端采用Http协议GET方式获取服务平台的信息，在子线程中，获取用户服务器中以Json格式存储的数据，根据标准接口.net，编写URL请求，实现网络连接；
步骤S62：定义Json对象datablock，将网络连接得到的数据流、数据点存储在对象中；
步骤S63：从用户服务器中获取到的Json格式的返回信息，通过程序算法进行信息剥离，得到氧浓度、温湿度数值；
步骤S64：在子线程中完成网络连接与信息获取、剥离后，回到主线程更新移动终端APP的UI界面。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)实现了多层次的监测报警。本发明通过车载模块、服务平台和移动终端等多个层面，可以提供充足的信息，克服了传统报警模式提供信息少、作用范围小、报警针对性弱的局限性；
(2)提供个性化服务。通过扩充和更新服务平台和移动终端的应用APP，可以根据个人、企业需求，提供定制的应用，进一步提升监测效果；
(3)基于从车外救助。车载模块具有监测、警报作用，而不控制车内系统。无需改造车内电路，是车的附属产品，使用条件简易；
(4)检测到车内有人才会继续工作，避免传统报警装置常发生的扰民问题。
附图说明
图1是本发明的系统原理框图；
图2是本发明实施例的电路原理图；
图3是本发明实施例的服务平台监测界面；
图4是本发明实施例的移动终端APP界面；
图5是本发明的监测报警流程图；
图6是本发明的监测层次明细图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明内容进行详细说明。
如图1所示，一种基于物联网的多层次车内环境监测报警系统，包括车载模块、服务平台、用户服务器、移动终端；所述车载模块包括数据采集处理单元、车载报警单元和网络通讯单元，所述车载模块将数据采集处理单元采集到的车内环境数据通过所述网络通讯单元传输至所述服务平台；所述服务平台用于存储和管理数据信息；所述用户服务器通过API接口与服务平台连接，用于生成个性化应用；所述移动终端通过无线通信网络与所述服务平台和用户服务器连接，用于获取车内环境数据以及将生成的应用嵌入移动终端。
本实施例的电路原理图如图2所示，在本实施例中，数据采集处理单元包括Arduino单片机模块、单片机扩展板、氧浓度传感器、温湿度传感器和热释电传感器，单片机扩展板安装于Arduino单片机模块上方，与其引脚一一对接插入，用以扩展出4Pin的模拟、数字及I2C接口，氧浓度传感器与单片机扩展板的4Pin模拟接口A3口相连，温湿度传感器与单片机扩展板的4Pin数字接口D2口相连，热释电传感器与单片机扩展板的4Pin数字接口D3口相连。
在本实施例中，车载报警单元包括显示屏，I2C转换模块和LED灯组，用于显示车内环境信息并提醒车辆周围人员；显示屏的16Pin接口与I2C转换模块的相对应16Pin接口焊连；I2C模块与单片机扩展板的4Pin I2C接口相连；4PinI2C接口中的SDA口用于发送环境数据，SCL口用于给予时钟信号；LED灯组的绿灯、红灯、蓝灯、黄灯分别连接在单片机扩展板的I/O接口4、5、6、7上。在本实施例中，网络通讯单元包括Sim900A模块和物联网卡，用于进行网络连接，发送车内环境信息至服务平台；Sim900A模块与单片机模块相连，其RX口与单片机模块的TX口相连，其TX口与单片机模块的RX口相连，用以进行网络通讯指令的发送与反馈的接收；物联网卡插入Sim900A模块的卡座中。
在本实施例中，服务平台包括中国移动Onenet平台，用于接收发送的车内环境信息，进行存储与处理，服务平台监测界面(历史环境数据environment history data)如图3所示。
在本实施例中，用户服务器可以构建个性化的应用，包括历史走势图、数据仪表盘和推送；移动终端安装有应用APP，采用间接访问方式，建立html文件，将服务平台的应用代码嵌入到该文件中，实现应用嵌入，移动终端APP界面如图4所示。
在本实施例中，如图5所示，一种基于物联网的多层次车内环境监测报警方法，包括以下步骤：
步骤S1：车载模块中的网络通讯单元进行网络的附着，接收到网络附着成功的反馈后，热释电传感器开始工作；
步骤S2：热释电传感器进行波长检测，热释电传感器给单片机扩展板D3发送信号，单片机接受信号并进行逻辑判断，正常人体释放的红外线波长约为10μm，当未检测到该波长时，Arduino单片机收到信号为“0”，表明车内无人，继续循环检测；当检测到该波长时，Arduino单片机收到信号为“1”表明车内有人，则氧浓度、温湿度传感器工作；
步骤S3：Arduino单片机得到氧浓度、温湿度信号后，进行模数转化得到所需数据，驱动I2C转换模块，在显示屏上显示车内环境信息，并对环境信息进行逻辑判断，若环境指标均正常，Arduino单片机发送高电平至4号I/O口，使LED绿灯亮起；若环境温度高于设定阈值，所述Arduino发送高电平至5号I/O口，使LED红灯亮起；若环境温度低于设定阈值，所述Arduino发送高电平至6号I/O口，使LED蓝灯亮起；若环境氧浓度低于设定阈值，所述Arduino发送高电平至7号I/O口，使LED黄灯亮起；
步骤S4：Arduino单片机向车载模块中的网络通讯单元发送AT指令，向服务平台发送网络连接请求，接受到连接成功的反馈后，采用Http协议POST方式进行车内环境数据的传输，服务平台得到所发送的数据，并进行存储与管理，超过环境数据设定阈值时进行监测报警；
步骤S5：车载模块中的网络通讯单元在车内环境数据发送完毕后，Arduino单片机向网络通讯单元发送关闭网络连接的指令，断开与服务平台的连接；
步骤S6：移动终端通过Http协议连接服务平台，获取存储在服务平台中的环境数据，并利用嵌入到移动终端中的的仪表显示、历史数据图等个性化应用，对车内环境进行监测。
通过以上报警方法实现三层次监测报警，如图6所示。
在本实施例中，步骤S4中网络通讯及数据发送过程包括以下步骤：
步骤S41：Arduino单片机利用AT指令，向网络通讯单元发送CSQ命令，通过反馈数据检测网络连接的信号是否良好；
步骤S42：Arduino单片机利用AT指令，向网络通讯单元发送CREG命令，进行网络注册和漫游；
步骤S43：Arduino单片机利用AT指令，向网络通讯单元发送CGATT？命令，检测网络通讯单元是否已经附着，若未附着，发送CGATT命令进行网络的附着；
步骤S44：Arduino单片机利用AT指令，向网络通讯单元发送CIICR与CIFSR命令，启动任务并激活无线连接；
步骤S45：完成数据采集、处理及网络附着后，将车内采集到的氧浓度、温湿度参数，分为三条数据流与三个数据点，具体的应将输入的参数包装成Json数据格式；
步骤S46：完成数据包装后，通过服务平台支持的RestFul API方式进行车载装置与服务平台的连接，该框架仅支持Http的POST方法，完成POST报文的撰写；
步骤S47：Arduino单片机利用AT指令，向网络通讯单元发送CIPSTART指令，实现与服务平台的连接；
步骤S48：Arduino单片机利用AT指令，向网络通讯单元发送CIPSEND指令，将包含数据流数据点的POST报文发送给已连接成功的服务平台；
步骤S49：完成数据发送后，Arduino单片机利用AT指令，向网络通讯单元发送CIPCLOSE指令，关闭网络连接。
在本实施例中，步骤S6中移动终端APP数据获取具体包括以下步骤：
步骤S61：所述移动终端采用Http协议GET方式获取服务平台的信息，在子线程中，获取用户服务器中以Json格式存储的数据，根据标准接口.net，编写URL请求，实现网络连接；
步骤S62：定义Json对象datablock，将网络连接得到的数据流、数据点存储在对象中；
步骤S63：从用户服务器中获取到的Json格式的返回信息，包含无用信息，无法直接利用进行数据处理，其所需要的数据流信息包含在Json格式第一层“data”中，而具体数值信息包含在Json格式“data”层的下一层，即第二层“current_value”中，通过程序算法进行信息剥离，得到氧浓度、温湿度数值；步骤S64：在子线程中完成网络连接与信息获取、剥离后，回到主线程更新移动终端APP的UI界面。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种基于物联网的多层次车内环境监测报警系统，其特征在于：包括车载模块、服务平台、用户服务器、移动终端；所述车载模块包括数据采集处理单元、车载报警单元和网络通讯单元，所述车载模块将数据采集处理单元采集到的车内环境数据通过所述网络通讯单元传输至所述服务平台；所述服务平台用于存储和管理数据信息；所述用户服务器通过API接口与服务平台连接，用于生成个性化应用；所述移动终端通过无线通信网络与所述服务平台和用户服务器连接，用于获取车内环境数据以及将生成的应用嵌入移动终端；所述数据采集处理单元包括单片机模块、氧浓度传感器、温湿度传感器和热释电传感器，所述氧浓度传感器、温湿度传感器和热释电传感器与单片机模块连接；所述车载报警单元包括显示屏和LED灯，所述显示屏和LED灯与数据采集处理单元连接；
所述基于物联网的多层次车内环境监测报警系统的测报警方法，包括如下步骤：
步骤S1：车载模块中的网络通讯单元进行网络的附着，接收到网络附着成功的反馈后，热释电传感器开始工作；
步骤S2：热释电传感器进行波长检测并给单片机模块发送信号，当未检测到人体释放的红外线波长时，热释电传感器继续循环检测；当检测到该波长时，氧浓度传感器和温湿度传感器开始工作；
步骤S3：单片机模块接收氧浓度传感器和温湿度传感器的信号后进行模数转化，在显示屏上显示车内环境数据，并对环境数据进行逻辑判断，根据不同环境数据与其设定阈值的比较结果，使不同颜色的LED灯亮起；
步骤S4：单片机模块向网络通讯单元发送AT指令，向服务平台发送网络连接请求，接收到连接成功的反馈后，采用Http协议POST方式进行车内环境数据的传输，服务平台接收车内环境数据并进行存储与管理，超过环境数据设定阈值时进行监测报警；
步骤S5：车内环境数据发送完毕后，单片机模块向网络通讯单元发送关闭网络连接的指令，断开与服务平台的连接；
步骤S6：移动终端通过Http协议连接服务平台，获取存储在服务平台中的环境数据，并利用嵌入到移动终端中的的仪表显示、历史数据图的个性化应用，对车内环境进行监测。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的多层次车内环境监测报警系统，其特征在于：所述网络通讯单元包括Sim900A模块和物联网卡；所述Sim900A模块与数据采集处理单元连接，所述物联网卡插入Sim900A模块的卡座中。
3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的多层次车内环境监测报警系统，其特征在于：所述用户服务器，能利用车内环境数据构建出满足不同需求的应用，包括历史走势图、数据仪表盘和推送。
4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的多层次车内环境监测报警系统，其特征在于：所述移动终端安装有应用APP，采用间接访问方式，建立html文件，将服务平台的应用代码嵌入到html文件中，实现应用嵌入。
5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的多层次车内环境监测报警系统，其特征在于，所述步骤S4具体包括以下步骤：
步骤S41：单片机模块利用AT指令，向网络通讯单元发送CSQ命令，通过反馈数据检测网络连接的信号是否良好；
步骤S42：单片机模块利用AT指令，向网络通讯单元发送CREG命令，进行网络注册和漫游；
步骤S43：单片机模块利用AT指令，向网络通讯单元发送
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命令，检测所述网络通讯单元是否已经附着，若未附着，发送CGATT命令进行网络的附着；
步骤S44：单片机模块利用AT指令，向网络通讯单元发送CIICR与CIFSR命令，启动数据传输任务并激活无线连接；
步骤S45：将氧浓度和温湿度数据，分为三条数据流与三个数据点，将输入的参数包装成Json数据格式；
步骤S46：完成数据包装后，通过服务平台支持的RestFul API方式进行车载模块与服务平台的连接，完成POST报文的撰写；
步骤S47：单片机模块利用AT指令，向网络通讯单元发送CIPSTART指令，实现与服务平台的连接；
步骤S48：单片机模块利用AT指令，向网络通讯单元发送CIPSEND指令，将包含数据流和数据点的POST报文发送给已连接成功的服务平台；
步骤S49：完成数据发送后，单片机模块利用AT指令，向网络通讯单元发送CIPCLOSE指令，关闭网络连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于物联网的多层次车内环境监测报警系统，其特征在于，所述步骤S6中移动终端的数据获取具体包括以下步骤：
步骤S61：所述移动终端采用Http协议GET方式获取服务平台的信息，在子线程中，获取用户服务器中以Json格式存储的数据，根据标准接口.net，编写URL请求，实现网络连接；
步骤S62：定义Json对象datablock，将网络连接得到的数据流、数据点存储在对象中；
步骤S63：从用户服务器中获取到的Json格式的返回信息，通过程序算法进行信息剥离，得到氧浓度、温湿度数值；
步骤S64：在子线程中完成网络连接与信息获取、剥离后，回到主线程更新移动终端APP的UI界面。
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