【摘" 要】為解決車輛長時間在太陽直射以及氣溫高時，車內(nèi)門窗緊閉會導(dǎo)致室內(nèi)空氣不流通的問題，文章設(shè)計一款基于物聯(lián)網(wǎng)的車內(nèi)環(huán)境監(jiān)測與通風(fēng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集端、執(zhí)行控制端、遠(yuǎn)程遙控端，通過車內(nèi)環(huán)境傳感器、車載雨量感應(yīng)器等采集數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳輸給核心控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，AVR單片機通過控制車窗升降的電機，并運用遠(yuǎn)程遙控端實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制車窗開啟或關(guān)閉，實現(xiàn)車內(nèi)環(huán)境監(jiān)測與通風(fēng)功能。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、實用性強等技術(shù)特點。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)；車內(nèi)環(huán)境監(jiān)測；通風(fēng)系統(tǒng)；遠(yuǎn)程控制

中圖分類號：U463.6" " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " 文章編號：1003-8639（ 2024 ）02-0070-02

Design of Vehicle Interior Environment Monitoring and Ventilation System Based on Internet of Things*

CHEN Haobin，GUO Chenhao，SHEN Jiayu，ZHANG Ye，YAN Yalin

（Hangzhou Vocational and Technical College，Hangzhou 310018，China）

【Abstract】In order to solve the problem of indoor air circulation caused by the closed doors and windows of the vehicle when the vehicle is in direct sunlight for a long time and the temperature is high，this article designs an in-car environment monitoring and ventilation system based on Internet of things. The system includes data acquisition terminal，executive control terminal and remote control terminal，and collects data through the environmental sensor in the vehicle and the vehicle rainfall sensor. The data is transmitted to the core controller for data processing. The AVR microcomputer controls the motor of the window lift，and uses the remote control terminal to realize the remote control of the window remote opening or closing，so as to realize the function of environmental monitoring and ventilation in the car.The system has the technical characteristics of simple structure and strong usability.

【Key words】Internet of things；interior environmental monitoring；ventilation system；remote control

當(dāng)夏天天氣炎熱，在長時間太陽直射以及氣溫高的情況下，車內(nèi)門窗緊閉，車內(nèi)空氣不流通，將會導(dǎo)致車內(nèi)空氣品質(zhì)差、氣溫高等問題。為解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本系統(tǒng)設(shè)計主要應(yīng)對當(dāng)車輛長時間停放時，可以盡可能避免車內(nèi)人員因空氣流通不暢、車內(nèi)氣壓過低、溫度過高等引起的人身事故。

1" 車內(nèi)環(huán)境監(jiān)測與通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

保持車內(nèi)良好的通風(fēng)是降低車內(nèi)二氧化碳、灰塵、煙氣等物質(zhì)的含量，同時提高氧含量的一種有效方式，車內(nèi)通風(fēng)的形式主要有自然通風(fēng)和強制通風(fēng)兩種^[1]。通過對大量參考文獻(xiàn)進(jìn)行分析，顧敏^[2]設(shè)計一種車內(nèi)環(huán)境智能監(jiān)測與控制系統(tǒng)，通過實時監(jiān)測對比車內(nèi)以及車外有害物質(zhì)成分，采取一定措施改善車內(nèi)環(huán)境。吳凡^[3]設(shè)計一套以STC89C52處理器為核心的智能車內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠?qū)崟r收集車內(nèi)溫濕度、PM2.5、甲醛、煙霧的數(shù)據(jù)，通過LCD顯示屏顯示數(shù)值，含量超標(biāo)蜂鳴器則會進(jìn)行報警，以便駕駛員根據(jù)當(dāng)前車內(nèi)環(huán)境對車窗、空調(diào)進(jìn)行控制。龐小蘭^[4]通過太陽能控制器和通風(fēng)控制器來控制車內(nèi)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的開啟，優(yōu)化設(shè)計了汽車空調(diào)通風(fēng)裝置并進(jìn)行試驗驗證。試驗結(jié)果顯示該系統(tǒng)優(yōu)化控制的效果良好，避免了靜止車輛在陽光直射下車內(nèi)不通風(fēng)換氣的弊端。通過大量參考文獻(xiàn)的分析，為解決現(xiàn)有技術(shù)問題，設(shè)計一款具有結(jié)構(gòu)簡單、實用性強、可遠(yuǎn)程開啟車窗、可自動伸縮擋雨板等技術(shù)特點的車內(nèi)環(huán)境監(jiān)測與通風(fēng)系統(tǒng)，具有較好的市場前景。

2" 基于物聯(lián)網(wǎng)的車內(nèi)環(huán)境監(jiān)測與通風(fēng)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

物聯(lián)網(wǎng)主要利用云計算、模式識別等各種智能技術(shù)，將傳感器和智能技術(shù)相結(jié)合，擴大了應(yīng)用領(lǐng)域^[5]?；谖锫?lián)網(wǎng)的車內(nèi)環(huán)境監(jiān)測與通風(fēng)系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集端、執(zhí)行控制端、遠(yuǎn)程遙控端及伸縮機構(gòu)組成，不同結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)間的信息傳遞，讓系統(tǒng)互動性更強，如圖1所示。

1）數(shù)據(jù)采集端：包括中央控制器、溫度傳感器、氣壓傳感器、紅外線傳感器、車載雨量感應(yīng)器、溫度傳感器、氣壓傳感器。溫度傳感器可以位于車內(nèi)外，氣壓傳感器位于進(jìn)氣口或車內(nèi)，車內(nèi)裝有紅外線傳感器或人體輪廓識別器，當(dāng)有人坐于車內(nèi)，當(dāng)車輛置于太陽直射下，將導(dǎo)致車內(nèi)氣溫過高時車內(nèi)二氧化碳含量相對較高，溫度傳感器、紅外線傳感器或人體輪廓識別器發(fā)出信號，由中央控制器接收信號并進(jìn)行傳輸處理。

2）執(zhí)行控制端：包括AVR單片機、伸縮機構(gòu)、車窗防雨擋片，位于車窗上方的車體開設(shè)有弧形槽口，伸縮機構(gòu)能夠帶動車窗防雨擋片伸出或嵌入弧形槽口，AVR單片機還連接控制車窗升降的電機以通過遠(yuǎn)程遙控端實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制車窗遠(yuǎn)程開啟或關(guān)閉，具有結(jié)構(gòu)簡單，實用性強，可以遠(yuǎn)程開啟車窗，自動伸縮擋雨板等技術(shù)特點。執(zhí)行控制端還包括5G網(wǎng)絡(luò)，AVR單片機分別與伸縮機構(gòu)以及控制車窗升降的電機相連接，穩(wěn)定性好。

3）遠(yuǎn)程遙控端：用戶可以通過手機進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制，對車內(nèi)氣壓、空氣溫度、濕度、紅外線光譜、生物活躍情況等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過車載5G網(wǎng)絡(luò)將采集的數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器，再由服務(wù)器把車內(nèi)信息傳至車主手機上，最大程度地反映車內(nèi)真實情況，確保車主在距離車輛很遠(yuǎn)的地方也可以實時掌握車內(nèi)信息，并可以通過手機按實際情況對車輛進(jìn)行操作，比如打開車窗、打開空調(diào)等。

4）伸縮機構(gòu)：氣缸的伸縮桿連接車窗防雨擋片，車窗防雨擋片與弧形槽口大小相適配，車窗防雨擋片的自由端連接有密封層，車窗防雨擋片嵌入弧形槽口后密封層，密封弧形槽口。

3" 基于物聯(lián)網(wǎng)的車內(nèi)環(huán)境監(jiān)測與通風(fēng)系統(tǒng)工作過程

車內(nèi)環(huán)境監(jiān)測與通風(fēng)系統(tǒng)附著于汽車空調(diào)系統(tǒng)上，具有質(zhì)量輕巧、消耗能量少等優(yōu)點，該系統(tǒng)電源由車載12V蓄電池提供，最大程度減少額外損耗。使用者可以通過APP進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制，APP通過整理、分析、處理感應(yīng)系統(tǒng)采集的車內(nèi)氣壓、空氣溫度、濕度、紅外線光譜、生物活躍情況等數(shù)據(jù)，通過一定的數(shù)據(jù)算法整合數(shù)據(jù)，由車載5G網(wǎng)絡(luò)上傳到中心服務(wù)器，中心服務(wù)器把車內(nèi)信息傳到車主手機APP上，最大程度地反映車內(nèi)真實情況，確保車主在距離車輛很遠(yuǎn)的地方也可以實時掌握車內(nèi)信息，并可以通過APP及時對車輛進(jìn)行操作。

1）車內(nèi)環(huán)境監(jiān)測與通風(fēng)工作過程：車內(nèi)溫度、氧氣含量檢測設(shè)備，檢測達(dá)到臨界值，同時車內(nèi)面部識別系統(tǒng)檢測到人員存在或紅外線檢測設(shè)備識別到生物，便向整車控制器發(fā)送電信號，整車控制器通過車載網(wǎng)絡(luò)向車主手機發(fā)送提醒信息，同時啟動車窗電機帶動車窗下降，實現(xiàn)內(nèi)外空氣交換，從而降低溫度，保證車內(nèi)人員或生物安全性。

2）車窗防雨工作過程：利用車上自帶的雨量傳感器，感應(yīng)雨滴大小，從而判斷車外環(huán)境。當(dāng)雨量傳感器達(dá)到閾值，同時整車控制器檢測到車窗處于開啟狀態(tài)，此時，整車控制器開始驅(qū)動電機，從而使防雨裝置彈出，確保在車窗開啟情況下，雨水也不會進(jìn)入車內(nèi)。

4" 總結(jié)

基于物聯(lián)網(wǎng)的車內(nèi)環(huán)境監(jiān)測與通風(fēng)系統(tǒng)能夠監(jiān)測車內(nèi)外的基本數(shù)據(jù)與信息，將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)系統(tǒng)，經(jīng)過系統(tǒng)處理再傳輸?shù)接脩羰謾C上，達(dá)到人車遠(yuǎn)程互動的目的。當(dāng)監(jiān)測到車門關(guān)閉的情況下車內(nèi)有人時，及時將信息發(fā)送給車主，車主可以遠(yuǎn)程控制車窗開啟，高效快速救助，避免車內(nèi)人員缺氧窒息；當(dāng)人長時間處于車內(nèi)，并與外界無空氣聯(lián)通時，車內(nèi)二氧化碳濃度過高，空氣品質(zhì)下降，內(nèi)置空氣傳感器及壓力傳感器發(fā)出信號，將通風(fēng)系統(tǒng)（比如車窗）打開，外界新鮮空氣進(jìn)入車內(nèi)，使車內(nèi)保持良好的空氣品質(zhì)；伸縮機構(gòu)能夠帶動車窗防雨擋片伸出或嵌入弧形槽口，下雨時實現(xiàn)擋雨，不下雨時隱藏，不影響美觀；同時系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、實用性強的突出優(yōu)點，具有較廣闊的市場前景。

參考文獻(xiàn)：

[1] 萬征，趙長利，郭榮春，等. 汽車空調(diào)對車內(nèi)空氣質(zhì)量影響分析[J]. 農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2007（5）：39-41.

[2] 顧敏，曹騰昆，渠時龍，等. 車內(nèi)環(huán)境智能監(jiān)測與控制系統(tǒng)設(shè)計[J]. 內(nèi)燃機與配件，2021（13）：210-211.

[3] 吳凡，李曉宇，劉毅，等. 基于STC89C52的車內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J]. 汽車實用技術(shù)，2019（14）：73-75.

[4] 龐小蘭. 基于CAN總線的汽車空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化控制[J]. 汽車工程師，2011（4）：46-48.

[5] 謝曉燕. 物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展特征分析[J]. 企業(yè)經(jīng)濟，2012，13（9）：98-101.

（編輯" 楊凱麟）

收稿日期：2023-07-31

*基金項目：2023年浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動計劃（新苗人才計劃）（2023R446013）。

作者簡介

陳浩斌（2001—），男，研究方向為新能源汽車。