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摘要：為了避免因車內溫度過高、有害氣體濃度過高、氧氣濃度不足而導致的傷亡事故發生，在車內設置傳感器實時監測車內空氣質量及是否有人或動物。控制器可根據保護策略分析判斷，并控制執行器執行分級預警防護措施，在緊急情況下GPS快速定位車輛所在位置，并通過GSM模塊發送報警短信，告知車輛位置信息，聯系設置的緊急聯系人，以便救援力量及時到達保護車內駕乘人員的生命安全。
關鍵詞：車內空氣質量遠程監控物聯網
0引言
據數據統計，截止2020年末全國民用汽車保有量約為28087萬輛，可見人們與汽車之間的聯系日益密切。但隨之而來的問題是在車內狹小的空間中因車內溫度過高、飾品材料釋放出甲醛、苯系蒸汽等有害氣體濃度超標、氧氣不足或者汽油燃燒不完全產生的大量一氧化碳倒灌進入車內導致駕乘人員傷亡事故屢見不鮮，車內空氣質量問題逐漸成為人們關注的熱點話題。如何優化車內空氣質量，提高駕乘人員的舒適性和安全性，最大程度上保障駕乘人員的生命安全等問題已經刻不容緩。不少研究學者也對車內空氣問題進行了相關研究，王龍、楊曉宇等針對車內傳統手持式甲醛檢測存在的問題，設計了一種基于IOT模塊的汽車車內甲醛氣體實時監測系統，并可通過手機WIFI熱點將數據傳送至手機端以便讀取檢測數值[1]；郭云飛認為車內飾品釋放甲醛，苯系蒸汽等有害氣體濃度在空間狹小的車內很容易超標，提出基于AT89C52單片機的車內有害氣體本地監測設計方案[2]；刁欣煒、黃冰逸等針對密閉車內可能存在的缺氧和汽油燃燒不完全產生的大量一氧化碳倒灌進入車內的情況，設置傳感器實時監測車內二氧化碳和一氧化碳濃度，當超過安全閾值時蜂鳴器發聲，GSM模塊短信聯系車主，以避免事故悲劇的發生[3]；王海燕利用傳感器實現對車內空氣質量信息采集，以PLC為核心控制單元，通過對汽車內外循環的自動控制以提供舒適安全的車內環境[4]；吳東盛、毛亮等研究者對兒童等弱勢群體乘車可能存在的溫度過高、缺氧等安全隱患問題進行分析，設計了車內溫度、二氧化碳監控系統，在必要情況下開啟通風透氣，發送報警提示短信[5-6]；蔡晨認為目前市面上大部分汽車內的空氣質量達不到國家安全標準，提出利用GSM模塊實現數據遠程傳輸，可通過智能手機完成遠程監測車內空氣質量[7]。以上研究都對車內存在的安全隱患問題進行了分析，但缺少對車內安全隱患的全面分析及有效的預警防護措施，本文采用多級預警保護方案有效保障駕乘人員生命安全。
1車內空氣質量安全隱患分析
1.1車內溫度過高
當外部氣溫達到30°C時，若汽車緊閉車窗，則經過半小時暴曬后車廂內的溫度可達到46°C，一小時后就能升至56°C，駕乘人員滯留車內存在較大安全隱患。
1.2一氧化碳中毒
長時間緊閉車窗開啟空調在車內休息時，因發動機怠速汽油燃燒不完全產生大量一氧化碳易倒灌進入車內，當車內一氧化碳濃度達到1000ppm時，容易導致一氧化碳中毒。
1.3車內氧氣不足
駕乘人員（特別是老人和小孩）長時間待在封閉狹小的車內，易出現因缺氧而導致的心跳加速、胸悶、血壓升高等不良反應，嚴重時會出現昏迷甚至窒息死亡。1.4甲醛、苯系蒸汽濃度過高長時間處于甲醛、苯系蒸汽濃度含量超標的密閉空間，容易引發白血病等相關疾病。
2系統總體設計方案
2.1系統組成
車內空氣質量監測與防護系統組成如圖1所示，其中包括控制器、傳感器、蜂鳴器、車窗電機、鼓風機、內外循環電機、危險信號燈、汽車喇叭、GSM900A模塊、GPS定位模塊、DC-DC降壓模塊等，并通過Proteus軟件對系統控制電路進行仿真設計?？刂颇K：根據傳感器信號及駕乘人員是否采取措施分析判斷車內情況，在必要時控制執行器執行分級預警防護措施。供電模塊：通過DC-DC降壓模塊將車輛蓄電池12V電壓降壓成5V給系統各模塊供電。傳感器模塊：實時檢測車內空氣溫濕度、一氧化碳、甲醛、苯系蒸汽、氧氣濃度及PM2.5數值。人體紅外傳感器探測車內是否有人或動物；甲醛濃度傳感器檢測車內甲醛濃度；氧氣濃度傳感器檢測車內氧氣濃度；一氧化碳傳感器檢測車內一氧化碳濃度；溫濕度傳感器檢測車內溫度和濕度；MQ135空氣質量傳感器檢測車內氨氣、硫化物、苯系蒸汽、煙霧和其它有害氣體；PM2.5傳感器（粉塵傳感器）檢測車內空氣中的粉塵濃度，即PM2.5值大小。執行器模塊：有源蜂鳴器根據控制器信號語音報警提示，其他執行模塊均為汽車本身配備的電器，通過改造線路實現控制。GPS定位模塊：在緊急情況下快速定位車輛位置，以便救援力量及時到達。GSM900A通訊模塊：以短信形式將車輛位置信息發送至手機客戶端或給用戶設定的緊急聯系人撥打電話，并將車內空氣質量信息上傳云平臺及接收平臺發送的控制指令，實現遠程監控。
2.2系統工作流程分析
傳感器實時檢測車內溫濕度、一氧化碳、氧氣、甲醛、苯系蒸汽濃度、PM2.5數值大小信息，控制器采集傳感器信號后，首先通過GSM模塊將車內空氣質量信息發送手機APP實現遠程監控，然后判斷車內是否有人或動物，車內無人或動物時，系統無需執行分級預警防護；當車內有人或動物時，控制器根據傳感器檢測信號及車內駕乘人員是否采取相應的措施分析判斷，控制執行分級預警防護，具體流程如下頁圖2所示。
2.2.1一級安全防護響應
當車內溫度、一氧化碳濃度、甲醛、苯系蒸汽濃度、氧氣濃度、PM2.5數值不在設定的安全閾值范圍內，系統自動發出語音報警提示，否則為安全狀態。
2.2.2二級安全防護響應
在一級安全防護響應啟動后，車內駕乘人員10分鐘內未采取相應防護措施或采取措施后車內空氣質量仍不達標，系統將控制車窗下降1/4，并開啟鼓風機與空調外循環。
2.2.3三級安全防護響應
在二級安全防護響應后，系統判斷車內駕乘人員仍處于危險狀態，則自動啟動三級防護措施，控制汽車喇叭發聲、危險信號燈閃爍，GPS模塊快速定位車輛所在位置，通過GSM模塊發送短信或撥打電話告知設置的多位緊急聯系人，以便救援力量及時到達。
3車內空氣質量監測APP的開發
系統GPRS模塊將車內空氣質量信息實時上傳點燈科技云平臺，并接收平臺傳送的控制指令，APP界面開發采用平臺無代碼拖拽式方式設計，車主可通過手機APP監測車內溫濕度、一氧化碳、氧氣、甲醛、苯系蒸汽濃度等信息，并可實現遠程控制車窗、鼓風機等電器設備以提前稀釋有害氣體濃度、降低車內溫度。
4結束語
本文對車內因空氣質量問題可能存在的安全隱患進行了全面分析，設計一款能夠分級預警防護響應的車內空氣監測與防護系統，實現對車內空氣質量的全面監測，在必要時執行分級預警防護措施，并可實現遠程監控。目前已在威馳車型上完成了產品的嵌入式設計，實驗結果表明產品運行良好，能夠有效保護駕乘人員的生命安全，具有重要實踐意義。
作者：曹陽明 李苗 陸奇志 崔丹丹 潘飛 單位：無
