基于物聯網的車內環境監測與通風系統設計

【摘" 要】為解決車輛長時間在太陽直射以及氣溫高時，車內門窗緊閉會導致室內空氣不流通的問題，文章設計一款基于物聯網的車內環境監測與通風系統。該系統包括數據采集端、執行控制端、遠程遙控端，通過車內環境傳感器、車載雨量感應器等采集數據，將數據傳輸給核心控制器進行數據處理，AVR單片機通過控制車窗升降的電機，并運用遠程遙控端實現遠程控制車窗開啟或關閉，實現車內環境監測與通風功能。該系統具有結構簡單、實用性強等技術特點。

【關鍵詞】物聯網；車內環境監測；通風系統；遠程控制

中圖分類號：U463.6" " 文獻標識碼：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，車內門窗緊閉，車內空氣不流通，將會導致車內空氣品質差、氣溫高等問題。為解決現有技術問題，本系統設計主要應對當車輛長時間停放時，可以盡可能避免車內人員因空氣流通不暢、車內氣壓過低、溫度過高等引起的人身事故。

1" 車內環境監測與通風系統現狀分析

保持車內良好的通風是降低車內二氧化碳、灰塵、煙氣等物質的含量，同時提高氧含量的一種有效方式，車內通風的形式主要有自然通風和強制通風兩種^[1]。通過對大量參考文獻進行分析，顧敏^[2]設計一種車內環境智能監測與控制系統，通過實時監測對比車內以及車外有害物質成分，采取一定措施改善車內環境。吳凡^[3]設計一套以STC89C52處理器為核心的智能車內環境監測系統，系統能夠實時收集車內溫濕度、PM2.5、甲醛、煙霧的數據，通過LCD顯示屏顯示數值，含量超標蜂鳴器則會進行報警，以便駕駛員根據當前車內環境對車窗、空調進行控制。龐小蘭^[4]通過太陽能控制器和通風控制器來控制車內空調通風系統的開啟，優化設計了汽車空調通風裝置并進行試驗驗證。試驗結果顯示該系統優化控制的效果良好，避免了靜止車輛在陽光直射下車內不通風換氣的弊端。通過大量參考文獻的分析，為解決現有技術問題，設計一款具有結構簡單、實用性強、可遠程開啟車窗、可自動伸縮擋雨板等技術特點的車內環境監測與通風系統，具有較好的市場前景。

2" 基于物聯網的車內環境監測與通風系統的硬件結構設計

物聯網主要利用云計算、模式識別等各種智能技術，將傳感器和智能技術相結合，擴大了應用領域^[5]。基于物聯網的車內環境監測與通風系統主要由數據采集端、執行控制端、遠程遙控端及伸縮機構組成，不同結構及系統間的信息傳遞，讓系統互動性更強，如圖1所示。

1）數據采集端：包括中央控制器、溫度傳感器、氣壓傳感器、紅外線傳感器、車載雨量感應器、溫度傳感器、氣壓傳感器。溫度傳感器可以位于車內外，氣壓傳感器位于進氣口或車內，車內裝有紅外線傳感器或人體輪廓識別器，當有人坐于車內，當車輛置于太陽直射下，將導致車內氣溫過高時車內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出信號，由中央控制器接收信號并進行傳輸處理。

2）執行控制端：包括AVR單片機、伸縮機構、車窗防雨擋片，位于車窗上方的車體開設有弧形槽口，伸縮機構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程遙控端實現遠程控制車窗遠程開啟或關閉，具有結構簡單，實用性強，可以遠程開啟車窗，自動伸縮擋雨板等技術特點。執行控制端還包括5G網絡，AVR單片機分別與伸縮機構以及控制車窗升降的電機相連接，穩定性好。

3）遠程遙控端：用戶可以通過手機進行遠程監控與控制，對車內氣壓、空氣溫度、濕度、紅外線光譜、生物活躍情況等數據進行采集，通過車載5G網絡將采集的數據上傳至服務器，再由服務器把車內信息傳至車主手機上，最大程度地反映車內真實情況，確保車主在距離車輛很遠的地方也可以實時掌握車內信息，并可以通過手機按實際情況對車輛進行操作，比如打開車窗、打開空調等。

4）伸縮機構：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" 基于物聯網的車內環境監測與通風系統工作過程

車內環境監測與通風系統附著于汽車空調系統上，具有質量輕巧、消耗能量少等優點，該系統電源由車載12V蓄電池提供，最大程度減少額外損耗。使用者可以通過APP進行遠程監控與控制，APP通過整理、分析、處理感應系統采集的車內氣壓、空氣溫度、濕度、紅外線光譜、生物活躍情況等數據，通過一定的數據算法整合數據，由車載5G網絡上傳到中心服務器，中心服務器把車內信息傳到車主手機APP上，最大程度地反映車內真實情況，確保車主在距離車輛很遠的地方也可以實時掌握車內信息，并可以通過APP及時對車輛進行操作。

1）車內環境監測與通風工作過程：車內溫度、氧氣含量檢測設備，檢測達到臨界值，同時車內面部識別系統檢測到人員存在或紅外線檢測設備識別到生物，便向整車控制器發送電信號，整車控制器通過車載網絡向車主手機發送提醒信息，同時啟動車窗電機帶動車窗下降，實現內外空氣交換，從而降低溫度，保證車內人員或生物安全性。

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

4" 總結

基于物聯網的車內環境監測與通風系統能夠監測車內外的基本數據與信息，將采集的數據傳輸到物聯網系統，經過系統處理再傳輸到用戶手機上，達到人車遠程互動的目的。當監測到車門關閉的情況下車內有人時，及時將信息發送給車主，車主可以遠程控制車窗開啟，高效快速救助，避免車內人員缺氧窒息；當人長時間處于車內，并與外界無空氣聯通時，車內二氧化碳濃度過高，空氣品質下降，內置空氣傳感器及壓力傳感器發出信號，將通風系統（比如車窗）打開，外界新鮮空氣進入車內，使車內保持良好的空氣品質；伸縮機構能夠帶動車窗防雨擋片伸出或嵌入弧形槽口，下雨時實現擋雨，不下雨時隱藏，不影響美觀；同時系統具有結構簡單、實用性強的突出優點，具有較廣闊的市場前景。

參考文獻：

[1] 萬征，趙長利，郭榮春，等. 汽車空調對車內空氣質量影響分析[J]. 農業裝備與車輛工程，2007（5）：39-41.

[2] 顧敏，曹騰昆，渠時龍，等. 車內環境智能監測與控制系統設計[J]. 內燃機與配件，2021（13）：210-211.

[3] 吳凡，李曉宇，劉毅，等. 基于STC89C52的車內環境監測系統設計[J]. 汽車實用技術，2019（14）：73-75.

[4] 龐小蘭. 基于CAN總線的汽車空調通風系統優化控制[J]. 汽車工程師，2011（4）：46-48.

[5] 謝曉燕. 物聯網行業發展特征分析[J]. 企業經濟，2012，13（9）：98-101.

（編輯" 楊凱麟）

收稿日期：2023-07-31

*基金項目：2023年浙江省大學生科技創新活動計劃（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。