一种防止车内乘员窒息的智能联动系统及其控制方法

1.本发明涉及一种车辆联系控制系统及控制方法，特别涉及一种防止车内乘员窒息的智能联动系统及其控制方法，属于汽车乘员防窒息技术领域。


背景技术：

2.12岁以下儿童除意外车祸，车内窒息已成为车辆相关死亡事件的第二位事件。车厢内窒息由多方面的因素造成。其中可以肯定的一个诱因是，现代的车辆密封性较好，当成年人离开车内，儿童在空间狭小内的车厢，很难呼吸到新鲜空气，容易产生人体窒息。而在摄氧量不足的情况下，儿童很难进行求救的应激反应，会导致心跳加速、血压升高等不良反应，严重会导致窒息。而气温升高作为辅助诱因，会加速窒息。此外我国驾驶员数量已经扩大到人口总数的四分之一，众多驾驶员的安全理念较薄弱，当乘员滞留车厢内后，往往忽略车厢内容易窒息的情况。
3.防窒息的方法理念已诞生许久，却尚未有能够合理实施的策略与方案运用到车辆上。其原因可以分为两个方面，一方面已有方案的监测技术难度较大，方法复杂，经济效益差；另一方面对于乘员出现窒息症状时，报警已然不能解决乘员出现的生命危机，解决方法不够全面。


技术实现要素：

4.发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种防止车内乘员窒息的智能联动系统及其控制方法。本发明通过简化系统设置，降低技术难度，对于乘员出现窒息症状时，采用分级处理方法，能够及时保障乘员生命安全。
5.技术方案：一种防止车内乘员窒息的智能联动系统，包括监测模块、分析计算模块、执行模块和供电通信模块，所述监测模块将监测的车厢内的信息通过供电通信模块传递至分析计算模块，分析计算模块根据监测模块传输来的信息调用预定程序，并且通过供电通信模块给执行模块发送指令；所述监测模块在车辆停车落锁后监测车厢内异常情况，包括车厢内乘员存在情况和车厢内环境信息监测；通过多个传感器的运用，将车厢内乘员存在情况，车厢内空气质量，温度等环境信息转变为电信号，从而通过供电通讯模块，传递给分析计算模块。
6.所述分析计算模块解析监测模块传输来的监测信号，判断车辆落锁后车厢是否存在乘员，根据预定程序通过供电通信模块给执行模块发送指令；所述执行模块根据指令信号控制车内设备发出求救信号并且采取自救措施；所述供电通信模块包括通信系统和供电组件，监测模块和执行模块分别通过通信系统与分析计算模块连接，供电组件给监测模块、分析计算模块和执行模块供电。
7.优选项，为了实现车厢内乘员存在情况和车厢内环境信息监测，所述监测模块包括监测mcu、热释电传感器、红外温度传感器、二氧化碳传感器和tvoc传感器。
8.所述监测mcu对接收到的热释电传感器、红外温度传感器、二氧化碳传感器和tvoc
传感器信号进行预处理，将预处理结果通过供电通信模块传递至分析计算模块；将各个传感器所接收到的信号进行预处理，将复杂且大量的环境信息简化为简单的环境信息，其中为了简化环境信息，监测mcu将不同的环境信号做出分级处理，不同的环境信号值对应不同的级别。这样带来的有益好处是减少分析计算模块过多的计算负载，提高传输效率。
9.所述热释电传感器以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号传递至监测mcu；热释电传感器作为实时工作的监测传感器，是整个系统的开关。热释电传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号，同时，它还能鉴别出运动的生物与其它非生物。所述二氧化碳传感器获取车厢中的实际二氧化碳浓度并传递至监测mcu；二氧化碳传感器是基于非分光红外吸收原理的数字式二氧化碳浓度传感器，该传感器是车厢内环境变量的重要监测工具。其可获取两种波长的红外 光照射在在接收器件上的光强的对应关系及其变化，同时依据二氧化碳对于其中两种波长的红外光的吸收比率函数，计算气室中的实际二氧化碳浓度。
10.所述红外温度传感器测量车厢内乘员的体温和车厢内环境温度并传递至监测mcu；所述的红外温度传感器可以测量车厢内乘员的体温和车厢内环境温度，用于判断乘员的体温生命体征。传感器的光学接收器可以接收乘员释放的红外辐射，经过辐射调频器放大和滤波后，传给信号处理器，进而输出乘员体温的电信号。红外温度传感器的精度可以达到0.1℃。
11.所述tvoc传感器侦测车厢环境中的有害的挥发性气体浓度并传递至监测mcu。tvoc传感器可以侦测到车内环境中的甲醛及苯、氨、二甲苯等挥发性气体，voc类气体在常温下可以蒸发的形式存在于空气中，它的毒性、刺激性、致癌性和特殊的气味性，会影响皮肤和黏膜，对人体产生急性损害。而在新车或车内装饰品中，装潢材料往往含有tvoc类气体，这类气体浓度仅为0．28mg/m
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时候即可以对人体呼吸系统造成损害。在窒息预防系统中，有必要将光离子tvoc传感器运用到监测模块上。
12.优选项，为了进一步增强热释电传感器的工作能力，热释电传感器的感应区域外设置一层接收波长在8-12微米的菲泥尔滤光片。
13.优选项，为了简化系统设置，所述分析计算模块与车辆自带ecu集成，分析计算模块预设处理程序，根据程序的触发条件调用车辆自带ecu的控制程序，并且通过供电通信模块向执行模块发送指令。目前在智能化设备不断装备在汽车上，汽车的计算控制能力也不断升级更新，部分ecu已经拥有了桌面级的cpu信息处理能力。汽车的ecu控制着全车的动力系统、安全系统、驾驶辅助系统等。当监测模块通过can网络将信号传输给ecu后，通过程序运行，判断车厢内气体是否达到阈值浓度，计算车厢内的实时情况。实时参考数据包括，乘员的体温，车厢内的温度，车厢内的二氧化碳和氧气含量，车厢内的voc气体含量。接着通过预定条件判别是否需要进行紧急处理。如若需要紧急处理，执行模块将接收到ecu的控制信号，执行预案处理。
14.优选项，为了保障乘员的安全，所述分析计算模块中设有计时器，所述计时器从系统激活开始计算时间，系统激活标志是热释电传感器在车门落锁，发电机关闭后接收到车厢内有人体红外辐射信号。分析计算模块中设置计时器，计时器集成在ecu中，可以实现调度。计时器的使用是为了保障乘员的安全，时间参数的引入对系统的可靠性有较大提高。计
时器从系统激活开始计算时间，系统激活标志是热释电传感器在车门落锁，发电机关闭后接收到车厢内有人体红外辐射信号。
15.优选项，为了进一步保障乘员安全实现系统自救，所述的执行模块包括汽车的动力系统、空调系统、通讯系统、车载多媒体和车窗控制系统；分析计算模块根据设置控制程序分别或同时控制动力系统、空调系统、通讯系统、车载多媒体和车窗控制系统。
16.优选项，为了实现智能终端的远程操控，所述通信系统包括通讯mcu和通讯定位模块，通讯定位模块实现分析计算模块与车辆通讯以及车辆定位，所述通讯mcu控制通讯定位模块实现各模块间分布式实时控制的串行通信信号传输。所述智能终端指电子钥匙或者手机app之类的远程控制终端，智能终端可以发送语音和图片，经通讯mcu上传can网络，通过车载多媒体播放给乘员，乘员可以根据驾驶员的思维与指示采取自救措施。此外车载通讯系统可以接收到智能终端的数据指令，执行人为处理措施，包括开启空调，下降车窗等。
17.优选项，为了确保系统的稳定运行，所述供电组件包括汽车蓄电池和发电机，当动力系统未工作时，由蓄电池提供电能；当动力系统工作时，由发电机提供电能。
18.一种防止车内乘员窒息的智能联动系统的控制方法，包括以下步骤：步骤一、系统启动，当发动机停机、车门关闭并且落锁后系统启动，进入步骤二；步骤二、车内活体检测，启动热释电传感器对车内活体进行检测，当未检测到活体时系统停止，当检测到活体时进入步骤三；步骤三、激活监测功能，监测mcu同进启动红外温度传感器、二氧化碳传感器和tvoc传感器，同时计时器开始计时，监测mcu实时将红外温度传感器、二氧化碳传感器和tvoc传感器测得的信号传递至分析计算模块；步骤四、选择分级处理预案，分析计算模块根据监测mcu反馈的车厢内环境信息选择对应的分级处理预案，当所处的处理预案期间，监测模块测得的车内环境参数持续改善则进入步骤五，否则，处理预案根据设定条件进行持续升级；步骤五、系统停止。
19.优选项，为了进一步确保乘员的安全，所述步骤四中的处理预案分为四级，具体处理预案的选择条件与内容如下：一级处理预案执行条件：当监测mcu监测到的车内环境参数达到设定的一级阈值时，分析计算模块发送一级处理措施信号至执行模块，执行模块根据信号执行一级处理措施；具体内容：通过执行模块的通讯系统将车厢内存在乘员情况和车厢内环境信息发送至车主；监测模块在车内环境参数持续改善或者有外部人员开启车门车窗前持续进行监测，同时计时器继续计时；二级处理预案执行条件：当监测mcu监测到的车内环境参数达到设定二级阈值时，同时车内环境参数未能持续改善或者未检测到有外部人员开启车门车窗，分析计算模块发送二级处理措施信号至执行模块，执行模块根据信号执行二级处理措施；具体内容：启动发动机，带动发电机工作，同时车载空调开启外循环并开启制冷模式为车厢降温；通讯系统发送信息至车主，同时将车辆的地址、颜色、车牌、车厢内人员情况、二氧化碳浓度、温度和乘员温度信息发送至警务平台，同时计时器继续计时；
三级处理预案执行条件：当二级处理措施执行完毕后，时间达到计时器设定时间时，车内环境参数未能持续改善或者未检测到有外部人员开启车门车窗，分析计算模块发送三级处理措施信号至执行模块，执行模块根据信号执行三级处理措施；具体内容：发动机继续工作，发电机持续为车内电器提供能量，空调开启外循环并开启制冷模式，通讯系统将车辆的位置、颜色、车牌号信息发送至车主、警务平台、急救平台；四级处理预案执行条件：当三级处理措施执行完毕后，时间超出计时器设定时间范围时，车内环境参数未能持续改善或者未检测到有外部人员开启车门车窗，分析计算模块发送四级处理措施信号至执行模块，执行模块根据信号执行四级处理措施；具体内容：重复执行三级处理措施，直至车内环境参数持续改善或者检测到有外部人员开启车门车窗。
20.有益效果：本发明通过运用简易的传感器完成对车厢内环境的监测，通过主控分析得到can网络能够接收的信号，信号输出到车辆的ecu，经过程序运行分析，得到不同的紧急处理措施，共分四级。不同的级别执行不同的紧急预案，运用车联网通讯技术，能够稳定、高效、及时地防止车厢内乘员的窒息。本发明具有以下优点：1、传感器经济，高效。针对不同的车厢环境工况，本发明采用的传感器都能够全方面监测到，实现全工况覆盖。此外所能够用到的传感器的拥有良好的市场价格优势，容易批量采购。
21.2、监测模块技术难度小。在相关研究中，红外摄像头是被提及最多的监测手段，但红外摄像头的技术难度大，计算量大，系统维护复杂，给生产制造，后期维护带来负担。本发明的监测模块，所用的监测手段方便、简易，其中技术难度较低，容易实现。
22.3、系统可扩展能力强。在监测模块和通讯系统所用到mcu的信号通道可以根据系统的特殊化需求加以拓展，方便系统后续更新与升级。
23.4、系统更加智能。本发明将车辆的各大mcu联动起来，通过程序控制完成系统的智能控制。在车联网实施的过程中，通讯系统的4g或5g通讯技术适用于智能驾驶等场所。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图；图1为本发明的系统整体示意图；图2为本发明的车内网络通讯示意图；图3为本发明的系统无人为干预时执行策略流程图；图4为本发明的系统有人为干预时执行策略流程图；图5为优选方案监测模块mcu电路图；图6为优选方案监测模块二氧化碳、温度、tvoc传感器模块电路图；
图7为优选方案监测模块热释电传感器模块电路图；图8为优选方案监测模块can通讯电路图；图9为优选方案监测模块电源电路图；图10为优选方案通讯系统mcu电路图；图11为优选方案通讯系统4g gps模块电路图；图12为优选方案通讯系统can通讯电路图；图13为优选方案通讯系统电源电路图。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.如图1和2所示，一种防止车内乘员窒息的智能联动系统的硬件组成，包括：监测模块，分析计算模块，执行模块，供电通信模块。监测模块、分析计算模块、执行模块依靠供电通信模块连接。
27.在本实施例中，实施车辆为四门五座中型燃油乘用车。如若实施于其他类型车辆，传感器数量和传感器位置应发生改变，此外ecu中央控制单元也会转换成vcu是电动车的中央控制单元(行车电脑) 。
28.在本实施例中监测模块由热释电传感器，红外温度传感器，二氧化碳传感器构成，tvoc传感器和主控单元mcu构成。热释电传感器，红外温度传感器分别置于车辆前后排远离空调出风口，并且易于探测到车内乘员的位置。二氧化碳传感器和tvoc传感器置于车辆的顶部的中心处。监测mcu通过电子元器件与各传感器连接并传输数据，整个模块的电能由车载12v电源经过调压稳压后供电。监测mcu可以根据实际情况调整传感器类型，接口可以调整所用传感器个数。
29.在本实施例子中，监测模块主控芯片是stm8af5288ta，传感器模块电路图见图5；二氧化碳传感器型号为ds-co2-20，红外温度传感器型号为ds18b20,tvoc传感器型号为sgp30，传感器模块电路图见图6；热释电传感器型号为re-624,其控制芯片是biss0001,详细电路图见图7；在mcu与can网络通讯中，所用的芯片是tja1040，电路图见图8；电源调压稳压用到的芯片型号是lm2575s-5.0、 reg1117-3.3、pw2052，电路图见图9。
30.在本实施例中，汽车的ecu模块将起到控制整个系统运作的作用，汽车的ecu将有权限获得车辆的实时工况，包括车门车窗的开启和关闭状态，发动机的启停状态等，此外ecu能够控制全车mcu的运行情况，从而控制汽车电子电器的运作。由监测模块采集到的车厢内环境信息和乘员体温信息经过监测mcu转换变成ecu可以接收的电信号。从而ecu可以运算出是否需要采取紧急措施以及采取紧急措施的级别。
31.在本实施案例中，执行模块是指空调系统、通讯系统、动力系统、车载多媒体、车辆自动落锁系统，车窗升降系统。当监测的环境信号经ecu程序处理后，输出处置措施信号至can总线，经各mcu下载解析后，执行模块根据不同的处置信号，执行不同的机器动作。空调系统在二级紧急处理时开启并根据情况开启内外循环模式。通讯系统从一级紧急处理时就
开启与外界的通讯模式，为不同的对象提供车厢内的环境信息、乘员体温信息、车辆的颜色、gps地址，牌号等必要信息。通讯系统可以接收来自外界智能终端的信息和操作指令，信息与操作指令经过通讯mcu上传至can网络。通讯系统可以接收并实施操作的指令如：控制发电机启停，控制空调开关，控制车窗升降，控制车门开锁，控制车载多媒体播送语音等功能。通讯mcu留有的接口丰富，可以拓展多个通讯模块。
32.在本实施例中，通讯系统的mcu芯片是stm32f103c8，电路图见图10；通讯系统4g gps模块的芯片是e29v，电路图见图11；通讯系统can通讯的芯片是tja1040，电路图见图12；通讯系统电源调压稳压芯片是lm2575s-5.0和reg1117-3.3，电路图见图13。
33.在本实施案例中，所有模块的之间的通信和供电由供电通信模块完成。模块间通信时，使用汽车内的can总线，即控制局域网，带来有益效果是，所有传感器和mcu可以及时接收和发送消息给ecu，可以保证消息传输的时效性。当未出现紧急情况和出现一级紧急情况时，供电系统将由汽车的蓄电池保障，当出现二、三、四级紧急情况时，动力系统开启带动发电机输送电力给车内的电子电器。
34.在本实施例中，重要的是窒息时的应对措施，监测模块所监测的不同环境信息，在ecu的程序处理下会发出不同的应对措施信号，共分五个不同的实施工况，四个级别紧急处理措施信号。当汽车关闭动力系统，并车门车窗关闭，汽车的ecu将通过can通讯激活热释电传感器，如若检测到有35.8℃到41℃的人体时，计时器开始计时，系统开始工作。
35.在本实施例中，在车门关闭，发动机关闭后，ecu启动程序，通过can总线控制热释电传感器工作，首先是车内活体检测，热释电传感器预设的波长接收范围是8-12um，进行频率为3分钟一次的扫描。系统激活条件是热释电传感器在车门落锁，发电机关闭后接收到车厢内有人体波长信号。当热释电传感器检测到车厢内有人时，将输出电信号至can总线，ecu通过can总线下载电信号，进而程序控制激活监测模块的二氧化碳传感器，tvoc传感器，温度传感器。同时，分析计算模块中的计时器开始计时工作。下面根据不同的工况形式，结合附图3解释系统实现分级式处理措施的具体内容：实施工况1在18~26℃的温度条件下，中型车辆的车厢内，所容纳的气体的体积为3600升左右，倘若二氧化碳浓度达到1%，需要45分钟左右。这时候氧气含量下降，容易让人感到燥热难受、疲劳焦虑，。当汽车暴露在阳光下，即使是30℃，也能让汽车车厢在15分钟内达到50℃，但人体能够承受的温度是46.5℃，为了确保系统的可靠，将一级报警温度设定为37℃。当体温为37℃时，通常人体会失去较多的水分，导致头晕目眩。
36.在本实施工况中，当监测模式检测到阈值1，即二氧化碳传感器检测到浓度是1000ppm或红外温度传感器检测到车厢内温度达到37℃时或计时器自系统工作开始的30分钟或tvoc传感器的检测浓度为600ppb时，监测输出的电信号作为一级紧急处理激发信号，信号内容包括此时车厢内的二氧化碳浓度、温度、车门关闭时间、tvoc浓度。将信息上传至车辆的can总线，车辆的ecu下载到一级处理信号，并加载一级处理所需的程序，上传一级处理措施信号至can总线，执行模块接收到一级处理措施信号，并执行一级处理措施。
37.在本实施工况中，需要执行的处理措施是，车载4g gps通讯系统将发送简讯到车主联系终端，简讯内容包括车辆存在人员，地址信息，二氧化碳浓度，车厢温度，乘员的体温等。
38.实施工况2如若在一级预案处理后，ecu尚未检测到车辆有具体处置措施，并且车内的二氧化碳浓度、tvoc浓度和温度仍在一级处理信号的阈值，计时器继续工作。当二氧化碳浓度达到2%，人体会出现呼吸困难。血液流动加快，耳鸣，大脑缺氧的症状。人体在42℃的环境下，肺部急速喘气，每次喘气都会带走体内的热量，帮助散热，心脏也急速跳动，将大量血液运送至体表散热。当车厢内的温度上升至42摄氏度，乘员容易造成高温休克，从而昏迷。此时窒息的主要原因来自于高温使人体产生休克反应。
39.在本实施工况中，当监测模式检测到与阈值2，即二氧化碳达到2000ppm或温度达到42℃或计时器时间为45分钟或tvoc浓度达到1000ppb时，监测模块输出的电信号作为二级紧急处理激发信号，信号内容包括此时车厢内的二氧化碳浓度，温度。信号将通过can总线传输至ecu，ecu下载信息，经过程序处理，将输出二级紧急处理措施信号。
40.在本实施工况中，具体实施方案如下：ecu发送启动发动机命令，开启发动机运作，从而使得发电机工作，能够为汽车的大功率电器运作提供电能，同时车载空调开启外循环并开启制冷模式为车厢降温。车载4g通讯系统发送信息至车主的联系终端，同时将车辆的地址，颜色、车牌，车厢内人员情况、二氧化碳浓度、温度和乘员温度信息发送至警务平台。
41.实施工况3在本实施工况中，当二级紧急处理措施执行完毕后，倘若在计时器开始工作的65分钟内，车内环境参数未能持续改善或者未检测到有外部人员开启车门车窗，则ecu将判定车厢内的人员状态为需要急救。此时执行三级紧急处理。
42.在本实施工况中，发动机仍继续工作，发电机持续为车内电器提供能量。空调开启外循环并制冷温度26℃，车载4g通讯系统发送信息至车主的联系终端、警务平台、急救平台，信息内容包括车辆的位置、颜色、车牌号等外观信息。
43.实施工况4在本实施工况中，倘如无人开启车门进行急救措施，则将执行四级处理措施，即车载4g通讯器将以三分钟每次的频率发送急救信息，直至车内环境参数持续改善或者检测到有外部人员开启车门车窗。
44.实施工况5结合附图4解释本实施工况。
45.在本实施工况中的应用条件是系统尚未发出二级紧急处理信号。在二级紧急信号发出后，智能终端将不能远程控制车辆的发动机、发电机、空调等紧急供氧通风设施，以防止车主的决策失误。
46.在本实施工况中，车主的智能终端在接收到一级紧急处理信息后，车主通过智能终端发送控制信息至通讯系统，经过通讯mcu解析，将所需执行的控制信息上传至can网络，ecu根据控制信息内容控制车辆内的mcu执行车主的操作指令，防窒息智能联动系统运行结束。智能终端仍可以通过通讯系统下达控制指令，控制车辆的mcu。
47.在本实施工况中，如若车辆实时情况仍满足防窒息智能联动系统启动要求，将再次执行系统无人为干预时执行策略。
48.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置
而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。