双向监测驾驶室空气品质的汽车空调智能控制系统的制作方法

本实用新型属于智能控制系统技术领域，特别是涉及到一种通过双向监测驾驶室空气品质的汽车空调智能控制系统。

背景技术：

从目前的情况看来，汽车空调功能系统不够完善而造成汽车内部空气质量欠佳，造成有害气体、挥发性有机物含量上升。

现在的汽车空调主要分三种：手动空调、自动空调和自动多分区空调。手动空调可以依据汽车驾驶员对车内空气质量的自我感知情况手动调节、控制车内的空气。由于人体的自我感知往往存在一定的延迟，驾驶者对汽车空调内外循环的控制往往也存在一定的延迟性等因素的影响，手动调节空气质量可行性较低。自动空调和自动多分区空调，由乘员操作自动调节风速和风量，使车厢迅速到达并保持在自我感知良好状况上。但其设计缺乏人性化以及人机交互性，智能化程度较低。

现阶段的汽车空调智能控制系统，对于空气质量的改善相对短板。国内外学者已对多气体检测系统进行了研究并取得了一些成果。例如，通过多种气体传感器组成传感器阵列能把气体中的特定成分检测出来，并将其转化为电信号。然后采用adc0809将传感器输出的模拟信号转换为数字信号，运用at89c51进行数据处理和计算，显示气体种类和浓度信息，就实现了对多种气体的定性识别和检测。然而该项技术未形成可以用于实际可靠的设计。其次，目前对于基于空气品质改善的空调处理系统，在内外循环的处理上，未能实现对于汽车内外循环的智能调节、控制，进排气的使用不当造成了汽车内部空气品质的降低。

因此针对现有技术当中存在的诸多不足之处，本领域亟需要一种新的技术方案来解决这一问题。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种双向监测驾驶室空气品质的汽车空调智能控制系统，能感知汽车外部和内部所处的空气环境并判断车内空气质量，能根据所接受到的信息对驾驶人预警并自动处理一些不良空气状况，因此能在很大程度上增加驾乘人员的舒适度并提高驾驶人专注度。

双向监测驾驶室空气品质的汽车空调智能控制系统，其特征是：包括信息收集装置、数据处理装置以及预警和紧急处理装置，信息收集装置与数据处理装置输入端连接，数据处理装置输出端与预警和紧急处理装置连接；所述信息收集装置包括设置在汽车内部的一氧化碳传感器ⅰ、颗粒物传感器、碳氢化合物传感器、汽车氧气传感器、二氧化碳传感器ⅰ、温度传感器ⅰ，以及设置在汽车外部的温度传感器ⅱ、一氧化碳传感器ⅱ、二氧化碳传感器ⅱ以及氧气传感器，其中，一氧化碳传感器ⅰ、颗粒物传感器、碳氢化合物传感器、汽车氧气传感器以及二氧化碳传感器ⅰ组成传感器模块；所述数据处理装置为包括51单片机、输入回路以及输出处理电路；所述预警和紧急处理装置包括汽车空调系统、报警系统以及汽车控制系统。

所述温度传感器ⅰ和温度传感器ⅱ为ds18b20型号传感器；颗粒物传感器为gp2y1014au型号传感器；一氧化碳传感器ⅰ与碳氢化合物传感器为mq-9复合型号传感器；所述氧气传感器为lgs4o2型号传感器。

所述51单片机为stc89c52型号，通过输入回路接收信息收集装置数据并处理，通过输出处理电路控制紧急处理装置进行相应判断。

通过上述设计方案，本实用新型可以带来如下有益效果：双向监测驾驶室空气品质的汽车空调智能控制系统，能感知汽车外部和内部所处的空气环境并判断车内空气质量，能根据所接受到的信息对驾驶人预警并自动处理一些不良空气状况，因此能在很大程度上增加驾乘人员的舒适度并提高驾驶人专注度。

进一步的，本实用新型能对常见污染气体以及颗粒物的实时监控，并间接地延长空调系统滤清器的使用寿命。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明：

图1为本实用新型双向监测驾驶室空气品质的汽车空调智能控制系统结构示意图。

图2为本实用新型双向监测驾驶室空气品质的汽车空调智能控制系统汽车内部传感器工作逻辑示意图。

图3为本实用新型双向监测驾驶室空气品质的汽车空调智能控制系统汽车外部传感器工作逻辑示意图。

图4为本实用新型双向监测驾驶室空气品质的汽车空调智能控制系统集成逻辑示意图。

图中1-一氧化碳传感器ⅰ、2-颗粒物传感器、3-碳氢化合物传感器、4-汽车氧气传感器、5-温度传感器ⅰ、6-温度传感器ⅱ、7-一氧化碳传感器ⅱ、8-氧气传感器、9-51单片机、10-汽车空调系统、11-报警系统、12-汽车控制系统、13-二氧化碳传感器ⅰ、14-二氧化碳传感器ⅱ。

具体实施方式

双向监测驾驶室空气品质的汽车空调智能控制系统，如图1所示，包括信息收集装置、数据处理装置以及预警和紧急处理装置，信息收集装置与数据处理装置输入端连接，数据处理装置输出端与预警和紧急处理装置连接；所述信息收集装置包括设置在汽车内部的一氧化碳传感器ⅰ1、颗粒物传感器2、碳氢化合物传感器3、汽车氧气传感器4、二氧化碳传感器ⅰ13、温度传感器ⅰ5，以及设置在汽车外部的温度传感器ⅱ6、一氧化碳传感器ⅱ7、二氧化碳传感器ⅱ14以及氧气传感器8，其中，一氧化碳传感器ⅰ1、颗粒物传感器2、碳氢化合物传感器3、汽车氧气传感器4以及二氧化碳传感器ⅰ13组成传感器模块；所述数据处理装置为包括51单片机9、输入回路以及输出处理电路；所述预警和紧急处理装置包括汽车空调系统10、报警系统11以及汽车控制系统12。

其中，所述温度传感器ⅰ5和温度传感器ⅱ6为ds18b20型号传感器；颗粒物传感器2为gp2y1014au型号传感器；一氧化碳传感器ⅰ1与碳氢化合物传感器3为mq-9复合型号传感器；所述氧气传感器为lgs4o2型号传感器。

所述51单片机9为stc89c52型号，通过输入回路接收信息收集装置数据并处理，通过输出处理电路控制紧急处理装置进行相应判断。

本实用新型双向监测驾驶室空气品质的汽车空调智能控制系统的控制方法，包括以下步骤，

步骤一、数据采集

将信息收集装置安装在汽车内部和外部的取样点处，采集汽车内部和外部的空气质量信息，温度传感器ⅰ5和温度传感器ⅱ6传输周期为0.5秒，其中一氧化碳传感器ⅱ7以及氧气传感器8为0.1秒，传感器模块为0.3秒；

具体的，为了更好地实现双向监测功能，以实现车内外采集数据的准确性和精密性，车内外一共四组取样点，车内取样点分别在汽车空调滤清器进气口处、车内空调出风口处、汽车仪表盘处布设相应传感器，共计三处；车外在车身车门处布设相应传感器。

步骤二、数据处理

将步骤一采集的空气质量信息数据通过输入回路传输给51单片机9，51单片机9通过设定传感器实验阈值与空气质量信息数据对比进行数据处理，首先处理一氧化碳和甲醛信息，其次处理二氧化碳与氧气之间浓度比信息，最后处理车内颗粒物浓度信息；信息处理后的结果通过输出处理电路传送至预警和紧急处理装置；

其中传感器阈值的确定方法为：取有害气体对人无害的极限含量为max，回归正常的时间为time，空气泵效率为η，车速补正参数为v。则需要设置的强行循环值因此，应用将气体传感器的数值与标准传感器数值进行对比。然后依据以上公式可得各项传感器的阈值，可对其进行含量的校准。

对于x，y两项气体同时超标的情况，根据其对人体的伤害程度首先确定安全回归正常时间t。其次，将根据不同气体的权重进行分配，依照x×k1+y×k2进行加权拟合。依照此设定一个极大值max，极小值min。对于x，y、z三项气体同时超标的情况，依靠存储的单项气体数据，对其进行走向预测，预留下函数f(x)、g(y)、h(z)，随后确定时间序列预测法的各项参数。

在阈值实验进行的同时，同时进行车身周边气体数据采集，结合网上查阅资料，以及在汽车排气口、汽车空调滤清器处、汽车周边环境以及驾驶室内测得各目标气体污染物的含量，判定污染物聚集速度，并估算出达到危险阈值所需时间。为以后的预测算法开发做基础。

步骤三、汽车系统动作处理

预警和紧急处理装置接收51单片机9的判断结果，控制汽车系统进行车内空气质量调节，经步骤二数据处理后，甲醛以及一氧化碳超过实验阈值1，通过汽车控制系统12自动下降窗户，超过实验阈值2，启动报警系统11，同时启动汽车空调系统10内置风机，降低有害物质的浓度；

颗粒物处理，经步骤二数据处理后，室外颗粒物含量超过实验阈值，汽车空调系统10内循环控制运作；内部颗粒物超过实验阈值，汽车控制系统12判断内外颗粒物含量，滤芯无堵塞，驾驶室内颗粒物正常，继续维持内循环；

二氧化碳和氧气处理，经步骤二数据处理后，测得二氧化碳与氧气含量数值，预处理得到二氧化碳氧气比例超过实验阈值，空调系统外循环运作。

若存在x、y气体同时超标的情况，则根据其具体含量以及其对人体的伤害程度，判定其权重并依靠权重拟合。

若其超过预定极限值max，则进行强制降下车窗、调动空调通风等一系列操作。若其低于预定极小值min，则进行切换内循环、报警抬起车窗等一些列操作。

若存在x、y、z等多种气体同时超标的情况，则根据时间序列预测法对其进行预测，随后根据其预测值与极值进行对比。

根据图2车内传感器控制逻辑图所示，感应车内的二氧化碳、甲醛、一氧化碳、氧气以及车内颗粒物的浓度，相应的浓度信息转化为电压信息输入到单片机中进行处理。一氧化碳和甲醛归为一类，它们都有毒性，会对驾乘人员造成安全威胁，单片机首先处理它们的信息，其次是二氧化碳和氧气，它们浓度之间的比值影响车内环境的舒适性，最后分析车内颗粒物的浓度信息。对它们的浓度进行判断(是否超过对应的阈值)，根据系统判断出的结果做出相应的反应操作。

根据图3车外传感器控制逻辑图所示，测得一氧化碳和颗粒物的浓度。同样，把它们的浓度信息转换为电压信息输入到单片机进行相应处理。外侧一氧化碳的浓度同样影响驾乘人员的安全，通过监测其浓度还能检测车辆问题，外侧颗粒物的浓度则关系到能否开窗通风。在单片机中对浓度是否超过对应气体阈值进行判断，根据判断的结果做相应的处理。

本实用新型的控制系统集成逻辑图如图4所示，将各类气体传感器采集的气体含量信号与颗粒物传感器采集的含量信号转换为电压信号输入到单片机，在单片机中对这些信号进行分析归类，判断出输入信号所属的类，进而判断出该对空调系统进行哪种操作，实现控制车辆空调系统内外循环切换、警示灯的开启和关闭等功能。这样可以使汽车空调系统不依赖或少依赖驾驶员的操作，实现车内空调系统的自动控制以及智能控制。此外，可以将本系统并接在空调系统线路上，与手动控制兼容，不改变汽车原有的线路和操控习惯，同时系统能够自动识别并排除一些短时偶发性干扰，保证了能够可靠的控制汽车空调系统内外循环的变换，系统集成简图如图4所示。通过系统集成，实现空调系统、信息收集装置、数据处理装置、预警与应急装置的集成化运作。