一种基于多传感器的车内空气环境监测系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及安全和环境科学领域，尤其是涉及一种基于多传感器的车内空气环境监测系统及方法。
【背景技术】
[0002]近年来，我国汽车市场不断发展，但车内空气质量令人堪忧。根据多次对不同地区展开的调查数据显示，存在车内空气污染物超标的车辆所占比例都超过80%。由于驾驶员和乘客直接地、长期地与车内空气接触，其污染会对人员的健康和安全造成直接的危害。车内污染物种类主要有挥发性有机物(VOC)、一氧化碳、二氧化碳、可吸入颗粒物等。其中VOC由于其致癌性引起人们广泛的重视，已有大量相关研宄。但一氧化碳、二氧化碳因为危害程度相对较低，相关研宄较少。但其影响也不容忽视，浓度较高的一氧化碳会使人头晕眼花，甚至窒息死亡；长期接触3%的二氧化碳会使人乏力、疼痛、感觉异常，短期接触较高浓度的二氧化碳容易导致疲劳驾驶、眩晕、呼吸困难，甚至死亡。一氧化碳和二氧化碳由于无色无味、不良反应不明显，其车内浓度常处于超标状态，但车内人员却不知情。因此有必要对其进行监测和预警。
[0003]目前用于改善车内气体环境的装置大致分为4种。
[0004]第一种是只进行检测。该类设备内置VOC传感器，通过蓝牙与手机连接，同时搭配官方App，为车主提供车内空气质量实时检测信息。其特点是体积小，功能强大；可提供污染超标警报、一氧化碳中毒警报、车内自燃预警、提供车内环境改善建议，甚至还能实现对车的生命周期追踪。但其也有一些缺点，例如由于体积小，没有电池，需要依赖汽车内的USB口供电；只能为车主发出报警信息，之后的改善通风等操作还需车主自行完成。
[0005]第二种是不进行检测，直接对车内进行持续净化。例如汽车氧吧产品，主要通过产生和释放臭氧和负氧离子来消除空气异味和杀菌。该种产品由于输出功率有限，对空气循环过滤不完全，净化效果不明显；另外功能单一，只具备杀菌效果，并不能对一氧化碳、二氧化碳等气体进行监控。
[0006]第三种是检测空气质量并在车内净化。该种类产品可将车内空气质量信息用前端的LED灯显示，并通过等离子发生、负离子发生、光触媒或多重滤网技术等实现对车内污浊空气的净化。其特点是净化效果好，可有效去除甲醛、甲苯等有机化学气体，还能吸附病菌、PM2.5颗粒。但缺点是缺少对一氧化碳、二氧化碳浓度的监控；并且售价较高，通常在千元以上。
[0007]第四种是检测空气质量并通过通风进行改善。例如一款车用二氧化碳检测控制模块，将其安装在客车车厢内部，在车辆行驶过程中，模块实时地对车内空气质量进行监测，当发现车内二氧化碳浓度超过设定的阈值时，模块能够自动打开汽车送气系统，向车内提供新鲜空气；当车内二氧化碳浓度达到设定的安全值后，模块能够自动关闭送风系统。该模块的应用对象是客车。对于小汽车，台湾的一项研宄成果是监测车内特定气体浓度，当浓度大于特定的警戒值时自动打开车窗或是对外发送求救信号和定位信号。这些产品均能对汽车的空调或是车窗实现自动化的控制，为司机提供了方便，但是缺乏对驾驶员意见的征求。例如开启空调外循环会增加汽车的油耗，开启车窗可能会对个人隐私、财产造成侵害，考虑到这些因素，有时候虽然车内空气环境恶化了，但是司机希望再短暂地忍耐一段时间，而上述设备就无法满足这样的需求。此外这种设备都只能在汽车启动的情况下发挥作用，熄火后无法工作。事实上，由于熄火后在车内睡觉，车内二氧化碳浓度不断上升使人缺氧致死的悲剧时有发生。为了避免这种情况的发生，必须在汽车熄火后也对车内气体环境进行不间断的监测，并及时发出提醒或警告，让车内人员注意通风或离开汽车。
[0008]以往的研宄成果主要集中在对VOC的处理上，对一氧化碳和二氧化碳较少涉及，产品的交互模式存在缺陷，对车辆熄火后车内有害气体含量缺乏监控，存在较大安全隐患。
[0009]公开号为CN103344743A的中国专利公开了一种车内空气检测装置，该装置包括触发电路、二氧化碳传感器、氮氧化物传感器、第一比较器、第二比较器、或运算芯片、继电执行器，实时检测空气中二氧化碳、氮氧化物的浓度，在浓度超标时打开车窗换气，在检测空气质量的同时保持车内空气清新。但是该专利所述的装置无法检测一氧化碳的浓度，也无法在车熄火后继续监测，安全风险高。
[0010]公开号为CN103389359A的中国专利公开了一种汽车用空气检测装置，该装置包括电源模块、空气检测仪、CPU信息处理模块、输出模块和报警器；所述空气检测仪和CPU信息处理模块分别连接电源模块；所述空气检测仪连接CPU信息处理模块；所述输出模块和报警器分别连接CPU信息处理模块。但是该专利并不能检测所有的车内污染物，并且无法自动检测车内是否有人，熄火后也无法正常工作，净化效果差，危险系数高。
[0011]公开号为CN202720217U的中国专利公开了一种汽车用空气检测装置，该装置包括电源电路、温湿度传感器、碳氧化合物传感器、氮氧化合物传感器、氟利昂传感器、灰尘传感器、数据采集电路、单片机、报警电路和扩展电路；其中温湿度传感器、碳氧化合物传感器、氮氧化合物传感器、氟利昂传感器和灰尘传感器分别通过数据采集电路与单片机连接，单片机分别与报警电路、扩展电路连接；电源电路提供电源。但是该装置在车内污染物浓度超标时仅能发出报警提醒车内人员，不能采取行动降低车内污染物浓度，自动化程度低且操作不便。
【发明内容】
[0012]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种首创对比机制、安全可靠、交互方式智能化、人性化的基于多传感器的车内空气环境监测系统及方法。
[0013]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0014]一种基于多传感器的车内空气环境监测系统，包括车载中控器、检测感应装置、执行器和UPS，所述的车载中控器设置在车体内部，并且分别与检测感应装置和执行器连接，所述的UPS分别与车载中控器、检测感应装置和执行器连接，所述的检测感应装置包括车内检测感应组件和车外检测感应组件，所述的车内检测感应组件和车外检测感应组件均包括分别与车载中控器连接的一氧化碳检测器、二氧化碳检测器和VOC检测器。
[0015]所述的一氧化碳检测器为MQ-9传感器，所述的二氧化碳检测器为mgSll型二氧化碳传感器，所述的一氧化碳检测器和二氧化碳检测器分别设置在车内和进气格栅处。
[0016]所述的车载中控器包括单片机、语音报警器和液晶显示器，所述的单片机分别与语音报警器、液晶显示器、检测感应装置和执行器连接。
[0017]所述的执行器包括车窗开关和车载空调开关。
[0018]所述的检测感应装置还包括与单片机连接的座位压力传感器。
[0019]一种基于多传感器的车内空气环境监测方法，包括以下步骤:
[0020]I)通过座位压力传感器获取座位上的压力信息并判断车内是否有人，若是，则进行步骤2)，若否，则返回步骤I);
[0021]2)通过检测感应装置检测车内的一氧化碳、二氧化碳及VOC的浓度，并判断该浓度是否超过警戒值，若是，则语音报警，并进行步骤3)，若否，则返回步骤2);
[0022]3)通过检测感应装置检测车外的一氧化碳、二氧化碳及VOC的浓度，并与车内的浓度比较，若车内浓度大于车外浓度，则控制车窗打开，若车外浓度大于车内浓度，则控制车窗关闭，控制车载空调打开，进入内循环模式，并返回步骤2)。
[0023]所述的步骤2)中的警戒值分为三级警戒，当车内浓度达到三级警戒时，则每隔30s进行一次报警，并强制打开车窗和空调进行处理。
[0024]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0025]—、首创车辆内外空气质量综合对比运行机制:现有技术或仅检测车外空气质量，防止浓度过高的污染物进入车内，或仅检测车内空气质量，当污染严重时采取措施，仅检测车外空气质量而忽略车内空气质量显然不合理，；仅检测车内空气质量可能出现车外空气污染比车内更为严重，却提醒加强通风，导致车内污染进一步加剧，本发明基于安装在进气格栅和车内的检测器所采集的车外和车内空气质量数据，对其进行综合对比分析，只有当车外空气质量优于车内时，才采取加强通风的方式净化车内空气质量，保证了通风措施的有效性。
[0026]二、采用全时段检测技术，更加安全可靠:现有技术在熄火后即结束对车内空气质量的检测，存在严重的