本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种智能化汽车室内环境监控及散热系统。
背景技术：
目前，随着人们生活质量的改善和生活水平的提高，私家车已经进入大众生活，汽车内饰大量使用塑料、橡胶、织物、油漆涂料、保温材料和粘合剂等材料。(1)其中某些材料中含有的有机溶剂、助剂、添加剂等成分在汽车使用过程中会产生大量的甲醛逐渐释放到车内环境，甲醛超标可诱发支气管哮喘，使呼吸道严重水肿，高浓度的吸入可以使人患有鼻咽肿瘤，而汽车室内没有甲醛检测的功能。(2)到了夏季，汽车室内停车场少，加之自驾游，使得汽车经常在室外暴晒，造成汽车室温过高，加速汽车室内用品和车辆线路的老化，长期的高温暴晒使汽车线路老化造成短路产生火花，夏季的高温天气加上发动机高温使油泥因高温产生自燃，而汽车室内没有烟雾检测及自动报警功能。(3)在密闭环境中汽车处于停车状态下，室内成员打开空调进行休息时常因为汽油没有完全燃烧产生大量的co，人体长时间吸入超过100ppm的co会丧失意识甚至发生意外，汽车室内也有没有co检测与报警功能。(4)汽车室内也不具有检测pm2.5浓度的功能去监测空气质量，用以供用户采取必要措施保持车内空气清新，为人们拥有健康的乘车环境保驾护航。
目前，公知的汽车室内环境检测技术在国内外已发展多年有余，(1)大多设计的检测仪需要用户在车内进行现场测量读数据，当用户离开车时就无法自动测量数据；(2)市场上普遍存在的检测仪器并不具有与手机之间的智能化通信功能，不具有现场测量数据向手机实时反馈的功能，也不具有通过手机去控制各个参数采集与设置的功能；(3)只有监测功能不具备在汽车处于停车暴晒情况下的自动散热调节功能。
技术实现要素：
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种智能化汽车室内环境监控及散热系统，打破现有汽车室内环境检测技术不具有对汽车室内参数自动化的实时监测功能且不具有人机之间智能化通信功能的局限性，解决汽车停车熄火处于暴晒情况下汽车室内环境不能够自动散热的问题，本发明可对汽车室内环境中的温度、甲醛、co浓度、烟雾浓度、pm2.5浓度的多参数的实时监测、利用手机进行显示、co浓度与烟雾浓度的超标报警，以及对汽车停车熄火处于暴晒情况下的室内环境的自动散热。
为实现上述目的，本发明提供了一种智能化汽车室内环境监控及散热系统，包括太阳能柔性薄膜电池板、充电器、车载铅酸蓄电池、双向dc-dc模块、逆变电源系统、微型空调系统、汽车发动机、cpu模块、手机以及传感器单元，所述太阳能柔性薄膜电池板、充电器、车载铅酸蓄电池、双向dc-dc模块、逆变电源系统、微型空调系统依次连接，所述充电器、双向dc-dc模块、逆变电源系统与cpu模块连接，所述车载铅酸蓄电池与汽车发动机连接，所述cpu模块还与传感器单元连接，所述cpu模块与手机无线连接。
上述的一种智能化汽车室内环境监控及散热系统，所述传感器单元包括室内温度传感器、室外温度传感器、甲醛浓度传感器、一氧化碳浓度传感器、烟雾浓度传感器、pm2.5浓度传感器。
上述的一种智能化汽车室内环境监控及散热系统，所述cpu模块为dsp芯片，且外围电路设置有手机卡通信模块。
上述的一种智能化汽车室内环境监控及散热系统，所述逆变电源系统为单向逆变器。
上述的一种智能化汽车室内环境监控及散热系统，所述双向dc-dc模块、逆变电源系统组成变流器，采用模块化设计，与车载铅酸电池安装在汽车前盖内部。
上述的一种智能化汽车室内环境监控及散热系统，所述手机与cpu模块采用gprs通信连接。
上述的一种智能化汽车室内环境监控及散热系统，所述变流器包括绝缘栅双极型晶体管igbt1、绝缘栅双极型晶体管igbt2、绝缘栅双极型晶体管igbt3、绝缘栅双极型晶体管igbt4、绝缘栅双极型晶体管igbt5、绝缘栅双极型晶体管igbt6六个绝缘栅双极型晶体管igbt芯片以及电感l2、l3和电容c3，所述绝缘栅双极型晶体管igbt5的集电极连接电感l2和绝缘栅双极型晶体管igbt6的发射极，所述绝缘栅双极型晶体管igbt6的集电极连接绝缘栅双极型晶体管igbt1、绝缘栅双极型晶体管igbt3集电极，所述绝缘栅双极型晶体管igbt1、绝缘栅双极型晶体管igbt3发射极分别连接绝缘栅双极型晶体管igbt2、绝缘栅双极型晶体管igbt4集电极，所述绝缘栅双极型晶体管igbt2、绝缘栅双极型晶体管igbt4、绝缘栅双极型晶体管igbt5的发射极均接地，所述绝缘栅双极型晶体管igbt1发射极连接电感l3一端，所述电感l3另一端通过电容c3连接绝缘栅双极型晶体管igbt3发射极。
本发明的有益效果是：
(1)满足用户随时随地的查看自己爱车室内环境状况的需求，用户可以通过手机灵活的选取所要查看的环境参数；(2)在汽车停车熄火时处于暴晒情况下时，采用高效薄膜太阳能电池板给系统供电，光伏供电节能环保，太阳能电池板有效避免了阳光直射对汽车室内饰件的损伤与汽车温度的升高，减缓线路的老化，延长汽车元件的使用寿命，降低了汽车自燃的风险；(3)微型空调在汽车暴晒时有效将汽车室内温度降低，减少由于汽车室内温度升高对汽车室内元件与饰品的损伤；(4)在炎热的夏季，汽车在野外暴晒时，用户在用车前可以通过手机app控制微型空调提前将室内温度降到设定值，灵活方面，为用户提供更好的乘车环境；(5)监测系统可以为用户在相对密闭环境中停车打开空调休息时监测co浓度并且在co浓度过高时通过控制系统向用户报警，为用户的生命保驾护航。(6)监测系统实时监测汽车室内的烟雾浓度，一旦烟雾浓度超标通过控制系统立即向用户报警，避免发生火情造成车主财产损失。(7)在用户乘车时，监测系统可以实时监测汽车室内环境中pm2.5浓度,甲醛浓度，当浓度超标时用户可以打开系统的微型空调或者打开车载空调进行外循环将有害气体排出，通过空调滤芯保持车内空气干净，保障乘客的身体健康。(8)变流器系统与微型空调系统采用模块化设计，在天气变冷不需要微型空调进行散热时，便于两个模块的拆卸。(9)手机app系统与cpu硬件电路控制系统相结合的方式实现对微型空调的智能化、自动化控制，更加符合物联网的发展趋势，更加方便人们生活。(10)双向dc-dc直流斩波电路与单线逆变电路采用绝缘栅双极型晶体管igbt作为开关管，当空调制动时，可以有效将能量反馈到铅酸蓄电池，实现了能量的双向流动。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明控制系统结构示意图
图2是本发明铅酸电池充电系统原理图
图3是本发明充电器原理图
图4是本发明变流器原理图
图5是本发明微型空调控制示意图
图6是本发明微型空调控制示意图
图7是本发明监测系统示意图
图8是本发明手机app系统主页面图
图9是本发明温度显示操作设置界面
图10是本发明为烟雾浓度报警界面
图11是本发明甲醛浓度采集设置界面
图12是本发明充电器通断设置界面
具体实施方式
如图1所示，一种智能化汽车室内环境监控及散热系统，包括太阳能柔性薄膜电池板、充电器、车载铅酸蓄电池、双向dc-dc模块、逆变电源系统、微型空调系统、汽车发动机、cpu模块、手机以及传感器单元，所述太阳能柔性薄膜电池板、充电器、车载铅酸蓄电池、双向dc-dc模块、逆变电源系统、微型空调系统依次连接，所述充电器、双向dc-dc模块、逆变电源系统与cpu模块连接，所述车载铅酸蓄电池与汽车发动机连接，所述cpu模块还与传感器单元连接，所述cpu模块与手机无线连接。
主要由6部分组成，包含铅酸电池充电系统，变流器系统，微型空调系统，控制系统，监测系统，手机app系统。
(1)铅酸电池充电系统采用高效薄膜太阳能电池板光伏发电和汽车发动机供电两种方式；(2)变流器系统将铅酸电池的直流电逆变成微型空调所用的交流电；(3)以dsp芯片为核心的中央处理器(cpu)结合手机app系统通过控制输出脉冲控制双向dc-dc电路与逆变电路的通断来控制微型空调系统启停调节室内温度；(4)设计了基于dsp芯片为核心的控制系统，控制系统连接着充电系统，逆变电源系统，微型空调系统，监测系统以及手机app系统，与用户一起实现对整个系统的智能化管理；(5)监测系统实现对汽车室内温度、甲醛、一氧化碳、烟雾浓度、pm2.5浓度的实时监测；(6)以手机卡为核心的手机app系统实现人机之间交互功能。其显著特点是(1)可以通过手机随时随地的查看用户爱车室内环境的参数；(2)实现对汽车室内环境中烟雾浓度、co浓度超标的自动报警功能；(3)手机app系统与以dsp芯片为核心的控制系统实现对汽车室内安装的微型空调的智能化与自动化管理，非常智能化；(4)尤其可以实现对汽车停车熄火时处于暴晒情况下自动散热的功能。
(1)控制系统以dsp芯片为处理核心，外围电路中设置有手机卡通信模块。由图1产品架构图中所示，控制系统分别与供电系统，变流器系统，微型空调系统，监测系统连接。通过手机无线通信方式实现与手机app系统的连接。控制系统通过采用最大功率跟踪(mppt)算法和变电流间歇式快速充电方法实现薄膜太阳能电池板给铅酸蓄电池进行充电。在汽车行驶时，整个系统采用汽车发动机给铅酸蓄电池进行充电。控制系统采用pwm脉冲调制控制方式充电器、双向dc-dc电路、单相交流逆变电路的通断。控制系统将监测系统温度采样值与手机app系统的参数设定值进行模糊pid运算发出指令控制微型空调运转实现汽车室内环境温度的调节。汽车停放时，监测系统实时监测车内烟雾，控制系统通过无线技术将烟雾超标信号传输给手机app，手机app发出特定的铃声用来提醒用户发出报警。当用户在相对密闭环境中打开车载空调休息时，系统中装有的co检测探头，在co浓度过高时，co检测探头会发出特殊的报警声提醒用户。控制系统上装有手机芯片，通过手机无线传输技术实现系统的人机交互功能。
(2)铅酸蓄电池充电系统采用两种充电方法。该系统与控制系统、逆变电源系统连接。供电电源用来给整个系统供电，其中主要供给图1中6个传感器、围绕着dsp芯片为核心的外围电路与微型空调供电。充电器原理图如图3所示，其升压侧与薄膜太阳能电池板相连接，降压侧与铅酸蓄电池相连接。第一种充电方法是在停车熄火暴晒状态下时采用薄膜太阳能电池板结合车载蓄电池进行供电。太阳能电池板采用柔性高效薄膜太阳能电池板，根据不同的车型，有不同的设计：a、设计成与车体一样大小，类似于车罩一样，可以将车体覆盖住，停车时直接罩住整车，阻挡阳光直射到车体上，充分的吸收光能将其转化成电能，进一步避免了车体在太阳光下直接暴晒。b、可以安装在前后左右挡风玻璃上，将车窗玻璃都覆盖住，停车时自动放下，启动汽车时自动卷起。太阳能电池板的设计可以根据车体的大小从上述两种方法中进行选择定制。
充电储能系统主要由充电器与铅酸电池组成，将太阳能转化为电能通过充电器存储到铅酸蓄电池。根据实际情况可以加入车载同电压等级的蓄电池，提高储存电能的能力。由控制系统控制充电储能系统，采用最大功率跟踪(mppt)算法和变电流间歇式快速充电方法，充分将太阳能转化为电能存储到蓄电池。第二种充电方法在汽车发动时，采用汽车发动机发电来给铅酸蓄电池充电，在汽车行驶过程中充分给铅酸蓄电池进行充电。储备的多余的电能在汽车没有阳光照射时供系统实时监测车内的5种参数的浓度。同时产生的电能也用来给系统供电用。
(3)变流器系统与充电电源系统、微型空调系统、控制系统相连接。变流器电路如图4所示，其左侧接铅酸蓄电池，右侧接微型空调。其变流器采用模块化设计，与车载铅酸电池安装在汽车前盖内部，在天气变冷不需要微型空调散热时便于变流器的拆卸。变流器系统由双向dc-dc直流斩波电路、单相桥式逆变与lc滤波电路组成。用来将铅酸蓄电池的直流电逆变成微型空调使用的交流电。如图4所示变流器电路中双向dc-dc电路与单相全桥逆变电路功率开关管采用绝缘栅双极型晶体管(绝缘栅双极型晶体管igbt)，采用pwm脉冲调制控制方式，通过cpu产生的pwm波形控制主动元件绝缘栅双极型晶体管igbt模块的通断。
(4)微型空调可以根据车内的空间大小向厂家定制，充电系统产生的电能够微型空调散热用，能耗比车载空调小但又能有效给汽车室内降温，安装在副驾驶室放脚的位置，与车载空调共享排气口，通过管道将微型空调与车载通风口连接。微信空调系统采用模块化设计，在天气转冷时，汽车处于露天状态下不需要自动散热功能，可将微型空调系统卸载用来节省汽车室内空间。微型空调系统与变流器系统、控制系统相连接。通过控制触发脉冲输出的通断来控制单相桥式逆变桥的通断从而控制微型空调的运转与停止。微型空调的控制有两种方式。
如图5所示，微型空调有两种控制方式。
一种是自动控制方式，cpu根据铅酸电池的容量自动对微型空调的启停进行控制。即在汽车处于室外暴晒时，当光照弱时检测到直流侧蓄电池的电压很低时，由cpu关断双向dc-dc与单相逆变桥发出的触发脉冲来控制微型空调停止运转；当光照充足，检测到直流侧电压符合系统供电要求时，用dsp触发脉冲使双向dc-dc电路、单相逆变桥电路导通工作使微型空调全速运转。
第二种控制方式为智能化手动控制方式，用户通过手机app向cpu发送控制指令去控制双向dc-dc电路，单相逆变桥的通断来控制微型空调的启停。
用户需要用车时，用手机app向控制系统写入温度参数值，控制系统将手机app系统传来的温度设定值与汽车室内温度传感器传来的温度值进行模糊pid运算，cpu提前控制微型空调运转将车内温度值降到手机设定值。
在炎热夏季汽车处于露天暴晒情况下停放时，汽车在熄火状态下铅酸电池采用的第一种方式充电，cpu及时检测车内铅酸电池的电量，当电量充足时，采用自动控制方式控制微型空调运转。根据汽车室内、室外传感器采集来的温度值，当室内温度比室外温度高时，cpu采用自动控制方式将微型空调系统全速运转自动将室外温度降低到与室外温度一样，或者用户在离开前可以提前在手机app内设置温度值作为cpu进行模糊pid闭环运算的参考值，实现汽车室内温度的自动调节功能。
当用户需要外出时，可以提前利用手机app系统设置车内的温度，通过cpu自动控制方式控制微型空调运转将车内温度降到提前设定值。当车辆行驶时，采用汽车发动机发电方式给铅酸蓄电池充电，通过手机app设置将图6中充电器关闭。如果采用微型空调进行散热就能为乘客乘车提供舒适的温度就可以采用微型空调；如果开启微型空调不能将车内温度降到让用户感到舒适的温度，可以通过手机设置将其关闭，打开车载空调进行降温。微型空调相比车载空调功率小，采用微型空调的目的就是节能环保又能有效降温。
(5)监测系统如图7所示，监测系统与控制系统相连接。监测系统采用甲醛、co、烟雾、pm2.5浓度传感器与2个温度传感器，一个测量汽车室内温度，一个测量汽车室外温度。根据手机发来的指令确定采集哪些参数浓度。根据这些指令打开相应的采集通道进行相应的动作完成对相应参数浓度的采集并通过手机卡发送到手机app系统进行显示。对车内烟雾浓度信号进行实时监测，在烟雾浓度超标时通过控制系统上的手机芯片以无线通信的方式立即将信号传给手机。6个传感器随时等待着系统发来的命令，当用户需要查看车内环境数据时，监测系统会根据手机app发出索要何种参数浓度指令进行定项采样。不需要采集的数据的通道关闭用来节约电能与cpu运存资源。
(6)手机app系统通过手机网络实现与控制系统的连接。通过手机流量的形式进行数据传输。手机app系统完成用户与控制系统之间的交互功能实现对系统的智能化控制。用户在手机app上向cpu发出各种指令实现对系统的控制功能。具体操作设置功能如下可见：
手机app系统主页如图8所示，主页面上分别有温度，甲醛，co浓度，烟雾浓度，pm2.5浓度显示；充电器，双向dc-dc电路,单相逆变桥的启停设置。可以双击温度、甲醛，co浓度，烟雾浓度，pm2.5浓度、充电器，双向dc-dc电路、单相逆变桥中每一个显示模块进入单独的页面进行设置，设置是否采集该参数浓度并向cpu发出参数采集指令。
双击进入温度模块设置，如图8所示，设置汽车室内、室外温度采集通道打开，并可以对汽车室内温度值进行设置并发送给以dsp芯片为核心cpu作为模糊pid闭环控制算法的比较值。用户也可以不用设置温度值，打开汽车室内、室外温度采集信号，当cpu发现室内比室外温度高时，自动将室内温度值降到与室外一样。
图9为烟雾浓度设置界面，用户可以双击报警铃声按钮选择本地音乐或者在网上加载特定的音乐进行报警铃声设置。
因为甲醛浓度、co浓度与pm2.5浓度的显示界面相同，只是浓度参数名称不同，所以我们只画甲醛浓度设置界面进行代表显示，如图10可见。
我们通过双击分别进入充电器、双向dc-dc、单相逆变桥通断设置界面，通过按启停按钮向dsp发出控制指令。充电器、双向dc-dc、单相逆变桥通断设置界面也相同，我们也用其中一个图进行代表显示，如图11所示。
本发明的有益效果：(1)满足用户随时随地的查看自己爱车室内环境状况的需求，用户可以通过手机灵活的选取所要查看的环境参数；(2)在汽车停车熄火时处于暴晒情况下时，采用高效薄膜太阳能电池板给系统供电，光伏供电节能环保，太阳能电池板有效避免了阳光直射对汽车室内饰件的损伤与汽车温度的升高，减缓线路的老化，延长汽车元件的使用寿命，降低了汽车自燃的风险；(3)微型空调在汽车暴晒时有效将汽车室内温度降低，减少由于汽车室内温度升高对汽车室内元件与饰品的损伤；(4)在炎热的夏季，汽车在野外暴晒时，用户在用车前可以通过手机app控制微型空调提前将室内温度降到设定值，灵活方面，为用户提供更好的乘车环境；(5)监测系统可以为用户在相对密闭环境中停车打开空调休息时监测co浓度并且在co浓度过高时通过控制系统向用户报警，为用户的生命保驾护航。(6)监测系统实时监测汽车室内的烟雾浓度，一旦烟雾浓度超标通过控制系统立即向用户报警，避免发生火情造成车主财产损失。(7)在用户乘车时，监测系统可以实时监测汽车室内环境中pm2.5浓度,甲醛浓度，当浓度超标时用户可以打开系统的微型空调或者打开车载空调进行外循环将有害气体排出，通过空调滤芯保持车内空气干净，保障乘客的身体健康。(8)变流器系统与微型空调系统采用模块化设计，在天气变冷不需要微型空调进行散热时，便于两个模块的拆卸。(9)手机app系统与cpu硬件电路控制系统相结合的方式实现对微型空调的智能化、自动化控制，更加符合物联网的发展趋势，更加方便人们生活。(10)双向dc-dc直流斩波电路与单线逆变电路采用绝缘栅双极型晶体管igbt作为开关管，当空调制动时，可以有效将能量反馈到铅酸蓄电池，实现了能量的双向流动。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。