一种车内环境智能监测方法、系统、存储介质、处理终端
阅读说明：本技术 一种车内环境智能监测方法、系统、存储介质、处理终端 (Intelligent monitoring method and system for environment in vehicle, storage medium and processing terminal ) 是由 李磊 宋柏 于 2021-08-03 设计创作，主要内容包括：本发明属于车载智能控制技术领域,公开了一种车内环境智能监测方法、系统、存储介质、处理终端,包括车内环境智能控制模块监测；车内环境各参数阈值检测；检测车内是否有乘客；车内环境异常本地告警；在云端对车内环境参数分析处理；车内环境异常远程告警；车内环境远程调节；车内环境智能控制系统的应急处理。本发明有效降低了车内环境智能监测系统占用的计算资源,降低工程的复杂度,提升工程代码的可复用性,可用于智能车载系统中的环境监测部分；通过将车内环境参数分析的一系列处理放在云端进行,节省了车载资源的消耗,同时云端的算力较高可以进行更加丰富的参数分析和处理,提升了用户的体验。(The invention belongs to the technical field of vehicle-mounted intelligent control, and discloses a method and a system for intelligently monitoring an in-vehicle environment, a storage medium and a processing terminal, which comprise monitoring by an in-vehicle environment intelligent control module; detecting threshold values of various parameters of the environment in the vehicle; detecting whether passengers exist in the vehicle; local alarm of abnormal environment in the vehicle; analyzing and processing environmental parameters in the vehicle at the cloud end; remote alarming for abnormal environment in the vehicle; remotely adjusting the environment in the vehicle; and (5) emergency treatment of an intelligent control system of the environment in the vehicle. The invention effectively reduces the computing resources occupied by the intelligent monitoring system of the environment in the vehicle, reduces the complexity of the engineering, improves the reusability of the engineering code, and can be used for the environment monitoring part in the intelligent vehicle-mounted system; a series of processing of environmental parameter analysis in the vehicle is carried out at the cloud end, so that the consumption of vehicle-mounted resources is saved, meanwhile, the computing power of the cloud end is high, richer parameter analysis and processing can be carried out, and the user experience is improved.)
技术领域
本发明属于车载智能控制技术领域，尤其涉及一种车内环境智能监测方法、系统、存储介质、处理终端。
背景技术
目前：随着经济、技术的发展，人们的生活质量逐渐提高，私家车的数量越来越多，但是随之各种安全隐患不断暴露出来，一项不完全统计表明，在美国平均每9天就有1名儿童因此丧生。高温、缺氧、CO中毒等都会导致车内乘客致死事故发生。在夏天32℃太阳直射下，不到20min车内温度可急剧上升至60℃以上。高温还会导致车内坐垫等皮质或塑料材质物品释放出甲醛等有害气体，危害乘客身体健康。如果车内长期处于密闭环境，CO2浓度过高会使驾驶员产生困意，甚至产生晕厥引发交通事故。
现有技术中的论文《车辆运行数据实时采集系统的设计及实现》中提出并设计了一种基于UDS诊断的车辆运行数据实时采集平台，该平台采用PIC35控制器与TJA1050搭建两路CAN通信模块，上位机控制数据的采集、显示及保存。但是该方法主要是针对车辆的可靠性、安全性和舒适性等要求，采集车辆运行数据并根据数据分析驾驶风格，没有采集到车内的环境参数，并没有针对用户安全性进行充分的考虑。
现有技术中的论文《车辆运行监测系统研究和实现》中分析了系统总体结构，设计和实现了车载终端的核心硬件模块和软件模块，分析和设计了监测中心数据库和软件系统，实现了车载终端和监测中心之间的数据通信。该系统的复用性较高，主要是针对车载终端的架构进行了设计，且车载终端的架构较为复杂，该系统将所有的逻辑都搭载在WindowsCE上，该工程的复杂性较高，对车载资源的消耗比较大，成本也比较高。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
(1)现有的车辆监测系统没有采集车内的环境参数，并没有针对用户安全性进行充分的考虑。
(2)现有的车辆监测系统的架构较为复杂，工程复杂性较高，对车载资源的消耗比较大，成本也比较高。
解决以上问题及缺陷的难度为：车辆内部环境监测的参数较多，所以目前涉及到的关于环境监测系统的复杂度都很高，实现起来难度也比较大，而且需要依托于车载系统，必须要保证系统足够轻量，否则会对车载系统的其他模块产生干扰。
解决以上问题及缺陷的意义为：针对车辆安全问题，车内环境数据的采集是非常重要的一个环节。如果解决了车内环境数据采集的问题，就可以完善车载安全系统，从而帮助人们避免被车内有毒气体毒害，车内缺氧导致窒息等问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种车内环境智能监测方法、系统、存储介质、处理终端。
本发明是这样实现的，一种车内环境智能监测方法包括：
步骤一，车内环境智能控制模块监测：车载端上电启动后系统开始工作，首先通过基于RTOS的检测系统对车内环境进行检测，将获得的数据传输至车载控制系统；
启动系统，开启车内的环境参数获取工作，做为必要条件，便于后续的工作进展。
步骤二，车内环境各参数阈值检测：由基于RTOS的车内环境智能模块通过本地和远程两种方式对车内的环境参数是否符合标准进行判断，若检测到当前车内环境参数均保持正常，则继续执行步骤一，否则进行步骤三；
启动RTOS系统，远程监测方法利用了RTOS的HTTP协议，作为轻量级的系统，RTOS可以方便的利用网络传输当前的场景，为车内环境联网实时监测提供了基本条件，可以使人们实时了解当前车内的环境、保护驾驶员的安全，其中本地检测过程做为车内环境监测的兜底方案。
步骤三，检测车内是否有乘客：基于RTOS的车内环境智能控制模块通过座椅下的压力传感器确认车内是否有乘客；若检测到车内有乘客，则进行步骤四，若检测到车内没有乘客，则进行步骤五；
本系统集成了乘客监测系统，可以保证本系统在车内有乘客和车内没有乘客的不同情境下，做出更加合理的处理方案，使得本系统更加的智能化和人性化。
步骤四，车内环境异常本地告警：当车内环境危害到乘客生命安全时，车内环境智能控制模块首先会对车内乘客进行语音提醒，告知车内乘客需要进行的操作；
本步骤确保了当车内环境异常时，第一时间由本地模块进行告警，使得车内的乘客可以在第一时间得到消息，进行处理。
步骤五，在云端对车内环境参数分析处理：将步骤一中传到云端的车内环境参数，由云端的服务器同步到手机APP端，并根据环境中异常的参数，提示用户正确的处理方式；
本步骤及时将车内的环境参数传到云端，保证在后端有条件监控的情况下，工作人员可以及时的发现车辆异常情况，为后续远程告警，或者在极端情况下，进行远程救援提供了条件。
步骤六，车内环境异常远程告警：步骤四中是车载环境智能控制模块通过GSM模块向车主发送短信通知，远程告警是由云端向用户的手机强推送云端分析的更全面的消息，提示车主需要进行的安全操作步骤；
在车内没有驾驶员或乘客时，如果车内也发生了环境异常，则需要通过远程提示的方式，帮助人们及时规避掉安全隐患，防止了危害的发生。
步骤七，车内环境远程调节：基于RTOS的车内环境智能控制模块通过车机的连接支持用户通过手机APP对车辆进行开车窗、空调的使用、换新风等功能的开关和调整；
为了确保能远程控制车辆内部环境参数，本发明提供了车内环境智能控制模块，支持用户或者服务厂商在云端处理车内环境参数异常的功能。
步骤八，车内环境智能控制系统的应急处理：若车主和车内乘客都没有及时进行处理时，由车载乘客生命智能模块直接对车辆进行控制；在车载乘客生命智能模块进行应急处理后，将处理的方式和结果利用RTOS的HTTP协议上传至云端，经云端服务器分析之后进行记录，再同步推送到车主的APP。
通过添加智能环境处理模块，进一步保证在车辆内部环境突发紧急状况时，本发明可以及时的处理紧急情况，帮助驾驶员和乘客脱离危险，同时引起服务厂商工作人员的注意。
进一步，所述车内环境智能控制模块监测具体包括：
1)环境监测，负责监测车内温度、湿度、有害气体浓度等参数的检测，所述车内环境智能控制模块中包含了温湿度传感器、CO传感器、CO2传感器、甲醛传感器；
2)数据上传，通过基于RTOS的车内环境智能模块传输至车载控制系统，由车载控制系统进行数据显示、无线传输，同时利用RTOS的HTTP协议上传至云端进行管理。
进一步，所述车内环境各参数阈值检测中，若车载系统处于在线状态，则在成功上传车内环境数据之后，继续请求云端的数据分析结果，判断当前车内的环境参数是否符合标准；若车载系统处于离线状态，则需要查询本地预设的环境参数标准，判断当前车内的环境参数是否符合标准。
进一步，所述车内环境异常本地告警中，若超过时间阈值后车内环境未发生转变，则通过GSM模块对车主进行短信预警，同时跳转步骤五；若车内乘客对车辆进行了操作，使得车内环境参数均趋于正常，则跳转步骤一，继续对车内环境进行监测，并将数据持续上传至云端。
进一步，所述车内环境远程调节中，若车主通过APP对车进行了远程处理，则跳转步骤一，继续对车内环境进行监测，并将数据持续上传至云端；若车主并没有通过APP对车进行任何处理，则继续步骤八。
进一步，所述车内环境智能控制系统的应急处理中，若车内CO、CO2或者甲醛含量过高，则直接打开车窗和开启换新风功能；若车内的温度，湿度过高，则直接打开车内空调降温，除湿功能。
本发明的另一目的在于提供一种车内环境智能监测系统，所述车内环境智能监测系统包括：
车内环境检测模块，用于通过多个不同功能的传感器对车内的环境参数进行检测；
参数阈值检测模块，用于通过本地和远程两种方式对车内的环境参数是否符合标准进行判断；
人员检测模块，用于通过座椅下的压力传感器确认车内是否有乘客；
预警模块，用于在车内环境异常时，对车内乘客进行语音提醒，并通过GSM模块向车主发送短信通知；
参数处理模块，用于在云端对车内环境参数进行分析处理；
远程调节模块，用于通过手机APP对车辆进行远程的功能开关和调整。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
(1)本发明利用RTOS实现整个车内环境智能监测系统，模块简单，结构清晰。首先整个车内环境智能监测系统项目是在RTOS上开发，将系统模块化，避免以裸机程序的方式进行环境数据读取等一系列处理，转换，同时也利用RTOS的事件处理机制，将车内环境智能监测系统的主逻辑放在车内环境异常告警事件之后。相较于传统的方法，避免了通过持续轮询等待车内环境异常触发的机制，针对单片机来说提高了资源利用率，针对工程项目来说提高了整个车内环境智能监测系统的可扩展性，可维护性，再面对更加丰富的车载环境时也能快速的迭代使用。
(2)本发明将对车内环境参数分析的一系列处理放在云端进行。利用了RTOS开源的HTTP框架，将车内的环境参数信息发送到了云端进行处理，再由播放器播放云端返回的音频数据播放，由车载系统执行指令信息。相较于传统方法，避免了在本地进行环境参数分析，离线语音播报等计算密集型操作，节省了车载资源的消耗，同时云端的算力较高可以进行更加丰富的参数分析和处理，提升了用户的体验。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，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这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的车内环境智能监测方法流程图。
图2是本发明实施例提供的车内环境智能监测方法原理图。
图3是本发明实施例提供的车内环境智能监测系统结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种车内环境智能监测方法、系统、存储介质、处理终端，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的车内环境智能监测方法包括：
S101，车内环境智能控制模块监测：车载端上电启动后系统开始工作，首先通过基于RTOS(Real Time Operating System，实时操作系统)的检测系统对车内环境进行检测，将获得的数据传输至车载控制系统；
S102，车内环境各参数阈值检测：由基于RTOS的车内环境智能模块通过本地和远程两种方式对车内的环境参数是否符合标准进行判断，若检测到当前车内环境参数均保持正常，则继续执行步骤S101，否则进行步骤S103；
S103，检测车内是否有乘客：基于RTOS的车内环境智能控制模块通过座椅下的压力传感器确认车内是否有乘客；若检测到车内有乘客，则进行步骤S104，若检测到车内没有乘客，则进行步骤S105；
S104，车内环境异常本地告警：当车内环境危害到乘客生命安全时，车内环境智能控制模块首先会对车内乘客进行语音提醒，告知车内乘客需要进行的操作；
S105，在云端对车内环境参数分析处理：将步骤S101中传到云端的车内环境参数，由云端的服务器同步到手机APP端，并根据环境中异常的参数，提示用户正确的处理方式；
S106，车内环境异常远程告警：步骤S104中是车载环境智能控制模块通过GSM模块向车主发送短信通知，远程告警是由云端向用户的手机强推送云端分析的更全面的消息，提示车主需要进行的安全操作步骤；
S107，车内环境远程调节：基于RTOS的车内环境智能控制模块通过车机的连接支持用户通过手机APP对车辆进行开车窗、空调的使用、换新风等功能的开关和调整；
S108，车内环境智能控制系统的应急处理：若车主和车内乘客都没有及时进行处理时，由车载乘客生命智能模块直接对车辆进行控制；在车载乘客生命智能模块进行应急处理后，将处理的方式和结果利用RTOS的HTTP协议上传至云端，经云端服务器分析之后进行记录，再同步推送到车主的APP。
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述，如图1所示，本发明实施例提供的车内环境智能监测方法具体步骤如下：
步骤1，车内环境智能控制模块监测；
车载端上电启动后系统开始工作，首先通过基于RTOS的检测系统对车内环境进行检测，将获得的数据传输至车载控制系统。
(1a)环境监测，负责监测车内温度、湿度、有害气体浓度等参数的检测，该模块中包含了温湿度传感器、CO传感器、CO2传感器、甲醛传感器；
本实施例的主体是搭载了RTOS的硬件系统，以及部署在RTOS中的软件系统。车载终端选用基于S3C2440微处理器的ARM9高性能的开发平台。
温湿度传感器选用分辨率为0.1℃、精度为±0.5℃、检测范围为-40～80℃的单总线式DHT22温湿度传感器；CO2传感器选取测量范围为400～8192ppm、允许使用温度为-40～125℃的IIC通信的CCS811 CO2传感器模块；选取检测范围10～1000ppm的MQ-7CO传感器、5～500ppm的MQ-138气体传感器对车内CO、甲醛、苯等有毒气体浓度进行监测，MQ-7、MQ-138连接8位低功耗PCF8591模数转换模块，将模拟电压值转换成数字信号并通过IIC接口传输给车载控制系统。
车载终端的数据采集部分和数据接收部分，数据处理部分首先开始初始化，之后向传感器等模块发送控制信息，控制信息包括了传感器等编码和校验和等。给下位机通电完成之后根据接收到的控制信息将采集到的信息发送给上位机系统。
(1b)数据上传，通过基于RTOS的车内环境智能模块传输至车载控制系统，由车载控制系统进行数据显示、无线传输，同时利用RTOS的HTTP协议上传至云端进行管理；
步骤2，车内环境各参数阈值检测；
由基于RTOS的车内环境智能模块通过本地和远程两种方式对车内的环境参数是否符合标准进行判断；
本实施例中在初始化之后通过传感器得到具体的温度，CO，CO2，甲醛的数值之后，则将具体的数值交给系统的逻辑判断模块进行处理，温度不得超过45摄氏度，甲醛含量不得超过0.08mg/m3。
(2a)如果车载系统处于在线状态，则在成功上传车内环境数据之后，继续请求云端的数据分析结果，判断当前车内的环境参数是否符合标准；
(2b)如果车载系统处于离线状态，则需要查询本地预设的环境参数标准，判断当前车内的环境参数是否符合标准；
如果检测到当前车内环境参数均保持正常，则继续执行(1)，否则进行(3)。
步骤3，检测车内是否有乘客；
本发明的智能监护系统为了防止误触发动作，所以需要检测车内是否有乘客，进行二次确认，基于RTOS的车内环境智能控制模块可以通过座椅下的压力传感器进行确认。
本实施例中传感器包括了汽车座椅传感器，当汽车座椅传感器检测到有人的时候可以让上位系统监测到，并及时地进行处理。
(3a)如果检测到车内有乘客，则进行(4)；
(3b)如果检测到车内没有乘客，则进行(5)；
步骤4，车内环境异常本地告警；
当车内环境危害到乘客生命安全时，车内环境智能控制模块首先会对车内乘客进行语音提醒，告知车内乘客需要进行的操作。
本实施例中需要通过播放人声进行告警通知，首先通过上位逻辑系统判断，当前车内环境所处的异常情况，再利用LM4990音频播放器，为了提高音频播放的稳定性，首先播放本地预存的提示音，指导驾驶员和乘客如何处理。
(4a)如果超过时间阈值后车内环境未发生转变，则通过GSM模块对车主进行短信预警，同时跳转步骤(5)。
(4b)如果车内乘客对车辆进行了操作，使得车内环境参数均趋于正常，则跳转步骤(1)，继续对车内环境进行监测，并将数据持续上传至云端；
步骤5，在云端对车内环境参数分析处理；
将(1)中传到云端的车内环境参数，由云端的服务器同步到手机APP端，并根据环境中异常的参数，提示用户正确的处理方式。
本实施例中需要利用RTOS的核心HTTP库，CoreHTTP，由于RTOS是轻量级的系统，所以利用该协议进行互联网通信并不会消耗太多的资源，在将当前车内的信息传递到云端时，在云端将分析的结果推送到用户的手机APP中。
步骤6，车内环境异常远程告警；
步骤(4)中是车载环境智能控制模块通过GSM模块向车主发送短信通知，远程告警是由云端向用户的手机强推送云端分析的更全面的消息，提示车主需要进行的安全操作步骤；
本实施例中的远程告警，需要结合云端服务进行，可以将这部分逻辑代码部署在云服务器上，实时的监控和分析当前车辆的车内环境，同时同步在车主的APP中，保证可以实时了解车内的环境。
步骤7，车内环境远程调节；
基于RTOS的车内环境智能控制模块通过车机的连接支持用户通过手机APP对车辆进行开车窗，空调的使用，换新风等功能的开关和调整。
(7a)如果车主通过APP对车进行了远程处理，则跳转步骤(1)，继续对车内环境进行监测，并将数据持续上传至云端；
(7b)如果车主并没有通过APP对车进行任何处理，则继续步骤(8)；
本实施例需要对车内环境进行远程调节，主要的功能是通过利用本发明中的RTOS功能模块通过连接车载系统实现对车内的车窗控制，空调控制，换新风等功能。
步骤8，车内环境智能控制系统的应急处理；
如果车主和车内乘客都没有及时的进行处理时，需要由车载乘客生命智能模块直接对车辆进行控制；
(8a)如果车内CO、CO2或者甲醛含量过高，则直接打开车窗和开启换新风功能；
(8b)如果车内的温度，湿度过高，则直接打开车内空调降温，除湿功能；
在车载乘客生命智能模块进行应急处理以后，需要将处理的方式和结果利用RTOS的HTTP协议上传至云端，经云端服务器分析之后进行记录，再同步推送到车主的APP。
基于上述介绍可以看出，应用本实施例所述方案，解决了各参数监测复杂，直接作用于车载原生系统导致车载系统负载较大，消耗资源较多的问题。而且利用Free RTOS轻量级操作系统进行逻辑处理，保证了本发明的功能模块处于低能耗的处理状态，避免了对车载能源的过度消耗，以及对车载系统的阻碍。
下面利用对RTOS进行性能测试，首先要选取最能体现其实时性能的指标。本文采用中断响应延迟(Interrupt Service Latency)和周期任务调度抖动误差(PeriodicalTask Scheduling Jitter)作为性能指标。
中断响应延迟测试过程采用定时器周期产生外部中断的方式，每隔1ms进行一次测试。在每次测试开始时刻读取TSC时间(t1)，设置APIC中的定时器在1ms后(t2)产生定时中断。由于中断延迟，在进入中断服务程序(ISR)后，马上读取TSC时间(t3)。考虑到对定时器进行设置的时间为纳秒级，中断延迟一般在微秒级，因此不会对精度造成影响。测试结果统计为：最大值为4.69us；平均值为1.31us。
在实时系统应用中，周期任务是实时系统中最常见的实时系统中最常见的应用形式。在任何实时操作系统下，由于中断延迟、任务切换、内存缓冲机制等问题的存在，实时任务的调度误差是不可避免的，一般称为时间抖动误差(Jitter)。所谓周期任务调度时间误差是指从定时器周期地产生中断起，到操作系统调度器选定实时任务，进行上下文切断(Context Switch)，最后到实时任务得到CPU为止这段时间。本试验分别在轻负载和重负载下测得的周期任务调度误差值。设置任务周期为1ms，测试点数为900,000，测试时间为900秒。测试结果统计为：最大值为8.11us；平均值为2.87us。
可以看出当前系统的性能满足本发明的使用场景。
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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