基于物聯(lián)網(wǎng)的汽車智能監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建思路

周習(xí)祥

（益陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 益陽 413049）

0 引 言

隨著汽車保有量的增加，汽車成為人們出行的主要交通工具。目前，物聯(lián)網(wǎng)與人工智能技術(shù)的發(fā)展正促進(jìn)汽車研發(fā)領(lǐng)域的轉(zhuǎn)型變革，給汽車行業(yè)帶來了巨大的發(fā)展動(dòng)力。據(jù)報(bào)道，全世界的國家每年均有兒童因家長疏忽被遺忘在車內(nèi)，當(dāng)外界環(huán)境溫度達(dá)到36 ℃時(shí)，1 h后，車內(nèi)溫度可達(dá)到62 ℃，高溫將導(dǎo)致兒童被熱死或悶死在車內(nèi)，給家庭帶來不可磨滅的創(chuàng)傷。美國公益組織noheatstroke.org在對本國被大人遺忘在車內(nèi)而死去的兒童案例進(jìn)行調(diào)查分析之后，得出了這樣一組數(shù)據(jù)：每10天，就有一名兒童被悶死或熱死在車內(nèi)；自1998—2018年間，美國有794名兒童死于這種意外，其中54%的兒童小于2歲。中國雖然沒有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，但此類悲劇每年全國各地都有報(bào)道。美國公益機(jī)構(gòu)“KidsandCars.org”（汽車與孩子）發(fā)起了2019安全行動(dòng)，他們的宣傳海報(bào)再度強(qiáng)調(diào)了“A-C-T”要訣，但這只是提醒，無法解決實(shí)質(zhì)性問題。因此，如何有效防止此類悲劇的發(fā)生顯得尤為重要。文中設(shè)計(jì)了基于物聯(lián)網(wǎng)的汽車智能監(jiān)控系統(tǒng)，在車輛上加裝主動(dòng)紅外線探測器與物聯(lián)網(wǎng)模塊，當(dāng)車身控制模塊接收到遙控鑰匙鎖車信號(hào)時(shí)，開始進(jìn)行紅外線監(jiān)測，確定車內(nèi)是否有人，一旦車內(nèi)有人，立即通過物聯(lián)網(wǎng)發(fā)送信息給車主手機(jī)，提醒車主車內(nèi)有人，不能鎖車，同時(shí)，強(qiáng)制輸出中控門鎖開鎖信號(hào)并發(fā)出報(bào)警聲，使車輛無法上鎖，確保車內(nèi)人員安全。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年均有相當(dāng)數(shù)量車輛的財(cái)、物被偷，有些是車窗被砸，有些是破門而入，給車主帶來一定的經(jīng)濟(jì)損失，而小偷的作案地點(diǎn)往往是監(jiān)控死角或該處無監(jiān)控，給警方破案帶來了難度。如果車輛內(nèi)置攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，當(dāng)車輛鎖車時(shí)，攝像頭開始工作，一旦有人非法進(jìn)入，則立即通過物聯(lián)網(wǎng)模塊發(fā)送短信給車主，便于車主第一時(shí)間趕到現(xiàn)場，同時(shí)通過攝像頭記錄小偷樣貌，以便公安機(jī)關(guān)破案，為車主挽回經(jīng)濟(jì)損失。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平逐步提高，汽車作為當(dāng)今世界的主要交通工具，基本進(jìn)入了每家每戶。汽車產(chǎn)業(yè)是國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，隨著汽車電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，車聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)成為了汽車研究的熱點(diǎn)。不可否認(rèn)，這些技術(shù)的運(yùn)用將會(huì)給汽車發(fā)展帶來顛覆性的變化，在方便人們出行的同時(shí)提高交通安全性與駕駛舒適性。多年來，研發(fā)人員在主動(dòng)紅外線監(jiān)測與被動(dòng)紅外線監(jiān)測研究方面取得了豐碩成果，并已應(yīng)用在軍事國防和民用領(lǐng)域，涉及物理、材料、化學(xué)、機(jī)械、微電子、計(jì)算機(jī)等學(xué)科，但唯獨(dú)未應(yīng)用在汽車領(lǐng)域。汽車防盜系統(tǒng)從早期的聲光嚇阻防盜發(fā)展到如今的無線電識(shí)別防盜、指紋防盜、視網(wǎng)膜防盜等模式。天網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用在交通系統(tǒng)后，使得非法車輛無法上路，進(jìn)入20世紀(jì)20年代，車輛極少有被盜情況發(fā)生，但車輛上的財(cái)、物被盜情況屢見不鮮，事發(fā)地多為缺少視頻監(jiān)控的地方，提高了公安機(jī)關(guān)破案的難度，而這也成為亟待解決的問題。

物聯(lián)網(wǎng)概念最早源于比爾·蓋茨1995年出版的《未來之路》一書。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，2005年國際電信聯(lián)盟正式提出物聯(lián)網(wǎng)概念。物聯(lián)網(wǎng)是指通過RFID、全球定位系統(tǒng)等構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程感知和控制的智慧生產(chǎn)生活體系。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)初具規(guī)模，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正被應(yīng)用到越來越多的行業(yè)中，其中也包括汽車行業(yè)。文獻(xiàn)[1]認(rèn)為，未來汽車物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將包括智能服務(wù)提供者、車間通信網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)語音短信三部分；文獻(xiàn)[2]主要概述了SMS技術(shù)與PLC技術(shù)，并以這兩種技術(shù)為基礎(chǔ)研究分析了紅外線監(jiān)控防盜系統(tǒng)，以期對構(gòu)建安全、和諧社區(qū)，提高人們的生活水平有所幫助；文獻(xiàn)[3]主要論述了以紅外線軸溫探測網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)為基礎(chǔ)，把貨車運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)（TPDS）、貨車滾動(dòng)軸承早期診斷系統(tǒng)（TADS）以及貨車運(yùn)行故障圖象分析系統(tǒng)（TFDS）等相結(jié)合，加強(qiáng)車輛安全監(jiān)控體系的構(gòu)建，保證貨車安全運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)提出了較具體的實(shí)施方案；文獻(xiàn)[4]采用實(shí)時(shí)內(nèi)核UCOS III，以STM32單片機(jī)為核心器件，充分發(fā)揮UCOS內(nèi)核的多線程軟件架構(gòu)。創(chuàng)建集環(huán)境監(jiān)控、GPS方位采集、GSM網(wǎng)絡(luò)通信、交互界面等實(shí)時(shí)任務(wù)線程，并在系統(tǒng)研制完成后針對各種情況進(jìn)行模擬，與標(biāo)準(zhǔn)儀器進(jìn)行測試數(shù)據(jù)比對；文獻(xiàn)[5]以ARM單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)了一款移動(dòng)遠(yuǎn)程車輛報(bào)警定位防盜系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括主控模塊、遠(yuǎn)程通信模塊、報(bào)警模塊、定位模塊、傳感器模塊、控制模塊，當(dāng)車輛被盜后，系統(tǒng)立即向車主遠(yuǎn)程報(bào)警，同時(shí)發(fā)送定位信息；文獻(xiàn)[6]針對車輛監(jiān)控報(bào)警有效距離短、方式單一等問題，提出一種基于4G網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控視頻實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法；文獻(xiàn)[7]利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法融合多種傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)以判斷車輛狀態(tài)；文獻(xiàn)[8]給出了一種基于S3C2410硬件架構(gòu)，結(jié)合GPS與GSM技術(shù)實(shí)現(xiàn)的車輛防盜與遠(yuǎn)程無線報(bào)警設(shè)計(jì)方案，可通過短信交互的方式讓車主快速追蹤被盜車輛。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)的汽車智能監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建機(jī)理

為保障汽車上兒童的安全，防止車輛財(cái)物被盜，緊密結(jié)合汽車發(fā)展領(lǐng)域前沿科學(xué)，根據(jù)汽車行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r與物聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)的發(fā)展趨勢，綜合運(yùn)用電路設(shè)計(jì)理論、系統(tǒng)辨識(shí)與控制、信號(hào)分析與處理、通信技術(shù)、紅外線監(jiān)測技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)等科學(xué)理論與方法，將車輛控制信號(hào)與紅外線探測、車輛防盜、物聯(lián)網(wǎng)有機(jī)結(jié)合，深入研究紅外探測器控制電路、車輛防盜控制電路、物聯(lián)網(wǎng)信號(hào)分析、處理與傳輸，構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)的汽車智能監(jiān)控系統(tǒng)框架。在車輛上加裝主動(dòng)紅外線探測器、視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控裝置、物聯(lián)網(wǎng)模塊，研究紅外探測器啟動(dòng)時(shí)機(jī)與控制電路，紅外線探測結(jié)果與物聯(lián)網(wǎng)模塊的通信問題；研究車輛防盜視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)控制電路，視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控裝置與物聯(lián)網(wǎng)模塊的通信問題；研究物聯(lián)網(wǎng)與手機(jī)之間的通信問題。通過該研究，形成比較完整的車輛智能監(jiān)控系統(tǒng)，解決車輛防盜問題。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的汽車智能監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建思路

2.1 構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)的車輛智能監(jiān)控系統(tǒng)

目前，車輛中控門鎖控制系統(tǒng)一般包括遙控鑰匙、天線接收器、車身電子控制單元（舒適系統(tǒng)中央控制單元）、駕駛側(cè)門鎖控制單元及其他側(cè)門鎖控制單元，各門鎖單元、車門開關(guān)、喇叭控制電路、危險(xiǎn)警告燈控制電路、舒適CAN總線、LIN總線、遙控鑰匙通過以上各元件及電路控制車輛開鎖與閉鎖，各信號(hào)大多通過總線傳輸方式實(shí)現(xiàn)控制，防盜方式為被動(dòng)防盜?；谖锫?lián)網(wǎng)的汽車智能監(jiān)控系統(tǒng)框圖如圖1所示，在車輛上加裝紅外探測器及其電源控制電路、攝像頭、存儲(chǔ)器、電源控制電路、物聯(lián)網(wǎng)模塊等。車輛防盜監(jiān)控系統(tǒng)與紅外監(jiān)控系統(tǒng)無需在行車過程中工作，當(dāng)遙控鑰匙發(fā)出閉鎖信號(hào)后根據(jù)各傳感器、開關(guān)信號(hào)檢測結(jié)果，由車身電子控制單元（舒適系統(tǒng)中央控制單元）控制車輛防盜監(jiān)控系統(tǒng)與紅外監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)。如果有人非法進(jìn)入車輛或車輛振動(dòng)，車身控制模塊開始工作，并儲(chǔ)存信息，同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)模塊發(fā)送信息給車主手機(jī)，以便車主第一時(shí)間掌握車輛監(jiān)控信息；如果檢測到車內(nèi)有人，則由車身控制模塊通過CAN總線對車門鎖控制單元實(shí)施控制，使車輛無法鎖車，并通過喇叭控制電路、危險(xiǎn)警告燈控制電路實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，通過物聯(lián)網(wǎng)模塊發(fā)送信息，提醒車主車內(nèi)有人，無法鎖車。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)的汽車智能監(jiān)控系統(tǒng)框圖

2.2 構(gòu)建車輛紅外探測智能監(jiān)控系統(tǒng)

當(dāng)車身控制模塊接收到閉鎖信號(hào)時(shí)，立即啟動(dòng)紅外探測電路，實(shí)施車內(nèi)人員探測，一旦車內(nèi)有人，立即通過物聯(lián)網(wǎng)模塊發(fā)送信息給車主手機(jī)，提醒車主車內(nèi)有人，不能鎖車。同時(shí)，車身控制模塊通過CAN總線強(qiáng)制輸出中控門鎖開鎖信號(hào)給主、副駕駛側(cè)車門控制單元，主、副駕駛側(cè)車門控制單元通過LIN總線傳輸開鎖信號(hào)給左后、右后門控單元，使門鎖打開。此時(shí)，車身控制單元控制喇叭電路間歇工作，實(shí)現(xiàn)聲音報(bào)警，控制危險(xiǎn)報(bào)警燈電路工作，實(shí)現(xiàn)光報(bào)警，多措并舉確保車上人員的安全。此系統(tǒng)無需長時(shí)間工作，電源電路可采用定時(shí)控制方式。

2.3 構(gòu)建車輛防盜智能監(jiān)控系統(tǒng)

當(dāng)車身控制模塊接收到閉鎖信號(hào)后，車輛防盜智能監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，通過車門開關(guān)信號(hào)、振動(dòng)傳感器等監(jiān)測是否有人非法進(jìn)入車內(nèi)，一旦有人非法進(jìn)入，則立即啟動(dòng)車輛防盜智能監(jiān)控系統(tǒng)，攝像頭開啟，并記錄現(xiàn)場情況，之后通過物聯(lián)網(wǎng)模塊發(fā)送短信給車主，便于車主第一時(shí)間趕到現(xiàn)場。為防止環(huán)境因素導(dǎo)致車輛防盜智能監(jiān)控系統(tǒng)工作而過量消耗蓄電池電能，防盜智能監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)配備電源控制電路，行車時(shí)為鋰電池充電，閉鎖后，鋰電池為系統(tǒng)供電，當(dāng)鋰電池電量不足時(shí)利用蓄電池供電。

2.4 實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)通信

物聯(lián)網(wǎng)卡具有短信、無線數(shù)據(jù)通信等基礎(chǔ)通信功能，具有終端開關(guān)機(jī)、定位、GPRS上/離線、IP地址查詢等終端狀態(tài)查詢功能，此系統(tǒng)主要應(yīng)用短信通信與定位功能。車身控制系統(tǒng)控制物聯(lián)網(wǎng)模塊工作，觸發(fā)物聯(lián)網(wǎng)卡發(fā)送短信，并將物聯(lián)網(wǎng)卡與車主手機(jī)聯(lián)網(wǎng)，以便車主掌握車輛情況，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3 結(jié) 語

鑒于目前汽車行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r與物聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)的發(fā)展趨勢，基于物聯(lián)網(wǎng)的汽車智能監(jiān)控系統(tǒng)搭建尤為重要，旨在解決多年來一直未解決的民生問題與車輛防盜問題，在汽車研發(fā)領(lǐng)域具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的應(yīng)用前景。