基于物聯網的汽車智能監控系統構建思路

周習祥

（益陽職業技術學院，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，物聯網與人工智能技術的發展正促進汽車研發領域的轉型變革，給汽車行業帶來了巨大的發展動力。據報道，全世界的國家每年均有兒童因家長疏忽被遺忘在車內，當外界環境溫度達到36 ℃時，1 h后，車內溫度可達到62 ℃，高溫將導致兒童被熱死或悶死在車內，給家庭帶來不可磨滅的創傷。美國公益組織noheatstroke.org在對本國被大人遺忘在車內而死去的兒童案例進行調查分析之后，得出了這樣一組數據：每10天，就有一名兒童被悶死或熱死在車內；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。中國雖然沒有統計數據，但此類悲劇每年全國各地都有報道。美國公益機構“KidsandCars.org”（汽車與孩子）發起了2019安全行動，他們的宣傳海報再度強調了“A-C-T”要訣，但這只是提醒，無法解決實質性問題。因此，如何有效防止此類悲劇的發生顯得尤為重要。文中設計了基于物聯網的汽車智能監控系統，在車輛上加裝主動紅外線探測器與物聯網模塊，當車身控制模塊接收到遙控鑰匙鎖車信號時，開始進行紅外線監測，確定車內是否有人，一旦車內有人，立即通過物聯網發送信息給車主手機，提醒車主車內有人，不能鎖車，同時，強制輸出中控門鎖開鎖信號并發出報警聲，使車輛無法上鎖，確保車內人員安全。

據統計，每年均有相當數量車輛的財、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濟損失，而小偷的作案地點往往是監控死角或該處無監控，給警方破案帶來了難度。如果車輛內置攝像頭實時監控系統，當車輛鎖車時，攝像頭開始工作，一旦有人非法進入，則立即通過物聯網模塊發送短信給車主，便于車主第一時間趕到現場，同時通過攝像頭記錄小偷樣貌，以便公安機關破案，為車主挽回經濟損失。

隨著經濟的發展，人民生活水平逐步提高，汽車作為當今世界的主要交通工具，基本進入了每家每戶。汽車產業是國家經濟發展的支柱產業，隨著汽車電子技術的迅猛發展，車聯網、物聯網等新技術成為了汽車研究的熱點。不可否認，這些技術的運用將會給汽車發展帶來顛覆性的變化，在方便人們出行的同時提高交通安全性與駕駛舒適性。多年來，研發人員在主動紅外線監測與被動紅外線監測研究方面取得了豐碩成果，并已應用在軍事國防和民用領域，涉及物理、材料、化學、機械、微電子、計算機等學科，但唯獨未應用在汽車領域。汽車防盜系統從早期的聲光嚇阻防盜發展到如今的無線電識別防盜、指紋防盜、視網膜防盜等模式。天網系統應用在交通系統后，使得非法車輛無法上路，進入20世紀20年代，車輛極少有被盜情況發生，但車輛上的財、物被盜情況屢見不鮮，事發地多為缺少視頻監控的地方，提高了公安機關破案的難度，而這也成為亟待解決的問題。

物聯網概念最早源于比爾·蓋茨1995年出版的《未來之路》一書。隨著科學技術的不斷發展，2005年國際電信聯盟正式提出物聯網概念。物聯網是指通過RFID、全球定位系統等構建網絡實現遠程感知和控制的智慧生產生活體系。經過幾十年的發展，物聯網產業已經初具規模，物聯網技術正被應用到越來越多的行業中，其中也包括汽車行業。文獻[1]認為，未來汽車物聯網的發展將包括智能服務提供者、車間通信網絡、互聯網語音短信三部分；文獻[2]主要概述了SMS技術與PLC技術，并以這兩種技術為基礎研究分析了紅外線監控防盜系統，以期對構建安全、和諧社區，提高人們的生活水平有所幫助；文獻[3]主要論述了以紅外線軸溫探測網絡平臺為基礎，把貨車運行狀態監測系統（TPDS）、貨車滾動軸承早期診斷系統（TADS）以及貨車運行故障圖象分析系統（TFDS）等相結合，加強車輛安全監控體系的構建，保證貨車安全運轉，同時提出了較具體的實施方案；文獻[4]采用實時內核UCOS III，以STM32單片機為核心器件，充分發揮UCOS內核的多線程軟件架構。創建集環境監控、GPS方位采集、GSM網絡通信、交互界面等實時任務線程，并在系統研制完成后針對各種情況進行模擬，與標準儀器進行測試數據比對；文獻[5]以ARM單片機為核心設計了一款移動遠程車輛報警定位防盜系統，該系統包括主控模塊、遠程通信模塊、報警模塊、定位模塊、傳感器模塊、控制模塊，當車輛被盜后，系統立即向車主遠程報警，同時發送定位信息；文獻[6]針對車輛監控報警有效距離短、方式單一等問題，提出一種基于4G網絡的監控視頻實時傳輸系統設計方法；文獻[7]利用模糊神經網絡算法融合多種傳感器監測數據以判斷車輛狀態；文獻[8]給出了一種基于S3C2410硬件架構，結合GPS與GSM技術實現的車輛防盜與遠程無線報警設計方案，可通過短信交互的方式讓車主快速追蹤被盜車輛。

1 基于物聯網的汽車智能監控系統構建機理

為保障汽車上兒童的安全，防止車輛財物被盜，緊密結合汽車發展領域前沿科學，根據汽車行業發展狀況與物聯網新技術的發展趨勢，綜合運用電路設計理論、系統辨識與控制、信號分析與處理、通信技術、紅外線監測技術、計算機科學技術等科學理論與方法，將車輛控制信號與紅外線探測、車輛防盜、物聯網有機結合，深入研究紅外探測器控制電路、車輛防盜控制電路、物聯網信號分析、處理與傳輸，構建基于物聯網的汽車智能監控系統框架。在車輛上加裝主動紅外線探測器、視頻實時監控裝置、物聯網模塊，研究紅外探測器啟動時機與控制電路，紅外線探測結果與物聯網模塊的通信問題；研究車輛防盜視頻實時監控系統控制電路，視頻實時監控裝置與物聯網模塊的通信問題；研究物聯網與手機之間的通信問題。通過該研究，形成比較完整的車輛智能監控系統，解決車輛防盜問題。

2 基于物聯網的汽車智能監控系統構建思路

2.1 構建基于物聯網的車輛智能監控系統

目前，車輛中控門鎖控制系統一般包括遙控鑰匙、天線接收器、車身電子控制單元（舒適系統中央控制單元）、駕駛側門鎖控制單元及其他側門鎖控制單元，各門鎖單元、車門開關、喇叭控制電路、危險警告燈控制電路、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，各信號大多通過總線傳輸方式實現控制，防盜方式為被動防盜?；谖锫摼W的汽車智能監控系統框圖如圖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、存儲器、電源控制電路、物聯網模塊等。車輛防盜監控系統與紅外監控系統無需在行車過程中工作，當遙控鑰匙發出閉鎖信號后根據各傳感器、開關信號檢測結果，由車身電子控制單元（舒適系統中央控制單元）控制車輛防盜監控系統與紅外監控系統進入工作狀態。如果有人非法進入車輛或車輛振動，車身控制模塊開始工作，并儲存信息，同時物聯網模塊發送信息給車主手機，以便車主第一時間掌握車輛監控信息；如果檢測到車內有人，則由車身控制模塊通過CAN總線對車門鎖控制單元實施控制，使車輛無法鎖車，并通過喇叭控制電路、危險警告燈控制電路實現聲光報警，通過物聯網模塊發送信息，提醒車主車內有人，無法鎖車。

圖1 基于物聯網的汽車智能監控系統框圖

2.2 構建車輛紅外探測智能監控系統

當車身控制模塊接收到閉鎖信號時，立即啟動紅外探測電路，實施車內人員探測，一旦車內有人，立即通過物聯網模塊發送信息給車主手機，提醒車主車內有人，不能鎖車。同時，車身控制模塊通過CAN總線強制輸出中控門鎖開鎖信號給主、副駕駛側車門控制單元，主、副駕駛側車門控制單元通過LIN總線傳輸開鎖信號給左后、右后門控單元，使門鎖打開。此時，車身控制單元控制喇叭電路間歇工作，實現聲音報警，控制危險報警燈電路工作，實現光報警，多措并舉確保車上人員的安全。此系統無需長時間工作，電源電路可采用定時控制方式。

2.3 構建車輛防盜智能監控系統

當車身控制模塊接收到閉鎖信號后，車輛防盜智能監控系統進入待機狀態，通過車門開關信號、振動傳感器等監測是否有人非法進入車內，一旦有人非法進入，則立即啟動車輛防盜智能監控系統，攝像頭開啟，并記錄現場情況，之后通過物聯網模塊發送短信給車主，便于車主第一時間趕到現場。為防止環境因素導致車輛防盜智能監控系統工作而過量消耗蓄電池電能，防盜智能監控系統應配備電源控制電路，行車時為鋰電池充電，閉鎖后，鋰電池為系統供電，當鋰電池電量不足時利用蓄電池供電。

2.4 實現物聯網通信

物聯網卡具有短信、無線數據通信等基礎通信功能，具有終端開關機、定位、GPRS上/離線、IP地址查詢等終端狀態查詢功能，此系統主要應用短信通信與定位功能。車身控制系統控制物聯網模塊工作，觸發物聯網卡發送短信，并將物聯網卡與車主手機聯網，以便車主掌握車輛情況，實現實時監控。

3 結 語

鑒于目前汽車行業發展狀況與物聯網新技術的發展趨勢，基于物聯網的汽車智能監控系統搭建尤為重要，旨在解決多年來一直未解決的民生問題與車輛防盜問題，在汽車研發領域具有重要的現實意義和廣闊的應用前景。