基于物联网的智能监测破窗系统设计_岳聚欣.pdf

众创空间科技创新与应用Technology Innovation and Application2023年8期基于物联网的智能监测破窗系统设计岳聚欣，刘景哲，李春辉，黄浪尘*，钟钧丞，肖晨宇（湖南工业大学 电气与信息工程学院，湖南 株洲 412007）汽车智能化是汽车领域的重要发展方向，在此发展大背景下，国家也多次出台配套政策标准推动汽车智能化行业发展，尤其是智能化载运工具和关键专用设备的研发对我国汽车智能网联行业的发展起到推动作用。一方面汽车行业转型处在转折关键点“十四五”规划中提及聚焦智能化汽车等战略性新兴产业及在自动驾驶等产业组织实施未来产业孵化与加速计划等，表明了中央层面对智能化全汽车产业的支持。另一方面，智能网联汽车安全越发受到重视，国家与各级单位的监管加大力度工业和信息化部、公安部、交通运输部于 2021 年 7 月联合发布了 智能网联汽车道路测试与示范应用管理规范（试行），这代表汽车安全包括数据安全、车辆设备安全和平台安全的闭环体系1。1系统设计1.1系统概述本系统可应用于现有汽车行业，致力于开发 1 套能实时监测车内温度、烟雾及车内外压力失衡等环境因素，经数据处理分析后判断车辆是否发生事故，可实施应急破窗、精准破窗，具有实时定位、远程报警救援基金项目：2021 年湖南省大学生创新创业训练计划项目（S202111535037）第一作者简介：岳聚欣（2001-），男，硕士研究生。研究方向为智能电网与物联网应用。*通信作者：黄浪尘（1969-），男，硕士，高级工程师，讲师。研究方向为智能控制、自动化技术。摘要：近年来，人工智能技术、传感器与电力电子技术和自动控制技术等迅速发展，汽车智能化也逐渐受到社会重视。该系统采用 STM32 芯片、Air800 模块、APDS-9330、ETA6002 充电模块、HT7333 稳压芯片进行硬件模块搭建，采用智能监控云平台实现软件搭建，主要用于实现对车辆的智能监测与数据分析等需求。为解决汽车发生车祸、火灾和落水等事故时车门无法打开，不能及时自救及救援难度大的问题，该文应用大数据、物联网和 5G 通信等技术，结合智能检测、BDS 与传统的物理破窗，设计 1 套能实时监测车内温度、烟雾及车内外压力等环境因素，经数据处理分析后判断车辆是否发生事故的智能检测破窗系统，该系统可实施应急破窗、精准破窗，具有实时定位、远程报警救援等功能。关键词：物联网；STM32；5G；云平台；智能破窗中图分类号：TP399文献标志码：A文章编号：2095-2945（2023）08-0041-04Abstract:In recent years,with the rapid development of artificial intelligence technology,sensor and power electronicstechnology,and automatic control technology,automotive intelligence has also gradually attracted social attention.The system usesSTM32 chip,Air800 module,APDS-9330,ETA6002 charging module,HT7333 voltage stabilizing chip to build hardware modules,and uses intelligent monitoring cloud platform to build software,which is mainly used to meet the requirements for intelligentmonitoring and data analysis of vehicles.In order to solve the problem that the car door cannot be opened in case of accident,fire,falling into the water,and it is difficult to rescue in time,this paper applies big data,Internet of Things,5G communication andother technologies,combines intelligent detection,BDS and traditional physical broken windows,and designs a set of environmentalfactors that can monitor the temperature,smoke,pressure inside and outside the car in real time.After data processing and analysis,it is an intelligent broken window detection system to judge whether the vehicle has an accident.The system can implementemergency broken windows,accurate broken windows,real-time positioning,remote alarm and rescue functions.Keywords:Internet of Things;STM32;5G;cloud platform;intelligent broken windowDOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.08.01041-2023年8期众创空间科技创新与应用Technology Innovation and Application等功能于一体的智能装置。该系统能自动检测车辆行驶中遇到的意外事件，并在必要情况下实施破窗，从而实现了破窗智能化，可使人员迅速逃离危险现场，从而降低被困在汽车内无法逃生的死伤人数。汽车智能破窗装置系统项目是集智能检测与智能破窗系统、智慧云平台、BDS 定位系统、智慧云平台于一体的汽车安全智能化系统，整体方案架构如图 1所示。图1整体方案架构图智能汽车破窗装置具体由网络监控，控制模块，触发点火器，气体发生器和车窗玻璃击碎器组成。当汽车着火或溺水时，汽车上的温度与压力传感器能够接收到温度或水压信号，并把其传输到控制单元，控制单元接到信号向云服务器发送数据并与其内存储的设定值比较，一旦达到阈值就会触发点火，气体发生器瞬间产生气体，气体快速进入玻璃击碎器的充气室，极大的气压差将击碎器里的弹头迅速推出，从而实现击碎玻璃的作用。与此同时，由于数据超出阈值，通过对多项数据的算法分析，网络监控发出报警，BDS 根据所上传数据锁定汽车位置，当地交通部门和 120 依据数据中心反馈情况即时赶往现场处理，缩短救援时间2。1.2系统组成本系统硬件部分采用 STM32 芯片、Air800 模块、APDS-9330、ETA6002 充电模块、HT7333 稳压芯片进行搭建；软件部分运用基于互联网技术的智能监控云平台，其主要用于汽车公司对车辆的管理以及数据分析等，包含底层传感器数据采集、数据双向发送、信息接入、框架、组件和模板等一整套的技术支撑，同时结合了大数据、智能化、云存储和融合应用，为解决道路汽车发生车祸、火灾和汽车落水等事故后汽车车门无法打开，不能及时自救及救援难度大的问题，结合物联网、通讯、电子、智能检测和 BDS 等技术与传统的物理破窗，致力于开发 1 套能实时监测车内温度、烟雾及车内外压力失衡等环境因素，经数据处理分析后判断车辆是否发生事故，可实施应急破窗、精准破窗，具有实时定位、远程报警救援等功能的智能装置3。1.3系统功能1.3.1智能监测功能监测汽车状况，并能分析汽车行驶是否安全，在发生事故时能及时报警，及时进行破窗，使乘车人可以快速逃生。1.3.2实时定位功能安装无线终端设备，通过该设备的 BDS 定位功能、GPRS 无线通信功能，可以对汽车实时定位，防止发生事故无法及时锁定车辆方位进行救援等问题，从而提高客户满意度。1.3.3实时反馈功能本系统具备报警信息发送、设备故障状态的信息反馈功能，使顾客的安全得到充分的保障。2硬件模块STM32 拥有出色的运算与控制能力和丰富的外设资源，其低功耗、高性能，符合本项目中定位通信与监控系统需求，所以本方案选择 STM32 作为主控芯片，STM32 主控电路如图 2 所示。STM32 主控制器通过定位通信模块 Air800 与云平台、用户 APP 通信进行数据收发。当 STM32 检测到外界环境异常数字传感器APDS-9930 发生动作时，将通过 Air800 把数据信息发送至云平台和用户 APP。图2STM32主控电路智能检测与智能破窗系统公共客户端智能监控云平台智慧破窗整体方案42-众创空间科技创新与应用Technology Innovation and Application2023年8期+5 VU8MQU9MQU10MQGNDR71KR61KR41KMQ1MQ0MQ25551346134613462222.1通信传输系统Air800 模块支持 GPRS 与 BDS 技术，且具有稳定、专业、高效的特点。使用时，仅需将 Micro USB 数据线正确连接到开发板，系统便可运行。同时，Air800 还提供了丰富的接口，可用于扩展其他功能的外接设备。另外，Air800 支持 AT 指令，可通过 AT 指令修改Air800 的配置与功能。实现系统在空闲时处于低功耗模式，延长工作时间，在接收到工作指令时再唤醒4。通讯定位模块电路如图 3 所示。图3通讯定位模块电路2.2报警模块APDS-9930 环境异常传感器与 STM32 是通过 1个快速（高达 400 kHz）的 2 线 I2C 串行总线相连。与模拟接口相比，APDS-9930 模块的数字输出更不受噪声影响，更适合本项目中的温度、压力、角度与水位检测。液位与角度传感器电路如图 4、图 5 所示。当检测到车辆行驶数据与预先设计的范围不符时，STM32 控制器立即驱动蜂鸣器进行报警，并将此报警信息通过 Air800模块通信发送至云平台和客户端。2.3电源模块电源部分采用 ETA6002 充电模块和 HT7333 稳压芯片进行设计，ETA6002 是 1 款充电电流可达 2.5 A的单节锂电开关型充电。其集成了动态路径管理（无线充电）功能，可以允许系统在没有电池适配器的情况下，仍维持系统正常工作。终端设备硬件部分还预留部分接口，可扩展其他传感器或者监测模块，例如温湿度传感器、压力传感器等，便于满足不同客户的特殊需求。前期已完成终端设备硬件原理图的设计，其功能包含了邮件开启监测模块、邮件即时定位追踪模块，主要利用 STM32、Air800、APDS-9930 完成。电源模块如图 6 所示。图4液位传感器电路图5角度传感器电路图6电源电路CSSCLKMOSIADC3ADC2AIR820MISODOUTPENIRQIOVDDVREFADC0ADC1567813141516AUXVBATGND12341211109+3.3 V+3.3 VGNDBUSYDIN/CSDCLKVCCX+Y+X-Y-43-2023年8期众创空间科技创新与应用Technology Innovation and Application3软件模块3.1数据融合技术采用数据融合技术实现车辆智能化，因为通过摄像头、雷达和 BDS 等采集的数据并不能直接用于对车辆的控制，而是通过数据融合技术将不同的数据类型修改整合，分析后融合为具有真正价值的，可用于智能车辆控制的指令。传感器所采集的数据只是其中一方面，而且不能保证数据的完全正确可使用。因此，需要通过对大量数据的分析比对，自动排除掉偏离正常范围的数据信息。3.2