刁欣煒 黃冰逸 吳佳宸 上海海事大學(xué)海洋科學(xué)與工程學(xué)院安全工程系

車內(nèi)空氣質(zhì)量檢測及主動短信預(yù)警系統(tǒng)

刁欣煒 黃冰逸 吳佳宸 上海海事大學(xué)海洋科學(xué)與工程學(xué)院安全工程系

汽車行業(yè)正面臨著一個高速發(fā)展的時代，而由汽車帶來的種種安全隱患也常常受到各大媒體的報道，比如由于長時間暴曬導(dǎo)致缺氧或者是駐車時開著空調(diào)，造成車廂內(nèi)廢氣倒灌而致死、致傷的案件層出不窮。特別是家中有年幼兒童或是乘客為兒童的校車更是不能忽略這一點。為解決這一安全隱患，通過分析隱患發(fā)生的條件，設(shè)計出車內(nèi)空氣質(zhì)量檢測及主動短信預(yù)警系統(tǒng)從而防止此類事故的發(fā)生。

氣體檢測；車內(nèi)預(yù)警；短信預(yù)警

引言

隨著私家車車的普及，人們更多選擇汽車出行，而在夏天和冬天，密閉車廂里長時間使用空調(diào)易導(dǎo)致一氧化碳中毒，特別是在午飯后，駕駛員很容易出現(xiàn)疲勞的狀態(tài)，很多駕駛員會開著空調(diào)睡覺，汽車在停止?fàn)顟B(tài)下開空調(diào)，車廂內(nèi)的空氣難以流動，發(fā)動機運轉(zhuǎn)排出的一氧化碳會逐漸通過車廂縫隙和空調(diào)進(jìn)入車內(nèi)并聚集，加之車內(nèi)人員呼吸耗氧而排出二氧化碳，時間一長，車內(nèi)氧氣減少，車內(nèi)人員會不知不覺中毒而失去知覺[1]。據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）統(tǒng)計，每年因為車內(nèi)一氧化碳中毒致死人員達(dá)9700多人。據(jù)不完全統(tǒng)計，每天因為車內(nèi)的危害氣體污染，而引發(fā)的各類病變達(dá)個460多起，全年因為其污染而至死達(dá)6000多起。本系統(tǒng)可以實時掌控空氣質(zhì)量，提前控制預(yù)防，杜絕CO中毒。所以有必要研發(fā)一套系統(tǒng)來避免此類悲劇的發(fā)生。

1.核心系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)由89c52單片機、氣體檢測裝置、GSM模塊、蜂鳴器和車窗電機組成。

宏晶STC公司的STC89C52芯片有32個（I/O）口，控制功能強、擴展靈活可應(yīng)用于控制各種元器件，為嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供靈活、有效的解決方案，有著很好的應(yīng)用性和經(jīng)濟性。氣體傳感器由紅外二氧化碳探測器和一氧化碳檢測模塊組成，二氧化碳閾值設(shè)置為2000ppm，一氧化碳閾值設(shè)置為1000ppm。GSM模塊可以在車內(nèi)氣體超標(biāo)時第一時間通知車主，讓車主作出反應(yīng)，解救車內(nèi)人員，防止悲劇的發(fā)生。蜂鳴器發(fā)出聲音進(jìn)行預(yù)警，在實際產(chǎn)品中可以連接汽車音響設(shè)備。

2.原理

車載電瓶為系統(tǒng)提供電源。傳感器時時采集車內(nèi)或待測空間內(nèi)的氣體中的二氧化碳、一氧化碳等氣體的百分含量。傳感器模塊將采集得的數(shù)據(jù)傳入至微處理器中，當(dāng)氣體超過預(yù)設(shè)閾值后，系統(tǒng)內(nèi)蜂鳴器報警，并將何種氣體超標(biāo)通過顯示屏顯示。在達(dá)到特定條件以后將信號傳至通信模塊。由通信模塊發(fā)送短信提醒車主，讓車主主動采取一定的措施，防止悲劇的發(fā)生。后期我們設(shè)想加入開窗功能，當(dāng)車主回復(fù)“開窗”后，反饋信息將由微處理器處理后指示連接汽車車窗電控系統(tǒng)的電機做出相應(yīng)反應(yīng)，適度打開天窗或車窗為車輛換氣。

3.設(shè)計改進(jìn)

3.1 有關(guān)加入GPS模塊設(shè)想

利用本系統(tǒng)模塊化設(shè)計的特點，加入GPS模塊，在車輛發(fā)生危險時，將車輛內(nèi)GPS模塊采集到的坐標(biāo)信息通過GSM模塊發(fā)送到指定手機上，使得救援力量能更快找到目標(biāo)車輛，解救車內(nèi)人員。在我國北斗GPS衛(wèi)星調(diào)試完成，面向市場后，我們將選用北斗GPS，利用其本身自帶的短信發(fā)送功能發(fā)送短信，相當(dāng)于將GSM模塊與GPS模塊相互整合，使得本系統(tǒng)體積更小，更加高效完成主動預(yù)警。

3.2 有關(guān)加入主動開窗功能設(shè)想

由于在車內(nèi)氣體濃度超過閾值，而車主又不在車內(nèi)的情況下，GSM模塊將主動向車主發(fā)送預(yù)警短信，但是車主存在距離車輛距離過遠(yuǎn)，無法第一時間采取有效措施的情況。所以，設(shè)想在本系統(tǒng)中加入主動開窗的功能，與車內(nèi)中控系統(tǒng)相連，在車主收到預(yù)警短信后，由車主回復(fù)開窗，反饋信息將由微處理器處理后使連接汽車車窗電控系統(tǒng)的電機做出相應(yīng)反應(yīng)，適度打開天窗或車窗為車輛換氣。

4.優(yōu)勢與難點

4.1 產(chǎn)品優(yōu)勢

① 擁有獨創(chuàng)的車內(nèi)氣體檢測系統(tǒng)，市場上還沒有類似產(chǎn)品。

② 產(chǎn)品使用便捷，容易被消費者接受。

③ 通過警告模塊，可以使駕駛員能夠在發(fā)生有害氣體過量的情況下，提前做出措施，預(yù)防悲劇的發(fā)生。

④ 無需對車輛做大規(guī)模改動，也無需廠商預(yù)制特殊設(shè)備。可以簡單地安裝。

4.2 產(chǎn)品的難點

目前產(chǎn)品模型采用的一氧化碳探測器和二氧化碳探測器為半導(dǎo)體一氧化碳傳感器，功耗比較大，需要預(yù)加熱，而且普遍有效期為兩年，后續(xù)維護(hù)成本較高。

目前使用的一氧化碳和二氧化碳傳感器大致分為：半導(dǎo)體傳感器、電化學(xué)傳感器、NDIR傳感器等。電化學(xué)傳感器體積小，零功耗，靈敏度高，穩(wěn)定性好，線性和重復(fù)性較好，響應(yīng)速度快，分辨率一般可以達(dá)到1ppm，壽命較長。但是不同廠家的傳感器工藝差別巨大，價格相差很大，而且不能互相替代[2]。紅外傳感器量程寬、精度高、不會產(chǎn)生氣體中毒現(xiàn)象，但是紅外傳感器成本較高，維護(hù)難度較大。

所以在本系統(tǒng)中，傳感器的選擇至關(guān)重要，也關(guān)乎著產(chǎn)品的穩(wěn)定性、使用成本和后期的維護(hù)成本。

5.車內(nèi)空氣質(zhì)量檢測及主動短信預(yù)警系統(tǒng)發(fā)展前景

隨著中國私家車數(shù)量逐年遞增，車內(nèi)空氣污染問題逐步顯現(xiàn)。 2008年3月1日我國開始實施由國家環(huán)?？偩纸M織有關(guān)科研機構(gòu)制定的《車內(nèi)空氣污染物濃度限值及測量方法》，這是我國第一部關(guān)于車內(nèi)污染的標(biāo)準(zhǔn)．它的實施標(biāo)志著我國在防治車內(nèi)空氣污染、改善車內(nèi)環(huán)境質(zhì)量方面邁出了艱難的第一步[3]。也就是說，車內(nèi)環(huán)境問題正越來越受國家的重視，因此，我們的作品作為一個實時檢測車內(nèi)有害氣體的裝置，具有廣泛的市場前景。

6.結(jié)論

車內(nèi)空氣質(zhì)量檢測及主動短信預(yù)警系統(tǒng)是一款模塊化處理的實用系統(tǒng)，作為國內(nèi)獨創(chuàng)的系統(tǒng)，對于解決因車內(nèi)空氣質(zhì)量問題而引發(fā)的一系列安全問題有積極意義。本系統(tǒng)利用一氧化碳和二氧化碳檢測儀為主要測量探頭收集數(shù)據(jù)，并有微處理器對收集到數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，做出預(yù)警。在不改變車輛本身結(jié)構(gòu)的情況下，安裝簡便，有極高的實用價值。

[1]舒敬華.汽車衍生物的中毒預(yù)防[J].人民長江，2008，07∶87-88.

[2]史曉軍.電化學(xué)氣體傳感器在煙氣監(jiān)測中的應(yīng)用[J].中國儀器儀表，2009，06∶90-92.

[3]楊莉，王磊，于深華.基于數(shù)據(jù)融合的車內(nèi)空氣質(zhì)量控制系統(tǒng)的研究[J].機電一體化，2009，05∶46-49.