刁欣煒 黃冰逸 吳佳宸 上海海事大學海洋科學與工程學院安全工程系

車內(nèi)空氣質(zhì)量檢測及主動短信預警系統(tǒng)

刁欣煒 黃冰逸 吳佳宸 上海海事大學海洋科學與工程學院安全工程系

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，設計出車內(nèi)空氣質(zhì)量檢測及主動短信預警系統(tǒng)從而防止此類事故的發(fā)生。

氣體檢測；車內(nèi)預警；短信預警

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，汽車在停止狀態(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)的各類病變達個460多起，全年因為其污染而至死達6000多起。本系統(tǒng)可以實時掌控空氣質(zhì)量，提前控制預防，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、擴展靈活可應用于控制各種元器件，為嵌入式控制應用系統(tǒng)提供靈活、有效的解決方案，有著很好的應用性和經(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，二氧化碳閾值設置為2000ppm，一氧化碳閾值設置為1000ppm。GSM模塊可以在車內(nèi)氣體超標時第一時間通知車主，讓車主作出反應，解救車內(nèi)人員，防止悲劇的發(fā)生。蜂鳴器發(fā)出聲音進行預警，在實際產(chǎn)品中可以連接汽車音響設備。

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，當氣體超過預設閾值后，系統(tǒng)內(nèi)蜂鳴器報警，并將何種氣體超標通過顯示屏顯示。在達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。后期我們設想加入開窗功能，當車主回復“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)的電機做出相應反應，適度打開天窗或車窗為車輛換氣。

3.設計改進

3.1 有關加入GPS模塊設想

利用本系統(tǒng)模塊化設計的特點，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警。

3.2 有關加入主動開窗功能設想

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)送預警短信，但是車主存在距離車輛距離過遠，無法第一時間采取有效措施的情況。所以，設想在本系統(tǒng)中加入主動開窗的功能，與車內(nèi)中控系統(tǒng)相連，在車主收到預警短信后，由車主回復開窗，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)的電機做出相應反應，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，也無需廠商預制特殊設備?？梢院唵蔚匕惭b。

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體一氧化碳傳感器，功耗比較大，需要預加熱，而且普遍有效期為兩年，后續(xù)維護成本較高。

目前使用的一氧化碳和二氧化碳傳感器大致分為：半導體傳感器、電化學傳感器、NDIR傳感器等。電化學傳感器體積小，零功耗，靈敏度高，穩(wěn)定性好，線性和重復性較好，響應速度快，分辨率一般可以達到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，維護難度較大。

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

5.車內(nèi)空氣質(zhì)量檢測及主動短信預警系統(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織有關科研機構制定的《車內(nèi)空氣污染物濃度限值及測量方法》，這是我國第一部關于車內(nèi)污染的標準．它的實施標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)進行分析后，做出預警。在不改變車輛本身結(jié)構的情況下，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防[J].人民長江，2008，07∶87-88.

[2]史曉軍.電化學氣體傳感器在煙氣監(jiān)測中的應用[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.