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        一種車載報(bào)警自救裝置的設(shè)計(jì)與研究

        2022-09-27 10:37:38宋君君
        設(shè)備管理與維修 2022年16期
        關(guān)鍵詞:生命體氧氣報(bào)警

        宋君君

        (德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山東德州 253034)

        0 引言

        隨著社會不斷的發(fā)展、人們生活水平的提高,越來越多的人將汽車作為出行的代步工具。汽車為人們的出行做出了重要的貢獻(xiàn),同時(shí)也存在眾多的安全隱患。例如,長時(shí)間呆在汽車密閉狹小的空間內(nèi),由于車輛內(nèi)部不通風(fēng)、汽車燃油產(chǎn)生的廢氣、車內(nèi)裝飾等原因,導(dǎo)致車內(nèi)空氣質(zhì)量下降,車內(nèi)環(huán)境釋放的有毒有害物質(zhì)對人們的身體健康帶來嚴(yán)重的危害,甚至危及生命。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國每年冬、夏季都會發(fā)生多起空調(diào)車內(nèi)中暑、氧氣過低窒息導(dǎo)致死亡的事件,是必須警惕的危險(xiǎn)案例。如何有效防止汽車內(nèi)部環(huán)境過熱、氧含量過低等問題是刻不容緩的,現(xiàn)在市面上急需一種防止車內(nèi)溫度過高及車內(nèi)氧含量過低對生命造成威脅的裝置,以此為出發(fā)點(diǎn)設(shè)計(jì)了本報(bào)警自救儀。

        1 報(bào)警自救儀

        本產(chǎn)品主要用于防止車內(nèi)有人時(shí)內(nèi)外空氣不流通,造成車內(nèi)氧含量過低或溫度過高對人體造成的傷害。當(dāng)測試車內(nèi)氧氣含量減少未達(dá)到設(shè)定值時(shí),實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù);當(dāng)測試車內(nèi)氧氣含量減少達(dá)到設(shè)定值時(shí),檢測是否誤報(bào)。非誤報(bào)時(shí),驅(qū)動車窗下降一定高度并報(bào)警,同時(shí)傳出手機(jī)警告信號。若車窗落下幾分鐘后車內(nèi)氧氣值數(shù)值仍然低于設(shè)定數(shù)值,則氧氣包釋放氧氣。主要研究內(nèi)容包括:汽車內(nèi)部可以維持生命體各因素的極限值,控制系統(tǒng)主控制器的選型,各傳感器(包括紅外定向檢測熱源、氧氣傳感器、溫度傳感器)的選型和裝調(diào),自動預(yù)警及網(wǎng)絡(luò)求救的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性,網(wǎng)絡(luò)通信問題等。

        2 總體架構(gòu)

        報(bào)警自救儀安裝在汽車駕駛室內(nèi),當(dāng)汽車鎖車后,系統(tǒng)采用紅外定向熱源實(shí)時(shí)檢測生命體,如果車內(nèi)沒有生命體存在,本系統(tǒng)不啟動,自動處于休眠狀態(tài)。檢測到有生命體存在時(shí),啟動氧氣傳感器和溫度傳感器,實(shí)時(shí)監(jiān)測氧氣含量和車內(nèi)溫度。當(dāng)車內(nèi)氧氣含量或車內(nèi)溫度,接近預(yù)設(shè)的生命極限值時(shí),降落車窗,啟動報(bào)警裝置,同時(shí)向車主和家人撥打求救電話。車主可以通過手機(jī)軟件查看車內(nèi)情況,定位車輛位置以便快速救援。經(jīng)特定時(shí)間后,若降低的氧氣含量沒有改善,則釋放氧氣包,實(shí)現(xiàn)自動救援。該自救儀從多方面提高安全系數(shù)。

        本產(chǎn)品的控制系統(tǒng)是由微處理器、傳感器、互聯(lián)網(wǎng)通信模塊3 個(gè)部分組成。在汽車鎖車甚至熄火情況下,利用汽車電瓶電源以低能耗方式實(shí)時(shí)預(yù)警,啟動雙級應(yīng)急措施,完成車內(nèi)空氣交換,改善溫度和缺氧環(huán)境,保障車內(nèi)生命安全,并利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控車內(nèi)環(huán)境狀況。總體構(gòu)架如圖1 所示。

        圖1 總體構(gòu)架

        3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        3.1 硬件設(shè)計(jì)

        報(bào)警自救儀控制系統(tǒng)是由微處理器、傳感器、互聯(lián)網(wǎng)通信模塊3 大部分組成:互聯(lián)網(wǎng)通信是基于Atmel89s52 單片機(jī)為核心,利用軟件程序與傳感器反饋信號進(jìn)行處理,連接所有硬件,達(dá)到控制硬件反應(yīng)目的;通信部分由GPRS 模塊實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)通信功能,GPRS 模塊直接由單片機(jī)發(fā)來的信號進(jìn)行協(xié)調(diào)控制,使信息發(fā)送到用戶設(shè)定號碼。

        (1)微處理器采用工業(yè)級單片機(jī)Atmel89s52。單片機(jī)作為硬件I/O 通信系統(tǒng)的核心,該單片機(jī)工作性能可靠,工作穩(wěn)定性強(qiáng),可在苛刻環(huán)境下正常運(yùn)行和正常使用,有著最高工作頻率即有著更高的工作效率。

        (2)網(wǎng)絡(luò)和通信硬件運(yùn)用GPRS 模塊。此硬件具有實(shí)時(shí)監(jiān)控能力強(qiáng)、工作穩(wěn)定性強(qiáng)、開機(jī)時(shí)間極快、數(shù)據(jù)安全性極好、價(jià)格較低、靈活性非常高等特點(diǎn),長期開機(jī)工作穩(wěn)定,即使系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤也可在1~2 s 快速重啟復(fù)位,達(dá)到快速反應(yīng)的目的。

        (3)溫度傳感器采用DS18-20 數(shù)字檢測探頭。DS18-20 集溫度測量和A/D 轉(zhuǎn)換于一體,直接輸出數(shù)字量,所以硬件電路結(jié)構(gòu)簡單,與單片機(jī)接口幾乎不需要外圍元件的轉(zhuǎn)換。同時(shí)還具有傳輸距離遠(yuǎn),同步多點(diǎn)測量等優(yōu)點(diǎn)。

        (4)氧氣傳感器采用4OXV。該傳感器是一款高性能電化學(xué)式氧氣傳感器,主要特點(diǎn)和優(yōu)勢是消除了誤報(bào),高可靠性確保達(dá)到指定壽命,優(yōu)越的環(huán)境性能,提高了在極端應(yīng)用中的反應(yīng)速度。

        (5)紅外人體傳感模塊采用SR501 傳感器。用于檢測車內(nèi)是否有人。

        (6)聲光報(bào)警模塊采用TGSG-110 報(bào)警模塊。光報(bào)警采用高性能LED,有能耗低、壽命長等特點(diǎn)。報(bào)警系統(tǒng)采用高分貝、中功率且有源的蜂鳴器,最高可調(diào)至110 dB。此報(bào)警器可在極端條件下正常使用。TMOD 計(jì)時(shí)電路采用高精度11.059 2 MHz 晶振時(shí)鐘電路。

        3.2 軟件設(shè)計(jì)

        單片機(jī)軟件采用復(fù)合式反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)和動態(tài)程序,有效避免了單次信號誤報(bào),不動作和軟件方面引起的死機(jī),同時(shí)軟件采用了TMOD 計(jì)時(shí)法有著精確的計(jì)時(shí)系統(tǒng)使程序在運(yùn)行時(shí)更加可靠,在通信方面軟件程序還加入了加密系統(tǒng),讓傳輸數(shù)據(jù)可在安全的環(huán)境下進(jìn)行傳輸。軟件工作流程如圖2 所示。

        圖2 軟件工作流程

        本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)包括以下方面:

        (1)自動預(yù)險(xiǎn)。紅外線實(shí)時(shí)檢測生命體,如果車內(nèi)沒有生命體存在,本系統(tǒng)不啟動,自動處于休眠狀態(tài)。檢測到有生命體存在時(shí),啟動氧氣傳感器和溫度傳感器,實(shí)時(shí)監(jiān)測氧氣含量和車內(nèi)溫度。

        (2)雙重報(bào)警。當(dāng)車內(nèi)氧氣含量或車內(nèi)溫度,接近預(yù)設(shè)的生命極限值時(shí),降落車窗,啟動報(bào)警裝置,同時(shí)向車主和家人撥打求救電話。

        (3)精確定位。車主可以通過手機(jī)APP 查看車內(nèi)情況,同時(shí)確定車的具體位置。

        (4)遠(yuǎn)程監(jiān)聽的功能。車主可以通過手機(jī)軟件實(shí)時(shí)監(jiān)聽車內(nèi)情況,還可以實(shí)現(xiàn)通話。

        (5)智能省電。本產(chǎn)品是利用汽車電瓶電源以低能耗方式供電,實(shí)現(xiàn)智能省電。

        4 推廣應(yīng)用價(jià)值

        4.1 可行性分析

        本產(chǎn)品以保障生命安全為出發(fā)點(diǎn),儀器功能新穎,具有溫度、氧氣含量檢測和報(bào)警求救的功能,還可通過手機(jī)軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控車內(nèi)的情況,能有效避免因車內(nèi)氧氣缺失造成的疲勞駕駛、窒息等安全隱患。通過市場調(diào)查,目前國內(nèi)并無同類產(chǎn)品,因制作成本低廉,所以售價(jià)比較低廉,可以讓大多數(shù)人接受,有市場可行性。

        4.2 推廣前景

        隨著家庭汽車保有量的增多,因疏忽導(dǎo)致人員在車內(nèi)窒息身亡等事件不在少數(shù),由此引發(fā)的安全問題成為關(guān)注的焦點(diǎn)。本產(chǎn)品以保障生命安全為出發(fā)點(diǎn),能有效避免因車內(nèi)氧氣減少造成的窒息等安全隱患。相較傳統(tǒng)的氣體檢測儀器,本產(chǎn)品的功能更加人性化,當(dāng)O2含量過低或CO 含量超過人體承受范圍時(shí)自動采取保護(hù)措施,降下車窗釋放氧氣向固定手機(jī)發(fā)送求救短信,可以有效減少此類案件的發(fā)生,使司乘人員可以安全放心地在汽車內(nèi)休息,不用再擔(dān)心此類安全問題。通過大量的市場調(diào)查,市面上并無同類產(chǎn)品,且本產(chǎn)品制作成本低廉,有較強(qiáng)的推廣優(yōu)勢。本產(chǎn)品還能推廣應(yīng)用于校車、倉儲等存在安全隱患的密閉場所。

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