汽車駕駛室內(nèi)CO報(bào)警裝置設(shè)計(jì)

田艷艷，閻春利，王巖斐

(東北林業(yè)大學(xué) 交通學(xué)院，哈爾濱 150040)

目前，汽車駕駛室內(nèi)人員發(fā)生窒息的事故越來(lái)越多，其主要原因是人員在駕駛室內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間休息，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速狀態(tài)，駕駛室內(nèi)CO含量超過(guò)了正常人所接受的濃度，造成了人員窒息甚至身亡的事故。CO氣體是一種易燃易爆的有毒氣體，少量的CO即能給人體造成傷害。由于它無(wú)色無(wú)味難以被發(fā)現(xiàn)和感知，以致中毒及爆炸事件時(shí)有發(fā)生[1-2]。然而，對(duì)于CO這種危險(xiǎn)氣體的警報(bào)也只是應(yīng)用于家用煤氣的報(bào)警和采礦業(yè)[3-5]。

研究汽車駕駛室內(nèi)CO含量檢測(cè)及報(bào)警裝置，對(duì)于汽車怠速狀態(tài)駕駛室內(nèi)人員的安全具有重要意義。本文分析了CO傳感器及報(bào)警器的原理，并進(jìn)行汽車駕駛室內(nèi)CO報(bào)警裝置的設(shè)計(jì)，當(dāng)駕駛室內(nèi)CO濃度超標(biāo)時(shí)及時(shí)報(bào)警，提醒車內(nèi)人員，即能減少窒息事故的發(fā)生。

1 CO報(bào)警裝置設(shè)計(jì)原理

1.1 CO氣體產(chǎn)生及危害

CO為無(wú)色、無(wú)味、無(wú)刺激的有毒氣體，在水中的溶解度非常低，若被人體吸入，迅速與人體中的血紅蛋白結(jié)合，使人缺氧而窒息。CO主要是含碳物質(zhì)的不完全燃燒所產(chǎn)生的。在平時(shí)駕駛中，如果車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃油能夠完全燃燒是不會(huì)產(chǎn)生一氧化碳的。但是，如果在怠速時(shí)則會(huì)產(chǎn)生一定濃度的一氧化碳，再加上排氣系統(tǒng)如果不能正常工作，部分排氣將進(jìn)入駕駛室。由于駕駛室內(nèi)門窗緊閉且一氧化碳不容易被聞到，時(shí)間一長(zhǎng)，很容易造成駕駛室內(nèi)CO的中毒，這種事件在夏天和冬天時(shí)候最容易出現(xiàn)，由于車載空調(diào)的使用頻繁更容易造成這類事故。一氧化碳急性中毒是我國(guó)發(fā)病和死亡最多的急性病之一。CO的濃度與健康成年人中毒的可能癥狀見(jiàn)表1。

表1 成年人CO中毒癥狀

1.2 CO檢測(cè)方法

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和人們對(duì)溫室氣體關(guān)注的日益提高，在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活等諸多方面都越來(lái)越需要對(duì)CO氣體的濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制[6-8]。目前使用的CO氣體濃度分析方法主要有電化學(xué)法、電氣法、色譜法、紅外吸收法等[9]，其中電化學(xué)方法檢測(cè)CO比較成熟，而且系統(tǒng)簡(jiǎn)單。

1.3 CO傳感器

本裝置采用MQ-7 CO傳感器作為檢測(cè)核心原件。MQ-7 CO傳感器工作電壓為直流5 V，傳感器模塊模擬量輸出0～5V電壓，濃度越高電壓越高，并且對(duì)一氧化碳具有很高的靈敏度和良好的選擇性。MQ-7CO傳感器主要用于家庭、環(huán)境的一氧化碳探測(cè)裝置中，具有使用壽命長(zhǎng)和穩(wěn)定性可靠的優(yōu)點(diǎn)。MQ-7CO傳感器靈敏度曲線，以及對(duì)其他氣體的靈敏度測(cè)試特性曲線如圖1所示。其測(cè)試環(huán)境條件為：溫度20，相對(duì)濕度65%，氧氣濃度 21%，Rs為器件在不同氣體、不同濃度下的電阻值，R0為器件在潔凈空氣中的電阻值。

圖1 MQ-7型傳感器靈敏度特性曲線

2 駕駛室內(nèi)CO報(bào)警裝置實(shí)現(xiàn)

2.1 電路圖及工作原理

根據(jù)汽車駕駛室的實(shí)際情況，查閱許多相關(guān)的參考文獻(xiàn)[10-11]，設(shè)計(jì)出的汽車駕駛室內(nèi)CO報(bào)警裝置電路圖如圖2所示。

在圖2中，汽車駕駛室內(nèi)CO報(bào)警裝置包括：直流電源1，MQ-7CO氣體傳感器2，LM393電壓比較器3、LED發(fā)光二極管4、89C52芯片5和蜂鳴器6。其中，直流電源1輸入端與車輛內(nèi)的點(diǎn)煙器相連，輸出5V直流電壓，輸出端與MQ-7CO氣體傳感器2、LM393電壓比較器3、LED發(fā)光二極管4及89C52芯片5相連，MQ-7CO氣體傳感器2輸出端連接LM393電壓比較器3，電壓比較器3輸出端連接到89C52芯片5和LED發(fā)光二極管4，89C52芯片5輸出端連接到蜂鳴器6。

當(dāng)CO傳感器檢測(cè)CO氣體時(shí)，A、B之間的電阻值改變，導(dǎo)致與其串聯(lián)的負(fù)載電阻絲的有效電壓也發(fā)生改變，從而對(duì)不同濃度的CO產(chǎn)生不同的電壓信號(hào)。電壓信號(hào)通過(guò)LM393電壓比較器，模擬量電壓與參考固定電壓(危險(xiǎn)濃度時(shí)的電壓)比較，若接近參考固定電壓，則1號(hào)管腳輸出低電平，LED電路導(dǎo)通，發(fā)光二極管閃亮。在89C52芯片5中，1接5V電源正極，LM393電壓比較器的輸出端DOUT接單片機(jī)的P2^0口，AOUT是MQ-7CO傳感器的模擬電壓輸出端，接單片機(jī)P2^1口，蜂鳴器6接單片機(jī)P3^1口。

圖2 汽車駕駛室內(nèi)CO報(bào)警裝置電路圖

2.2 程序?qū)崿F(xiàn)

駕駛室內(nèi)CO報(bào)警裝置的軟件部分通過(guò)89C52芯片實(shí)現(xiàn)，利用Keil軟件編寫程序。下面為實(shí)現(xiàn)燈光報(bào)警和蜂鳴的主程序。

void main()

{

while(1)

{

LED1=1；

delay 1s()；

LED1=0；

delay1s()；

BEEP=1；

delay1s()；

BEEP=0；

delay1s()；

if(DOUT==0)

{

delay1s()；

if(DOUT==0)

{

LED1=0；

BEEP=0；

}

}

}

}

2.3 報(bào)警裝置實(shí)物圖與試驗(yàn)驗(yàn)證

駕駛室內(nèi)CO報(bào)警裝置如圖3和圖4所示。

通過(guò)在密閉空間和車輛駕駛室內(nèi)制造CO氣體進(jìn)行檢測(cè)，所設(shè)計(jì)的CO報(bào)警器當(dāng)空氣中的CO濃度達(dá)到125 mg/m3時(shí)，5 s后報(bào)警燈閃爍，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警；當(dāng)CO濃度達(dá)到250 mg/m3的時(shí)候，2 s鐘內(nèi)蜂鳴器就發(fā)出蜂鳴和燈光閃爍，起到報(bào)警作用。

圖3 連接圖

圖4 設(shè)計(jì)成品

3 結(jié) 論

針對(duì)汽車怠速時(shí)駕駛室內(nèi)CO濃度高易發(fā)生駕乘人員中毒甚至死亡事故，設(shè)計(jì)了汽車駕駛室內(nèi)CO報(bào)警裝置，包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。通過(guò)多次試驗(yàn)，所設(shè)計(jì)的CO報(bào)警器當(dāng)駕駛室內(nèi)CO濃度達(dá)到125 mg/m3時(shí)，5s后報(bào)警燈閃爍，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警；當(dāng)CO濃度達(dá)到250 mg/m3的時(shí)候，2 s鐘內(nèi)蜂鳴器就發(fā)出蜂鳴和燈光閃爍，設(shè)計(jì)裝置和程序能起到汽車駕駛室CO報(bào)警作用，取得了預(yù)期效果。駕駛室內(nèi)CO報(bào)警裝置能夠避免汽車長(zhǎng)時(shí)間怠速時(shí)駕駛室內(nèi)CO濃度過(guò)高造成人員窒息的事故，起到防范于未然的作用。

【參 考 文 獻(xiàn)】

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