汽車駕駛室內CO報警裝置設計

田艷艷，閻春利，王巖斐

(東北林業大學 交通學院，哈爾濱 150040)

目前，汽車駕駛室內人員發生窒息的事故越來越多，其主要原因是人員在駕駛室內長時間休息，此時發動機處于怠速狀態，駕駛室內CO含量超過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。由于它無色無味難以被發現和感知，以致中毒及爆炸事件時有發生[1-2]。然而，對于CO這種危險氣體的警報也只是應用于家用煤氣的報警和采礦業[3-5]。

研究汽車駕駛室內CO含量檢測及報警裝置，對于汽車怠速狀態駕駛室內人員的安全具有重要意義。本文分析了CO傳感器及報警器的原理，并進行汽車駕駛室內CO報警裝置的設計，當駕駛室內CO濃度超標時及時報警，提醒車內人員，即能減少窒息事故的發生。

1 CO報警裝置設計原理

1.1 CO氣體產生及危害

CO為無色、無味、無刺激的有毒氣體，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合，使人缺氧而窒息。CO主要是含碳物質的不完全燃燒所產生的。在平時駕駛中，如果車輛的發動機中的燃油能夠完全燃燒是不會產生一氧化碳的。但是，如果在怠速時則會產生一定濃度的一氧化碳，再加上排氣系統如果不能正常工作，部分排氣將進入駕駛室。由于駕駛室內門窗緊閉且一氧化碳不容易被聞到，時間一長，很容易造成駕駛室內CO的中毒，這種事件在夏天和冬天時候最容易出現，由于車載空調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發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表1。

表1 成年人CO中毒癥狀

1.2 CO檢測方法

隨著科學技術的不斷發展和人們對溫室氣體關注的日益提高，在工業生產和日常生活等諸多方面都越來越需要對CO氣體的濃度進行監測與控制[6-8]。目前使用的CO氣體濃度分析方法主要有電化學法、電氣法、色譜法、紅外吸收法等[9]，其中電化學方法檢測CO比較成熟，而且系統簡單。

1.3 CO傳感器

本裝置采用MQ-7 CO傳感器作為檢測核心原件。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、環境的一氧化碳探測裝置中，具有使用壽命長和穩定性可靠的優點。MQ-7CO傳感器靈敏度曲線，以及對其他氣體的靈敏度測試特性曲線如圖1所示。其測試環境條件為：溫度20，相對濕度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CO報警裝置實現

2.1 電路圖及工作原理

根據汽車駕駛室的實際情況，查閱許多相關的參考文獻[10-11]，設計出的汽車駕駛室內CO報警裝置電路圖如圖2所示。

在圖2中，汽車駕駛室內CO報警裝置包括：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輸入端與車輛內的點煙器相連，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發光二極管4，89C52芯片5輸出端連接到蜂鳴器6。

當CO傳感器檢測CO氣體時，A、B之間的電阻值改變，導致與其串聯的負載電阻絲的有效電壓也發生改變，從而對不同濃度的CO產生不同的電壓信號。電壓信號通過LM393電壓比較器，模擬量電壓與參考固定電壓(危險濃度時的電壓)比較，若接近參考固定電壓，則1號管腳輸出低電平，LED電路導通，發光二極管閃亮。在89C52芯片5中，1接5V電源正極，LM393電壓比較器的輸出端DOUT接單片機的P2^0口，AOUT是MQ-7CO傳感器的模擬電壓輸出端，接單片機P2^1口，蜂鳴器6接單片機P3^1口。

圖2 汽車駕駛室內CO報警裝置電路圖

2.2 程序實現

駕駛室內CO報警裝置的軟件部分通過89C52芯片實現，利用Keil軟件編寫程序。下面為實現燈光報警和蜂鳴的主程序。

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 報警裝置實物圖與試驗驗證

駕駛室內CO報警裝置如圖3和圖4所示。

通過在密閉空間和車輛駕駛室內制造CO氣體進行檢測，所設計的CO報警器當空氣中的CO濃度達到125 mg/m3時，5 s后報警燈閃爍，蜂鳴器發出報警；當CO濃度達到250 mg/m3的時候，2 s鐘內蜂鳴器就發出蜂鳴和燈光閃爍，起到報警作用。

圖3 連接圖

圖4 設計成品

3 結 論

針對汽車怠速時駕駛室內CO濃度高易發生駕乘人員中毒甚至死亡事故，設計了汽車駕駛室內CO報警裝置，包括硬件設計和軟件設計。通過多次試驗，所設計的CO報警器當駕駛室內CO濃度達到125 mg/m3時，5s后報警燈閃爍，蜂鳴器發出報警；當CO濃度達到250 mg/m3的時候，2 s鐘內蜂鳴器就發出蜂鳴和燈光閃爍，設計裝置和程序能起到汽車駕駛室CO報警作用，取得了預期效果。駕駛室內CO報警裝置能夠避免汽車長時間怠速時駕駛室內CO濃度過高造成人員窒息的事故，起到防范于未然的作用。

【參 考 文 獻】

[1]周 焱.一種便攜式CO泄露檢測儀的設計[J].電腦知識與技術，2009，5(2)：493-495.

[2]劉忠富，游國棟，于為民.新型低功耗CO檢測系統的研制[J].自動化儀表，2008，29(10)60-63.

[3]米曉坤.煤礦井下一氧化碳氣體檢測[J].煤炭技術，2009，28(7)：111-112.

[4]孫宇峰，黃行九，劉 偉等.電化學CO氣體傳感器及其敏感特性[J].傳感器技術，2004，33(7)：14-17.

[5]林德俊.氣相色譜法同時連續測定空氣中的CO與CO2[J].理化檢驗(化學分冊)，1996，32(6)：358-561.

[6]王寶輝，吳繼周.有毒氣體的擴散吸收和無動力檢測技術[J].中國安全科學學報，1997，7(1)：57-60.

[7]唐少農，袁 虎，毛導欽.程控一氧化碳報警器的設計[J].南華大學學報(理工版)，2003，17(4)：83-86.

[8]黃雙根，吳 燕，黃大星.給予STC89C52新型一氧化碳報警器設計[J].機械與電子，2009(10)：67-69.

[9]黃楠韜.幾種重要的氣體傳感器的特性分析[J].華北科技學院學報，2009，6(3)：117-118.

[10]王小增，楊久紅.CO濃度檢測儀表硬件電路設計[J].儀表技術與傳感器，2007(6)：19-20.

[11]張杰藝，孫振偉，許 濤.基于AVR的汽車節油及故障預警的智能化指示儀[J].森林工程，2013，29(5)：67-69.