一種汽車危險源自動開窗系統的研究

盧孟常

【摘要】本文研究一種危險源報警開窗系統，實現通過傳感器檢測車內各種危險源（主要為一氧化碳中毒和高溫），當在有乘客且危險值達到上限的情況下，系統自動開啟車窗，從而有效降低汽車危險源造成的人員傷亡事故。

【關鍵詞】汽車危險源 自動開窗

近年來，我國的私家車擁有量呈爆炸式增長態勢，擁有一部汽車為家庭的出行帶來極大方便。相信對汽車稍微熟悉的人都知道，如果汽車上自帶自動升窗功能的話，將為汽車的防盜、防雨水侵入帶來極大的保障。自動升窗器是為保護汽車安全而設計，但是否有一種為保護汽車乘務人員人身安全的自動開窗器呢？下面，本文在此為這一理念的實現進行理論分析。

為何要對汽車進行自動開窗動作呢？下面我們通過以下兩個實際案例可以知道：

事件一，2013年廣東英德市一名3歲小女孩，被粗心大意的校車司機和隨車老師遺忘在校車上近8個小時，因車內溫度過高而窒息死亡。

事件二，上海浦東公安分局接到報警，人民某路口附近停車場內有一輛車從15天前一直停放。民警到場后發現，門窗封閉但未上鎖。民警打開車門發現有一男一女坐于車輛后排，均已死亡。經現場勘查，鑰匙呈啟動狀態，該車在倒車停放時，車輛尾部被雜草、泥巴等雜物部分地堵塞了排氣管。浦東警方初步判斷，2人死亡原因系車輛廢氣倒灌中毒所致。

從上述兩個典型事件中可知，因在有乘客車內高溫、一氧化碳中毒等均是造成人員傷亡與車輛財產損失的重要原因。

據調查研究，目前市場上所售汽車對車窗的控制主要為升窗動作，比如：安裝有升窗器的汽車，可在汽車熄火后通過遙控器對未關閉的車窗進行遙控升窗，無需重新開啟汽車電源操作。高檔一點的汽車，可以實現在發動機熄火后自動檢測車窗的關閉狀態而自動鎖窗。而針對汽車內部危險源對車窗做開窗動作的功能尚未發現類似產品。如果能研究一款集檢測高溫、一氧化碳報警與自動開窗功能于一體的汽車危險源自動開窗系統，則可有效解決上述事件中帶來的問題。

其實，自動開窗功能與自動升窗器的基本原理有相似之處。自動升窗器通常是只有在車鑰匙熄火后，才會生效的，關窗也只生效一次。其模式有三種：一是車鑰匙熄火后取下鑰匙立即自動開始關窗；二是車鑰匙熄火后取下車鑰匙，將駕駛員車門關上后，自動開始關窗；三是車鑰匙熄火后，關車門后，按遙控器時自動開始關窗。

升窗器的類型主要有時間控制型、程序控制型和智能型三種。前面兩種屬于早期產品，目前普遍使用智能型升窗器，這種自動升窗器通常采用兩路CAN總線控制，一路CAN通過檢測汽車內部OBD信息；一路CAN用于發送控制數據以實現升窗和降窗動作，由于不同的汽車OBD信息端口并不相同，要破解則需要廠方的技術參數，要滿足汽車的通用性較為困難。

本文所設計的電路將采用一種脫離原車電路的實現方法，可較好解決安裝的通用性。其結構原理圖如圖1所示，電路采用單片機技術和電磁驅動機構來實現開窗功能，該系統可實現獨立汽車自帶ECU系統控制汽車做開窗動作。

從圖中可知，該系統包括有：傳感器部分，主要用于感知室內汽車尾氣一氧化碳含量；感知有人狀態下，汽車室內溫度值；感知汽車室內是否有無乘客，以保證在無人情況不會做報警和開窗動作。A/D轉換電路，用于將各路傳感器模擬量轉換成數字量，輸入到單片機中進行相關信號處理。單片機控制電路部分，主要完成對各路數字信號的處理和輸出，實現對整個系統的自動控制。設置按鍵電路部分。該部分主要實現系統的啟動和停止，以及對各路模擬量上下限值的設置，以適應不同環境下感知量的調節。驅動電路部分，該電路主要實現對顯示屏、車窗驅動電路和報警電路的驅動。顯示屏和報警電路部分，該電路主要實現模擬量上下限值的顯示和觸發報警。車窗驅動機構部分，該部分主要完成和原車車窗驅動電路對接，實現在傳感器感知危險源情況下驅動車窗做降窗動作。

該系統的設計思路：該裝置主電路板為一單片機控制器，電源可通過車自帶蓄電池直接獲取。裝置信號輸入端包括：一氧化碳傳感器、溫度傳感器和人體感應傳感器探頭通過插接口與主板相連接，安裝在車內空氣流通位置。主電路板上設置有“開關”、“設置”和“+”、“-”按鈕，以實現對電路的啟停、傳感量上下限值的調節（一般狀態下根據人體所能承受的上限值固化下來而不建議隨便調整）。裝置的輸出部分包括：高響度報警揚聲器、車窗驅動信號輸出端子。高響度報警揚聲器直接安裝在主電路板上，車窗驅動信號輸出通過插接口可接入原車車窗驅動電路接口（為保證不破壞原車結構情況下此功能亦可不接）。當按下主電路開關并插上電源的情況下，裝置開始工作。首先，人體感應傳感器探頭開始檢測是否有乘客，在無乘客狀態下，系統處于休眠狀態；當檢測到有乘客時，溫度傳感器和一氧化碳傳感器開始檢測，當檢測到一氧化碳和溫度值達到設定上限時，報警器開始報警并打開驅動電路開啟車窗。

需要說明的是，該電路作為汽車電子線路的一部分補充，需在原車電路的線路基礎上接入。而隨著電子技術的飛速發展，汽車電子配套系統也日趨成熟，不排除一些高端的汽車配有車窗侵入防盜系統，當車窗開啟未經原車自帶ECU系統允許，則會導致報警。但就目前情況而言，本系統作為一種汽車安全輔助裝置，對于防止意外、保障人體安全是可以起到一定防范于未然之用的。