專利名稱：車內(nèi)空氣等環(huán)境參量監(jiān)測(cè)報(bào)警儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于環(huán)境檢測(cè)及儀器儀表技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種對(duì)車內(nèi)空氣等環(huán)境參量進(jìn)行監(jiān)測(cè)的報(bào)警儀。
技術(shù)背景在汽車行駛過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒、人體生理作用以及車內(nèi)裝飾材料會(huì)產(chǎn)生多種有害氣體。一般，車輛在高速公路或在雨天行駛的時(shí)候，由于多種原因，都會(huì)緊閉車窗行駛，使得這些有害氣體在汽車狹小的密閉空間內(nèi)會(huì)迅速上升到警戒濃度，嚴(yán)重影響著汽車駕駛?cè)藛T和乘客的身體健康和行車安全。據(jù)研究表明汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過程中產(chǎn)生的廢氣，以及駕駛?cè)藛T本身產(chǎn)生的二氧化碳等氣體在駕駛室內(nèi)形成的污染空氣會(huì)嚴(yán)重地導(dǎo)致駕駛員駕駛疲勞，從而引發(fā)交通事故。另?yè)?jù)分析，汽車車內(nèi)空氣成分中的有害物質(zhì)主要包括甲醛、苯、CO、CO2、NOX等，另外氧氣含量以及溫度和濕度均對(duì)人體有影響，這幾種物質(zhì)及環(huán)境因素對(duì)行車安全以及人體的危害是最大的。而現(xiàn)有技術(shù)還沒有一種有效的手段對(duì)這些有害物質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和處理，是一個(gè)急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，研制了一種車內(nèi)空氣等環(huán)境參量監(jiān)測(cè)報(bào)警儀，安裝在汽車內(nèi)部，能夠?qū)噧?nèi)空氣中的有害成分及氧氣濃度、濕度、溫度等環(huán)境參量等進(jìn)行檢測(cè)，一旦車內(nèi)環(huán)境參量指標(biāo)值達(dá)到臨界狀態(tài)，則發(fā)出警報(bào)，提醒駕乘人員采取相應(yīng)的措施改善車內(nèi)空氣及環(huán)境質(zhì)量，從而確保車內(nèi)有一個(gè)較好的環(huán)境，確保駕乘人員的生命安全和身體健康，極大地降低道路交通事故發(fā)生率，大大減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。
本實(shí)用新型的的總構(gòu)思是首先利用傳感器對(duì)車內(nèi)有關(guān)因素進(jìn)行檢測(cè)，并將傳感器產(chǎn)生的微小電信號(hào)進(jìn)行放大，與預(yù)先設(shè)定的空氣及環(huán)境參量指標(biāo)臨界值進(jìn)行比較，當(dāng)超出警戒，則進(jìn)行聲光報(bào)警，或同時(shí)啟動(dòng)換氣設(shè)備。
技術(shù)解決方案如下車內(nèi)空氣等環(huán)境參量監(jiān)測(cè)報(bào)警儀，包括傳感器、放大電路單元、閾值比較電路單元和聲、光報(bào)警單元，傳感器的電流或電壓信號(hào)接入二次放大電路的輸入端，放大電路的輸出連接閾值比較電路的輸入端，閾值比較電路的輸出再接聲、光報(bào)警單元。它首先對(duì)車內(nèi)環(huán)境參量檢測(cè)的傳感器(如CO傳感器、溫度、濕度傳感器)輸出的弱小電壓或電流信號(hào)進(jìn)行二次放大，經(jīng)過放大后再與每種參量的閾值(此處，閾值已經(jīng)用電壓或電流值來(lái)描述車內(nèi)環(huán)境中對(duì)人體發(fā)生影響的參量指標(biāo)臨界值)進(jìn)行比較，一旦超過閾值范圍，則說明環(huán)境中該參量已經(jīng)開始對(duì)人體發(fā)生了影響，此時(shí)就通過聲、光報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警提示。
為了提高檢測(cè)儀器的可靠性、智能化程度以及便于功能擴(kuò)展，可采用A/D轉(zhuǎn)換電路連接單片機(jī)替代閾值比較電路單元，單片機(jī)通過輸入輸出接口連接數(shù)碼顯示器。信號(hào)放大后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后由單片機(jī)采集各傳感器的值，一方面將各種參量的值用數(shù)碼顯示器進(jìn)行顯示，另一方面與每種參量的閾值(此處，閾值已經(jīng)用電壓或電流值來(lái)描述車內(nèi)環(huán)境中對(duì)人體發(fā)生影響的參量指標(biāo)臨界值)進(jìn)行比較，一旦超過閾值范圍，則說明環(huán)境中該參量已經(jīng)開始對(duì)人體發(fā)生了影響，此時(shí)就通過聲、光報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警提示。
進(jìn)一步，為了及時(shí)自動(dòng)地改善車內(nèi)環(huán)境質(zhì)量，單片機(jī)還可通過I/O連接外圍的控制電路，控制電路接汽車的換氣設(shè)備(如車載空調(diào)系統(tǒng)等)開關(guān)?？刂茡Q氣設(shè)備進(jìn)行換氣，直到將環(huán)境參量的指標(biāo)值降低到閾值以下，再自動(dòng)關(guān)閉換氣裝置。
本監(jiān)測(cè)報(bào)警儀的優(yōu)點(diǎn)是1、能夠?qū)噧?nèi)環(huán)境中CO，CO2，NOx，甲醛和苯等多種有害物質(zhì)以及氧氣的濃度及溫度和濕度等車內(nèi)環(huán)境參量指標(biāo)等進(jìn)行在線檢測(cè)，并具有較高的靈敏度和反應(yīng)速度；2.采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，每一模塊均選用成熟的電路方案，進(jìn)行有機(jī)集成，形成本檢測(cè)儀的總體電路方案，具有很高的可靠性；3.電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，體積小，便于安裝。


圖1是本實(shí)用新型一種簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方案的電路框圖；圖2是圖1的電路原理圖。
圖3是本實(shí)用新型一種較好的實(shí)現(xiàn)方案的電路框圖；圖4是本實(shí)用新型一種最好的實(shí)現(xiàn)方案的電路框圖；圖5是圖4的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
參見圖1，車內(nèi)空氣等環(huán)境參量監(jiān)測(cè)報(bào)警儀一種簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方式是由傳感器、放大電路單元、閾值比較電路單元、聲、光報(bào)警器和數(shù)碼顯示電路構(gòu)成。傳感器根據(jù)所測(cè)參量的種類而對(duì)應(yīng)設(shè)置多個(gè)。它們的連接關(guān)系為傳感器的電流或電壓信號(hào)接入二次放大電路的輸入端放大電路的輸出連接閾值比較電路的輸入端，另一輸出端接自動(dòng)循環(huán)切換電路后再接數(shù)碼顯示電路，閾值比較電路的輸出接聲、光報(bào)警器。
其電路實(shí)現(xiàn)參見圖2車內(nèi)環(huán)境參量檢測(cè)傳感器的輸出端接二次放大電路的輸入端。二次放大電路由運(yùn)算放大器OP07組成。二次放大電路的輸出端接由OP07組成的射極跟隨器輸入端。一方面，射極跟隨器輸出端與多路模擬開關(guān)AD7506的輸入端S1-S10相連(根據(jù)傳感器的多少)。AD7506由555定時(shí)器構(gòu)成的脈沖發(fā)生器和74LS90構(gòu)成的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器等組成的自動(dòng)循環(huán)切換電路進(jìn)行控制。AD7506的輸出接9801型31/2位LED顯示通用數(shù)字電壓表頭的輸入端。另一方面，射極跟隨器輸出端接電壓比較器LM393A的正端，與接在LM393A的負(fù)端的閾值電壓相比較。LM393A輸出端接多路開關(guān)4066的控制端，來(lái)控制由語(yǔ)音芯片KD9300和發(fā)光二極管LED組成的聲光報(bào)警裝置。
圖2所示電路工作過程首先對(duì)車內(nèi)環(huán)境參量檢測(cè)傳感器輸出的弱小電壓或電流信號(hào)進(jìn)行由OP07組成的二次放大電路進(jìn)行放大，再經(jīng)由OP07組成的射極跟隨器進(jìn)行跟隨。一方面射極跟隨器的輸出，進(jìn)入多路模擬開關(guān)AD7506。AD7506由555定時(shí)器構(gòu)成的脈沖發(fā)生器和74LS90構(gòu)成的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器等組成的自動(dòng)循環(huán)切換電路進(jìn)行控制，以選擇不同的傳感器進(jìn)行顯示。顯示部分(9801型31/2位LED顯示通用數(shù)字電壓表頭)由ICL7107和數(shù)碼管組成。另一方面，經(jīng)過放大后的傳感器信號(hào)與接在LM393A的負(fù)端的閾值電壓相比較(此處，閾值已經(jīng)用電壓或電流值來(lái)描述車內(nèi)環(huán)境中對(duì)人體發(fā)生影響的參量指標(biāo)臨界值)。一旦超過閾值范圍，則說明車內(nèi)環(huán)境中該參量已經(jīng)開始對(duì)人體發(fā)生了影響，此時(shí)LM393A輸出端對(duì)多路開關(guān)4066進(jìn)行控制，從而控制由語(yǔ)音芯片KD9300和發(fā)光二極管LED組成的報(bào)警裝置進(jìn)行聲光報(bào)警。
參見圖3，車內(nèi)空氣等環(huán)境參量監(jiān)測(cè)報(bào)警儀一種較好的實(shí)現(xiàn)方式是由傳感器、放大電路單元、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)和聲、光報(bào)警器構(gòu)成。傳感器也是根據(jù)所測(cè)參量的種類而對(duì)應(yīng)設(shè)置多個(gè)。它們的連接關(guān)系為傳感器的電流或電壓信號(hào)接入二次放大電路的輸入端放大電路的輸出連接A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端，再接進(jìn)單片機(jī)，單片機(jī)的輸出分別接聲、光報(bào)警器和數(shù)碼顯示器。
參見圖4，車內(nèi)空氣等環(huán)境參量監(jiān)測(cè)報(bào)警儀一種最好的實(shí)現(xiàn)方式是在圖3所示結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上再增加了對(duì)車上換氣設(shè)備的控制電路，控制電路通過I/O接口與單片機(jī)相連，控制端控制車上換氣設(shè)備的開關(guān)。
圖4所顯示的方案的具體電路實(shí)現(xiàn)參見圖5傳感器的信號(hào)輸出端接二次放大電路的輸入端，二次放大電路由運(yùn)算放大器OP07組成，其輸出端連接多路模擬開關(guān)AD7506的S1-S16(根據(jù)傳感器的多少)，AD7506由單片機(jī)的P1.0-P1.3進(jìn)行控制。多路模擬開關(guān)AD7506的輸出連接A/D轉(zhuǎn)換器ADC0804的輸入端，ADC0804再通過輸出端口D0-D7將信號(hào)輸入單片機(jī)8051的P0.0-P0.7。單片機(jī)的P1.4接燈光報(bào)警裝置，P1.5接固態(tài)繼電器SSR，然后接汽車換氣設(shè)備，單片機(jī)的P1.6腳接語(yǔ)音報(bào)警器。另外，單片機(jī)的P3.1和P3.0腳連接數(shù)碼顯示器，該數(shù)碼顯示器由一組譯碼器74LS164和數(shù)碼管構(gòu)成。
該電路工作過程首先對(duì)車內(nèi)環(huán)境參量檢測(cè)的傳感器輸出的弱小電壓或電流信號(hào)進(jìn)行由運(yùn)算放大器OP07組成的放大電路進(jìn)行兩級(jí)放大，再經(jīng)過OP07構(gòu)成的射隨器進(jìn)入多路模擬開關(guān)AD7506。AD7506由單片機(jī)的P1.0-P1.3進(jìn)行控制，以選擇不同的傳感器信號(hào)進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器ADC0804中進(jìn)行模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換。單片機(jī)8051通過P0.0-P0.7來(lái)讀取A/D轉(zhuǎn)換后的傳感器信號(hào)，一方面將各種成分的指標(biāo)用數(shù)碼顯示器進(jìn)行顯示(通過P3.1和P3.0控制一組74LS164和數(shù)碼管進(jìn)行顯示)，另一方面與每種成分的閾值(此處，閾值已經(jīng)用電壓或電流值來(lái)描述車內(nèi)環(huán)境中對(duì)人體發(fā)生影響的參量指標(biāo)臨界值，并存儲(chǔ)在單片機(jī)中)進(jìn)行比較，一旦超過閾值范圍，則說明環(huán)境中中該參量已經(jīng)開始對(duì)人體發(fā)生了影響，此時(shí)就通過聲(P1.6)、光(P1.4)報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警提示，然后通過P1.5控制SSR(固態(tài)繼電器)打開汽車換氣設(shè)備進(jìn)行換氣，直到將指標(biāo)降低到閾值以下，再控制SSR關(guān)閉換氣裝置。
本監(jiān)測(cè)報(bào)警儀采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，每一模塊的電路單元均選用成熟的電路方案或集成電路，本實(shí)用新型是將它們進(jìn)行了有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)本儀器所需的功能。
權(quán)利要求1.車內(nèi)空氣等環(huán)境參量監(jiān)測(cè)報(bào)警儀，其特征在于包括傳感器、放大電路單元、閾值比較電路單元和聲、光報(bào)警單元，傳感器的電流或電壓信號(hào)接入二次放大電路的輸入端，放大電路的輸出連接閾值比較電路的輸入端，閾值比較電路的輸出再接聲、光報(bào)警單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車內(nèi)空氣等環(huán)境參量監(jiān)測(cè)報(bào)警儀，其特征在于可采用A/D轉(zhuǎn)換電路連接單片機(jī)替代閾值比較電路單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車內(nèi)空氣等環(huán)境參量監(jiān)測(cè)報(bào)警儀，其特征在于二次放大電路的輸出端連接一自動(dòng)循環(huán)切換電路后再連接數(shù)碼顯示器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車內(nèi)空氣等環(huán)境參量監(jiān)測(cè)報(bào)警儀，其特征在于單片機(jī)通過輸入輸出接口直接連接數(shù)碼顯示器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車內(nèi)空氣等環(huán)境參量監(jiān)測(cè)報(bào)警儀，其特征在于單片機(jī)通過輸入輸出接口連接外圍的控制電路，控制電路接汽車的換氣設(shè)備開關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的車內(nèi)空氣等環(huán)境參量監(jiān)測(cè)報(bào)警儀，其特征在于傳感器可根據(jù)所測(cè)環(huán)境參量種類而對(duì)應(yīng)設(shè)置多個(gè)。
專利摘要車內(nèi)空氣等環(huán)境參量監(jiān)測(cè)報(bào)警儀，包括傳感器、放大電路單元、閾值比較電路單元或單片機(jī)、以及聲、光報(bào)警單元。它首先利用傳感器對(duì)車內(nèi)有關(guān)因素進(jìn)行檢測(cè)，并將傳感器產(chǎn)生的微小電信號(hào)進(jìn)行放大，與預(yù)先設(shè)定的空氣及環(huán)境參量指標(biāo)臨界值進(jìn)行比較，當(dāng)超出警戒，則進(jìn)行聲光報(bào)警，或同時(shí)啟動(dòng)換氣設(shè)備。本儀器能夠?qū)噧?nèi)空氣中的有害成分及氧氣濃度、濕度、溫度等環(huán)境參量等進(jìn)行檢測(cè)，一旦車內(nèi)環(huán)境參量指標(biāo)值達(dá)到臨界狀態(tài)，則發(fā)出警報(bào)，提醒駕乘人員采取相應(yīng)的措施改善車內(nèi)空氣及環(huán)境質(zhì)量，從而確保車內(nèi)有一個(gè)較好的環(huán)境，確保駕乘人員的生命安全和身體健康，極大地降低道路交通事故發(fā)生率，大大減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。
文檔編號(hào)G01N27/00GK2612948SQ0323427
公開日2004年4月21日 申請(qǐng)日期2003年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月29日
發(fā)明者昝昕武, 符欲梅, 周志明, 任強(qiáng), 付利平 申請(qǐng)人:昝昕武, 符欲梅, 周志明, 周翔, 劉艷平