汽車輔助保安器

摘要：目前，普通汽車存在車內(nèi)窒息、車內(nèi)高溫和汽車溺水等因素造成的安全隱患，為了提高普通汽車的安全性能，給汽車安裝由乘員傳感器、溫度傳感器、二氧化碳傳感器和進(jìn)水傳感器等，結(jié)合控制電路和邏輯電路，實(shí)現(xiàn)在車內(nèi)有人的前提下，當(dāng)出現(xiàn)車內(nèi)溫度過高、二氧化碳濃度過高、汽車落水等危險(xiǎn)情況時(shí)，保安器立即接通開窗電機(jī)，及時(shí)打開車窗。

關(guān)鍵詞：汽車；輔助；保安器

1 緒論

汽車的推廣和普及，給我們的生產(chǎn)和生活帶來了很大的便利。雖然汽車在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的過程中已經(jīng)把安全性能做得比較好了，但是從實(shí)際情況來看，普通汽車仍存在一些揪心的安全隱患。

1.1 車內(nèi)窒息

這些事故的發(fā)生，往往是一些粗心的家長，把孩子長時(shí)間滯留車內(nèi)，導(dǎo)致車內(nèi)缺氧，二氧化碳濃度過高，孩子又不懂得開窗或無法開窗，汽車也不會(huì)自動(dòng)開窗，最終釀成孩子窒息而死的慘??！

1.2 車內(nèi)高溫

這個(gè)安全隱患也更多地發(fā)生在滯留車內(nèi)的孩子身上。一旦車內(nèi)溫度過高，孩子又不懂得開窗或無法開窗，汽車也不會(huì)自動(dòng)開窗，被活活熱死！

1.3 汽車溺水

當(dāng)發(fā)生汽車落水事故后，駕駛員如果未能第一時(shí)間打開車窗，車內(nèi)進(jìn)水過多，將引起車內(nèi)電路設(shè)備失靈甚至短路，就算有后續(xù)開窗動(dòng)作也無法打開車窗，最終導(dǎo)致車內(nèi)人員被活活淹死！遺憾的是目前普通汽車沒有這方面的安全措施。為了防止這些事故的發(fā)生，提高汽車的安全性能，迫切需要一種相關(guān)的汽車輔助保安裝置。

2 汽車輔助保安器的設(shè)計(jì)

2.1 組成情況

分析研究這些安全隱患和汽車的相關(guān)結(jié)構(gòu)，經(jīng)過多次的設(shè)計(jì)與實(shí)踐論證，最后確定汽車輔助保安器的基本組成如圖1所示。

汽車輔助保安器由控制電路、乘員傳感器、溫度傳感器、二氧化碳傳感器、進(jìn)水傳感器等組成?？刂齐娐分糜阡X合金盒內(nèi)，防水、防潮。

2.2 技術(shù)方案

給汽車增加由乘員傳感器、溫度傳感器、二氧化碳傳感器、進(jìn)水傳感器等，結(jié)合控制電路和邏輯電路，就能實(shí)現(xiàn)在車內(nèi)有人的前提下，如果出現(xiàn)車內(nèi)溫度過高、二氧化碳濃度過高、汽車落水等危險(xiǎn)情況，保安器立即接通開窗電機(jī)，及時(shí)打開車窗。

2.3 電路設(shè)計(jì)

汽車輔助保安器的基本電路如圖2所示。

圖2中，CO2是二氧化碳傳感器，二氧化碳濃度檢測范圍一般是0～5000ppm，模擬輸出電壓（OUT）一般是0～2.5V。t°是溫度傳感器，有模擬量輸出，實(shí)時(shí)輸出熱電阻上的電壓信號(hào)。A、B是水位檢測電極接線點(diǎn)，連接相應(yīng)的水位檢測電極，其保護(hù)電阻R可以在10Ω～1000Ω取值。PIR是人體感應(yīng)模塊，當(dāng)探測到有人時(shí)，輸出高電平，沒有人時(shí)輸出低電平，可以重復(fù)觸發(fā)，即感應(yīng)輸出高電平后，如果有人在其感應(yīng)范圍內(nèi)活動(dòng)，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才延時(shí)將高電平變?yōu)榈碗娖健Ｈ梭w感應(yīng)模塊的感應(yīng)距離一般在3米以內(nèi)。電位器VR1、VR2、VR3用以調(diào)整相應(yīng)的傳感器對(duì)三極管的觸發(fā)閾值（靈敏度）。K1、K2、K3是額定電壓為5V的微型繼電器。M是汽車車門內(nèi)的玻璃升降器電機(jī)。+Vcc是電源，直接取自汽車蓄電池。

2.4 工作原理

2.4.1 情況一：車內(nèi)有人

人體感應(yīng)模塊PIR檢測到車內(nèi)有乘員，輸出高電平（3.3V），電位器VR3適當(dāng)調(diào)整觸發(fā)閾值，三極管Q3導(dǎo)通，繼電器K3通電，開關(guān)K3閉合。二氧化碳傳感器CO2、溫度傳感器t°和進(jìn)水檢測電路得電工作，實(shí)時(shí)監(jiān)測車內(nèi)的二氧化碳濃度、溫度和進(jìn)水等情況。

如果車內(nèi)二氧化碳濃度過高（如4000ppm），二氧化碳傳感器將輸出相應(yīng)的高電平。電位器VR1適當(dāng)調(diào)整觸發(fā)閾值，三極管Q1導(dǎo)通，繼電器K1通電，開關(guān)K1閉合，開窗電機(jī)M工作，實(shí)施開窗動(dòng)作。

如果車內(nèi)溫度過高（如35℃以上），溫度傳感器輸出高電平，電位器VR2適當(dāng)調(diào)節(jié)觸發(fā)閾值，三極管Q2導(dǎo)通，繼電器K2通電，開關(guān)K2閉合，開窗電機(jī)M工作，實(shí)施開窗動(dòng)作。

由于自然界的水含電解質(zhì)，都是導(dǎo)體，如果車內(nèi)進(jìn)水，檢測點(diǎn)A、B間被水接通，三極管Q2導(dǎo)通，繼電器K2通電，開關(guān)K2閉合，開窗電機(jī)M工作，實(shí)施開窗動(dòng)作。

這樣，一旦車內(nèi)出現(xiàn)二氧化碳濃度過高、溫度過高、汽車落水等任何一種危險(xiǎn)情況時(shí)，開窗電機(jī)M都將得電，立即開窗，以確保人身安全。

2.4.2 情況二：車內(nèi)無人

如果車內(nèi)無人，人體感應(yīng)模塊PIR輸出低電平，三極管Q3截止，繼電器K3斷電，開關(guān)K3斷開。這樣，二氧化碳傳感器、溫度傳感器和進(jìn)水檢測電路斷電不工作，K1和K2始終斷開，保安器不會(huì)有開窗動(dòng)作。

3 傳感器的安裝位置

如圖3是汽車輔助保安器的傳感器典型安裝位置示意圖。

3.1 人體感應(yīng)模塊的安裝位置

人體感應(yīng)模塊一般應(yīng)安裝在車內(nèi)座位的正上方，探測的方向應(yīng)該朝正下方，同時(shí)探測圓錐角不能太大，以便既能準(zhǔn)確檢測乘員情況，同時(shí)可以防止車外人員的干擾，以免傳感器誤測誤判。

3.2 溫度、二氧化碳傳感器的安裝位置

溫度、二氧化碳傳感器一般應(yīng)安裝在車內(nèi)中間空氣能流通的部位，便于準(zhǔn)確檢測車內(nèi)的溫度和二氧化碳濃度的高低。

3.3 進(jìn)水傳感器的安裝位置

進(jìn)水傳感器的安裝部位可取發(fā)動(dòng)機(jī)艙中下部兩側(cè)，因?yàn)槠嚶渌话闶擒囶^先下沉的。同時(shí)，進(jìn)水傳感器位置也要低于汽車蓄電池的高度，這樣可以保證蓄電池被水浸泡前讓保安器盡早檢測到進(jìn)水情況。車尾的車廂兩側(cè)也要安裝進(jìn)水傳感器，以檢測車尾的進(jìn)水情況。

以上是傳感器的典型安裝位置示意，在實(shí)際使用中，可以根據(jù)需要調(diào)整每種傳感器的數(shù)量和相應(yīng)的安裝位置。

4 應(yīng)用價(jià)值

本科技創(chuàng)新項(xiàng)目有以下兩個(gè)明顯的應(yīng)用價(jià)值：

4.1 能提高普通汽車的安全性能

使普通汽車具備在車內(nèi)有人的前提下，對(duì)車內(nèi)的溫度、二氧化碳濃度等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。如果出現(xiàn)車內(nèi)溫度過高、車內(nèi)二氧化碳濃度過高、汽車落水等緊急情況時(shí)，能及時(shí)自動(dòng)打開車窗，以免發(fā)生人身安全事故，進(jìn)一步提高汽車的安全性能。

4.2 受益對(duì)象巨大

截至2016年6月底，全國汽車保有量達(dá)1.84億輛；汽車駕駛?cè)?.96億人；平均每2.2個(gè)駕駛員有一輛私家小汽車；平均每百戶家庭有31輛私家車。

如果這些車輛都能用上這種汽車輔助保安器，受益對(duì)象巨大！

參考文獻(xiàn)：

[1]湯小梅，龔劍.高中科技創(chuàng)新與研究課性學(xué)習(xí)教程[M].浙江大學(xué)出版社，2009.

[2]張孫瑋，呂伯昇，張迅.科技論文寫作入門[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[3]裘思遠(yuǎn).自來水電阻率的測定[J].物理通報(bào)，2012（1），7879.

[4]郭豐濤.密閉環(huán)境中低濃度CO2對(duì)人體血?dú)夂蚿H的影響[J].解放軍預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志，1991（2），115118.

作者簡介：張高晨（2002），男，漢族，浙江臺(tái)州人，臺(tái)州市第一中學(xué)學(xué)生，椒江區(qū)科學(xué)院小院士，獲得2項(xiàng)國家專利?！镀囕o助保安器》獲第31屆浙江省青少年科技創(chuàng)新大賽一等獎(jiǎng)。