CN104076068B - 一种车辆及车内环境监测报警器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆及车内环境监测报警器。报警器包括壳体内的检测报警部、供电部，及壳体上的气体通道、发光单元和发声单元。检测报警部包括：环境监测单元；采样单元；中央处理单元，其根据感测信号得到有害气体的浓度值，当浓度值达到预设报警阈值时发送报警信号至发光单元和发声单元；供电部包括：作为主供电电源的可充电电池；当可充电电池故障时提供备用电源的备用电池；对电源进行稳压处理的电源管理单元；及用于为可充电电池充电的太阳能电池板及充电管理单元。本发明利用太阳能为车内环境监测报警器供电，可以解决车内供电电源不足的问题，并设计有备用电源，当太阳能供电系统出现故障时会自动转入备用电源供电，同时给出报警信息。

Description

一种车辆及车内环境监测报警器

技术领域

本发明涉及一种环境监测设备，更具体的说是一种车内环境监测报警器，可以实时监测车内的甲醛和/或一氧化碳气体含量。

背景技术

随着汽车保有量的迅速增加以及人们健康安全意识的提高，车内空气质量监测越来越受到人们的重视。车内通常会含有车辆生产加工时所用原材料带来的甲醛、苯系物、氮氧化物以及发动机长期运转产生的碳氧化物，其中以甲醛和一氧化碳对人的危害最大。

一氧化碳是无色无味气体，不易被人察觉，对人类和动物都具有高度毒性。一氧化碳通过呼吸进入血液后与血红蛋白结合，形成碳氧血红蛋白，从而使人体缺氧受到严重损伤。在体积分数为1600ppm的一氧化碳环境中呆20分钟就会感到头痛、头晕，1小时后就会死亡。

研究表明甲醛已经成为第一类致癌物质，会引起人类的鼻咽癌、鼻腔癌和鼻窦癌等疾病。在密闭的环境中如果空气中甲醛含量达到0.1-2.0毫克，50%的正常人能闻到臭气；达到2.0-5.0毫克，眼睛、气管将受到强烈刺激，出现打喷嚏、咳嗽等症状；达到10毫克以上，呼吸困难；达到50毫克以上，会引发肺炎等危重疾病，甚至导致死亡。

随着大气污染的日益加重，越来越多的驾驶员选择开车时紧闭车窗使用空调；在炎热的夏季以及寒冷的冬季人们也会长时间使用空调；还有一些人喜欢开着空调在车内休息。在上述这些情况下，发动机长时间运转，排出大量一氧化碳等有毒气体，这些气体在有限的空间中长时间滞留，再加上门窗紧闭，内外空气不流通，车内的氧气会逐渐被消耗掉，使人产生中毒现象，我国每年都有大量车内一氧化碳中毒事件发生。

据中国室内装饰协会室内空气监测中心的抽样检测结果，有近7成的车辆存在车内甲醛超标的问题，有些车甚至超标五六倍以上。据国外一项研究测试发现，新车在出厂后车内有害气体浓度很高，并且可持续挥发6个月以上，每年都有大量因车内环境污染引发的交通事故发生。

安装车内一氧化碳或甲醛报警器是防止有毒气体中毒的重要手段。虽然室内使用的一氧化碳报警器种类繁多，但是目前还没有适合于在车内使用的一氧化碳报警器。这主要是基于以下几点原因：一是针对室内使用的一氧化碳报警器中所采用的气体传感器多为廉价的半导体式气敏元件，具有精度低、离散性大、温漂严重、可靠使用寿命过短等缺陷；二是与上述半导体式气敏元件配套使用的采样电路多为电压比对模式，具有精度低、抗电磁干扰能力差等缺陷；三是半导体式气敏元件需要工作在高温下，功耗非常大，电流一般可达100mA左右，这就使得普通的电池供电变得不现实，而车内能提供电源的位置非常少，一旦被该报警器占用将给驾乘者带来极大的不便，同时在车辆熄火后将无法继续提供电源，也就无法做到实时监测车内环境。鉴于以上原因目前种类繁多的室内一氧化碳报警器无法应用于车内环境中。

虽然甲醛作为一种非常普遍的室内污染物，其危害已经家喻户晓，但是目前行业中常用的检测手段有限，主要包括甲醛检测盒、离线式分析以及便携式甲醛检测器三种。甲醛检测盒属定性检测，并且周期较长，一般要6到8小时才能给出检测结果，无法实时保护人们生命财产的安全；离线式分析多是居民委托环境检测部门进行的，相关检测机构到现场抽取大气样品带回实验室中进行分析，同样无法提供及时的报警信息；便携式甲醛检测器虽然可以被人们带到各种需要进行检测的场所，也有比较快速的响应，但是价格昂贵，无法普及使用。同时，如需实时监测车内环境，需要检测器不停地工作，因此也存在上述供电问题。

因此，需要开发一种适合于车内使用的环境监测报警器。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有环境监测报警器耗电量大、使用车辆电源不便且在车辆熄火时无法对车内环境实时监控的缺陷，提供一种车内环境监测报警器。

本发明要解决的另一技术问题在于，针对现有车辆内部空气污染无法被实时监测的问题，提供一种车辆，其车厢内安装有车内环境监测报警器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种车内环境监测报警器，包括壳体、设置在所述壳体内的检测报警部、用于为整个报警器提供电源的供电部，以及设置在所述壳体上的气体通道、发光单元和发声单元，其中，

所述检测报警部包括：

用于感测车内气体中有害气体的浓度并产生感测信号的环境监测单元；

连接于所述环境监测单元、用于对所述感测信号进行放大处理的采样单元；

连接于所述采样单元的中央处理单元，其根据放大处理后的感测信号得到所述有害气体的浓度值，并将所述浓度值与预设报警阈值进行比较，当所述浓度值达到所述预设报警阈值时发送有害气体超标报警信号至所述发光单元和发声单元；

所述供电部包括：

用作主供电电源的可充电电池；

用于当所述可充电电池故障时提供备用电源的备用电池；

连接于所述可充电电池和备用电池、用于对所述可充电电池和所述备用电池提供的电源进行稳压处理的电源管理单元，

用于为所述可充电电池充电的太阳能电池板；及

用于采集所述可充电电池的电量信息并传送至所述中央处理单元、并根据来自所述中央处理单元的充电控制信号控制所述太阳能电池板为所述可充电电池充电的充电管理单元。

在本发明所述的车内环境监测报警器中，所述检测报警单元包括与所述中央处理单元连接、用于补偿环境温度变化对检测结果的影响的温度补偿单元。

在本发明所述的车内环境监测报警器中，所述充电管理单元包括第一检测电路和开关电路,其中，所述第一检测电路连接于所述可充电电池，所述开关电路连接在所述太阳能电池板和所述可充电电池之间，所述第一检测电路将采集到的可充电电池的电量信息传送至中央处理单元，所述中央处理单元根据所述电量信息发送充电控制信号至所述开关电路。

在本发明所述的车内环境监测报警器中，所述环境监测单元包括用于检测环境中一氧化碳气体含量的一氧化碳传感器和/或用于检测环境中甲醛气体含量的甲醛传感器。

在本发明所述的车内环境监测报警器中，所述可充电电池是工作电压为3.6～4.2V的锂-聚合物电池，所述备用电池是工作电压为2.8～3.2V的锂-硫电池。

在本发明所述的车内环境监测报警器中，所述备用电池通过一个二极管连接至电源管理单元的输入端，其中，所述二极管的正极连接于所述备用电池的正极，所述二极管的负极连接于所述电源管理单元的输入端。

在本发明所述的车内环境监测报警器中，所述壳体上设置有测试/复位键，其与所述中央处理单元电连接；所述采样单元包含一前级运算放大器。

在本发明所述的车内环境监测报警器中，所述一氧化碳传感器是电化学一氧化碳传感器，所述甲醛传感器是电化学甲醛传感器。

在本发明所述的车内环境监测报警器中，所述电源管理单元还包括用于检测其输入电压的第二检测电路，所述第二检测电路与所述中央处理单元连接，以将检测信号传送至所述中央处理单元，且当输入电压低于预设报警电压值时，所述中央处理单元发送可充电电池故障报警信号至所述发光单元和发声单元。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种车辆，其车厢内安装有如上所述的车内环境监测报警器。

本发明的车内环境监测报警器采用节能设计，利用太阳能供电，可以解决车内供电电源不足的问题，并配置有备用电源，当太阳能供电系统出现故障时会自动转入备用电源供电，有效地保障报警器安全可靠地持续工作。

此外，本发明车内环境监测报警器在太阳能供电系统出现故障时能够发出报警信息，提醒用户及时更换或维修太阳能供电系统。

本发明车内环境监测报警器采用高品质电化学气体传感器来检测一氧化碳和/或甲酫含量，具有精度高、寿命长、稳定可靠等优点。可以精准检测PPM级的一氧化碳和/或甲酫气体含量，同时响应迅速，在接触到有害气体后的30秒内就可以给出报警信息；报警器整体采用抗干扰设计保证整个报警器系统在车内高电磁干扰的情况下可以进行精准的测量。

实施本发明，可以实时、在线、快速地检测车内一氧化碳和/或甲醛含量，及时发出报警信号提醒车内的司乘人员采取应对措施。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明车内环境监测报警器的外部结构示意图；

图2是本发明车内环境监测报警器第一实施例的逻辑框图；

图3是本发明车内环境监测报警器第二实施例的逻辑框图；

图4是本发明车内环境监测报警器的一实施例的电路原理图。

具体实施方式

本发明提供一种能实时、在线、快速检测车内空气中一氧化碳和/或甲醛气体含量的报警器，其由壳体及内部构件组成。整个报警器采用节能设计，用太阳能进行供电；采用高品质电化学气体传感器，可以精准、快速检测环境中低浓度有害气体含量。

如图1和图2所示，本发明车内环境监测报警器包括壳体1，用于为整个报警器提供结构上的支撑与保护。壳体1上设置有发光单元2(例如包括运行灯、报警灯和/或故障灯)、发声单元3(例如包括报警蜂鸣器及其窗口)、气体通道4(用以保证环境中的气体可以快速到达报警器内部)、铭牌5(标记产品型号等相关信息)、透光板6(其下面安装有太阳能电池板11)和测试/复位键7。壳体1内部设置有检测报警部30和用于为整个报警器提供电源的供电部10。

检测报警部30包括：环境监测单元31、采样单元32、中央处理单元33和温度补偿单元34。其中，环境监测单元31包括气体传感器，用于感测车内气体中有害气体的浓度并产生感测信号。采样单元32接收环境监测单元31产生的感测信号并对其进行放大处理。中央处理单元33与采样单元32、温度补偿单元34、发光单元2、发声单元3及测试/复位键7电连接。中央处理单元33根据来自采样单元32的放大处理后的感测信号得到有害气体的浓度值，并将该浓度值与预设报警阈值进行比较，当浓度值达到预设报警阈值时发送有害气体超标报警信号至发光单元2和发声单元3。

在本发明的优选实施例中，环境监测单元31包括用于检测环境中一氧化碳气体含量的一氧化碳传感器和/或用于检测环境中甲醛气体含量的甲醛传感器，其中，一氧化碳传感器和甲醛传感器可以是半导体气体传感器或电化学气体传感器。作为优选，在一实施例中，环境监测单元31包括用于检测环境中一氧化碳气体含量的电化学一氧化碳传感器。在另一实施例中，环境监测单元31包括用于检测环境中的甲醛气体含量的电化学甲醛传感器。在另一实施例中，环境监测单元31包括电化学一氧化碳传感器和电化学甲醛传感器两者。

可设置温度补偿单元34作为本发明优选方案，其用于补偿环境温度变化对检测结果的影响。中央处理单元33会实时采集采样单元32中的电信号，并根据中央处理单元33中预存的电化学传感器的相关参数，把电信号转化成环境中的气体浓度值，并结合温度补偿单元34的数据对检测结果进行实时的温度补偿。并将补偿后的检测结果与预设的报警阈值进行比较，当达到报警阈值时会给出声光报警。

测试/复位键7为系统功能判断键，按下后系统会对整个报警器进行自测，以判断报警器工作是否正常，用户可以定期进行自测，以确保报警器状态正常。

供电部10包括：太阳能电池板11、充电管理单元12、可充电电池13、备用电池21和电源管理单元22。太阳能电池板11、充电管理单元12、可充电电池13组成太阳能供电系统。可充电电池13用作报警器的主供电电源，备用电池21用作备用电源，用于当可充电电池13或整个太阳能供电系统故障时为报警器提供备用电源。电源管理单元22连接于可充电电池13和备用电池21，并对其进行稳压处理后为检测报警部30及整个报警器供电。充电管理单元12采集可充电电池13的电量信息(例如可通过检测可充电电池的输出电压和/或电流得知)并传送至中央处理单元33。中央处理单元33将该电量信息与其内部存储的预设电量阈值进行比较，当可充电电池的电量低于该预设电量阈值时，中央处理器33发送充电控制信号，充电管理单元12根据来自中央处理单元33的充电控制信号控制太阳能电池板11为可充电电池13充电。充电管理单元和太阳能电池板的主要功能是利用太阳能对可充电电池进行充电，同时延长可充电电池的使用寿命。

在本发明中，将可充电电池的工作电压配置为高于备用电池的工作电压。当可充电电池电量减少其电压降低，当低于备用电池的电压时，系统自动切换到由备用电池供电。

在通过检测可充电电池的输出电压来采集可充电电池的电量信息的实施例中，预设电量阈值可用一预设充电电压值来表示，该预设充电电压值为可充电电池的最小工作电压，并高于备用电池的工作电压。在一实施例中，可充电电池是工作电压为3.6～4.2V的锂-聚合物电池，备用电池是工作电压为2.8～3.2V的锂-硫电池。该预设充电电压值可设置为3.6V。

在本发明一实施例中，如图2所示，充电管理单元12包括第一检测电路12a和开关电路12b。第一检测电路12a连接于可充电电池13，开关电路12b连接在太阳能电池板11和可充电电池13之间。在工作过程中，第一检测电路12a将采集到的可充电电池13的电量信息传送至中央处理单元33，中央处理单元33根据电量信息发送充电控制信号至开关电路12b。

图3所示为本发明的另一实施例，其与图2所示实施例的不同之处仅在于电源管理单元22除了包括稳压电路22b之外，还包括用于检测电源管理单元22输入电压(即当前供电电池的电压)的第二检测电路22a。第二检测电路22a与中央处理单元33连接，以将检测信号传送至中央处理单元。当输入电压低于预设报警电压值时，中央处理单元发送可充电电池故障报警信号至发光单元和发声单元。低于该预设报警电压值，指示可充电电池或太阳能供电系统出现故障。在可充电电池是工作电压为3.6～4.2V的锂-聚合物电池、备用电池是工作电压为2.8～3.2V的锂-硫电池的实施例中，该预设报警电压值可设置为3.4V。

电源管理单元22中的稳压电路22b用于对电源进行稳压处理，以避免环境电压的波动对整个报警器的工作状态产生影响。

在报警器工作过程中，环境中的气体通过壳体上的气体通道快速到达报警器内部的环境监测单元31(例如，电化学气体传感器)，并在电化学气体传感器上发生相应的化学反应，以实现气体的实时检测。报警器正常工作状态下，绿色运行灯常亮，表明报警器系统工作正常并且空气中一氧化碳和/或甲醛气体含量没有达到报警阈值；红色报警灯为报警指示用，当车内气体含量达到报警阈值时红色报警灯会被点亮，给出报警信息；和/或当太阳能供电系统出现故障，可充电电池的电量低于预定电量阈值，黄色故障灯点亮(或闪烁)。在本发明的实施例中，绿色运行灯、红色报警灯和/或黄色故障灯可以采用同三色LED灯实现，也可以分别采用绿色LED灯、红色LED灯和/或黄色LED灯实现。

当环境中含有一氧化碳和/或甲醛气体时，这些气体会通过壳体上的气体通道快速到达电化学气体传感器，并在这里发生电化学反应，将气体转换为可以进行检测的电信号。该电信号会实时被高精度的采样单元所采集，并经精密前级运算放大器(其对采集到的微信号进行精准的放大处理，同时免受环境中的电磁干扰)放大后被送入中央处理单元，根据中央处理单元中预设的参数将放大后的电信号转换为气体浓度值，并根据温度补偿单元的数据进行温度补偿，并将补偿后的结果与预设报警阈值进行比较，当达到报警阈值时及时给出报警信息。

如图4所示，备用电池21通过一个二极管D1连接至电源管理单元的输入端，其中，二极管D1的正极连接于备用电池的正极，二极管D1的负极连接于电源管理单元的输入端。

整个报警器采用节能设计，通过太阳能进行供电，既可以很好的解决车内供电电源不足的问题，又可以确保该报警器为驾乘者提供全天候的车内空气质量监测功能；备用电源的设计保证整个系统运行的安全可靠性；高品质电化学传感器可以精准检测PPM级的气体含量，同时响应迅速，在接触到有毒气体后的30秒内就可以给出报警信息；报警器整体采用抗干扰设计保证整个系统在车内高电磁干扰的情况下可以进行精准的测量；环境补偿单元可以准确消除环境温度变化给检测结果带来的影响。

本发明车内环境监测报警器可安装在车辆车厢内。可以实时检测车内的一氧化碳和/或甲醛气体含量。该报警器具有响应速度快、灵敏度高、稳定性好以及环境温度适应性强等显著优势，同时系统利用太阳能供电可以有效解决车内供电电源不足的问题，并可真正达到全天候实时监测车内环境。

Claims (7)

1.一种车内环境监测报警器，包括壳体(1)、设置在所述壳体内的检测报警部(30)、用于为整个报警器提供电源的供电部(10)，以及设置在所述壳体上的气体通道(4)、发光单元(2)和发声单元(3)，其特征在于，

所述检测报警部(30)包括：

用于感测车内气体中有害气体的浓度并产生感测信号的环境监测单元(31)；

连接于所述环境监测单元(31)、用于对所述感测信号进行放大处理的采样单元(32)；

连接于所述采样单元(32)的中央处理单元(33)，其根据放大处理后的感测信号得到所述有害气体的浓度值，并将所述浓度值与预设报警阈值进行比较，当所述浓度值达到所述预设报警阈值时发送有害气体超标报警信号至所述发光单元和发声单元；

所述供电部(10)包括：

用作主供电电源的可充电电池(13)；

用于当所述可充电电池(13)故障时提供备用电源的备用电池(21)；

连接于所述可充电电池(13)和备用电池(21)、用于对所述可充电电池(13)和所述备用电池(21)提供的电源进行稳压处理的电源管理单元(22)，

用于为所述可充电电池(13)充电的太阳能电池板(11)；及

用于采集所述可充电电池(13)的电量信息并传送至所述中央处理单元(33)、并根据来自所述中央处理单元(33)的充电控制信号控制所述太阳能电池板(11)为所述可充电电池(13)充电的充电管理单元(12)；

所述充电管理单元(12)包括第一检测电路(12a)和开关电路(12b),其中，所述第一检测电路(12a)连接于所述可充电电池(13)，所述开关电路(12b)连接在所述太阳能电池板(11)和所述可充电电池(13)之间，所述第一检测电路(12a)将采集到的可充电电池(13)的电量信息传送至中央处理单元(33)，所述中央处理单元(33)根据所述电量信息发送充电控制信号至所述开关电路(12b)；

所述电源管理单元(22)还包括用于检测其输入电压的第二检测电路(22a)，所述第二检测电路与所述中央处理单元(33)连接，以将检测信号传送至所述中央处理单元，且当输入电压低于预设报警电压值时，所述中央处理单元发送可充电电池故障报警信号至所述发光单元和发声单元；

其中，

所述开关电路(12b)包括第一二极管和开关元件；所述第一检测电路(12a)包括第一电阻串联电路；所述第一二极管的正极连接于太阳能电池板(11)，负极连接于开关元件的一端，开关元件的另一端连接于所述第一电阻串联电路的第一端并连接于可充电电池(13)，所述第一电阻串联电路的第二端接地，且第一电阻串联电路中的两个电阻的连接节点连接于所述中央处理单元(33)，开关元件的控制端连接于所述中央处理单元(33)；

所述第二检测电路(22a)包括第二电阻串联电路，其第一端连接于可充电电池(13)并通过第二二极管(D1)连接于备用电池(21)，第二端接地，其中所述第二二极管(D1)的正极连接于所述备用电池的正极，所述第二二极管(D1)的负极连接于所述第二电阻串联电路的第一端；且第二电阻串联电路中的两个电阻的连接节点连接于所述中央处理单元(33)。

2.根据权利要求1所述的车内环境监测报警器，其特征在于，所述检测报警部(30)包括与所述中央处理单元(33)连接、用于补偿环境温度变化对检测结果的影响的温度补偿单元(34)。

3.根据权利要求2所述的车内环境监测报警器，其特征在于，所述环境监测单元(31)包括用于检测环境中一氧化碳气体含量的一氧化碳传感器和/或用于检测环境中甲醛气体含量的甲醛传感器。

4.根据权利要求3所述的车内环境监测报警器，其特征在于，所述可充电电池是工作电压为3.6～4.2V的锂-聚合物电池，所述备用电池是工作电压为2.8～3.2V的锂-硫电池。

5.根据权利要求4所述的车内环境监测报警器，其特征在于，所述壳体上设置有测试/复位键(7)，其与所述中央处理单元(33)电连接；所述采样单元包含一前级运算放大器。

6.根据权利要求5所述的车内环境监测报警器，其特征在于，所述一氧化碳传感器是电化学一氧化碳传感器，所述甲醛传感器是电化学甲醛传感器。

7.一种车辆，其特征在于，所述车辆的车厢内安装有如权利要求1-6中任一项所述的车内环境监测报警器。