CN105599707B - 车内氧气浓度和温度检测与远程预警的车辆可穿戴设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车内氧气浓度和温度检测与远程预警的车辆可穿戴设备，包括上板电路和下板电路，所述上板电路和下板电路之间通过堆叠连接器实现电连接；所述下板电路设有主微处理器、OBD连接器、氧气浓度及温度传感器和无线通讯模块，所述上板电路设有辅微处理器和卫星定位模块。本发明设计架构清晰，外观小巧，检测时精度高，速度快，抗干扰能力强，同时可以实现远程提醒和预警功能，大大提高车辆的安全性能。

Description

车内氧气浓度和温度检测与远程预警的车辆可穿戴设备
技术领域
本发明涉及一种可穿戴设备，特别是一种车内氧气浓度和温度检测与远程预警的车辆可穿戴设备。
背景技术
车辆在停车熄火后，如果长时间滞留在密闭的车厢内，车内氧气浓度会逐渐降低，容易引起人体缺氧，更严重的会导致窒息而死。夏季滞留在密闭的车厢内，如果车厢受到日光照射，温度迅速身高，也会导致人体中暑而发生生命危险。在2015年中国发生多起儿童闭锁在车内受到伤害甚至死亡的报道。
发明内容
针对存在的上述问题，本发明的目的在于提供车内氧气浓度和温度检测与远程预警的车辆可穿戴设备。
本发明提供了一种车内氧气浓度和温度检测与远程预警的车辆可穿戴设备，包括上板电路和下板电路，所述上板电路和下板电路之间通过堆叠连接器实现电连接；
所述下板电路设有主微处理器、OBD连接器、氧气浓度传感器、温度传感器和无线通讯模块，所述OBD连接器用于通过与汽车电控单元ECU的通讯并获取供电电压，获取车辆状态，并将状态信息传输给主微处理器，所述氧气浓度传感器用于检测车辆停止后车内氧气浓度，所述温度传感器用于检测车辆停止后的车内温度，并将检测到的数据上传至主微处理器，所述无线通讯模块用于和外界进行通讯；
所述上板电路设有辅微处理器和卫星定位模块，所述辅微处理器通过SPI总线与主微处理器通信，接受主微处理器的控制，所述卫星定位模块用于获取位置信息，并将此信息上传至辅微处理器并接受辅微处理器的控制。
优选地，所述主微处理器通过OBD接口信号转换电路与OBD连接器电连接。
优选地，所述主微处理器和氧气浓度传感器之间设有一颗接口芯片，所述I2C总线与接口芯片通讯进行通信，并通过模数A/D转换管脚获得氧气浓度和温度信息。
优选地，所述主微处理器通过开关信号控制无线通讯模块的开关电，并通过UART总线与其通信。
优选地，所述下板电路还设置有振动传感器，所述振动传感器用于检测车内的振动信号用于判断是否有司乘人员。
优选地，所述主微处理器通过堆叠连接器连接有烧录线和复位线至上板电路，用于辅微处理器的烧录和复位。
优选地，所述上板电路还设置有USB连接器，所述USB连接器通过堆叠连接器连接到主微处理器，用于通过计算机对主微处理器进行烧录。
优选地，所述上板电路还设置有NanoSIM连接器，所述NanoSIM连接器用于插入SIM卡，并通过堆叠连接器连接至无线通讯模块。
优选地，所述OBD连接器获得的供电电压经DC/DC芯片转换为4.2V电压用于无线通讯模块，经二次转换成3.3V电压用于板内电路供电，并经再次转换成2.5V电压用于氧气浓度传感器供电。
优选地，所述OBD连接器获得的供电电压通过分压电阻网络连接到无线通讯模块的模数A/D管脚，实现对输入电压的检测。
综上所述，本发明具有以下优点：
本发明设计构架清晰，外观小巧，检测时精度高，速度快，抗干扰能力强，同时可以实现远程提醒和预警功能，大大提高车辆的安全性能。
附图说明
图1为本发明实施例的下板电路的构架图；
图2为本发明实施例的上板电路的构架图；
图3为图1中氧气传感器的电路原理图；
图4为下板电路的外观设计图；
图5为上板电路的外观设计图。
具体实施方式
下面结合实施方式及附图对本发明作进一步详细、完整地说明。
如图1-5所示，一种车内氧气浓度和温度检测与远程预警的车辆可穿戴设备，包括上板电路和下板电路，所述上板电路和下板电路之间通过堆叠连接器实现电连接；
所述下板电路设有主微处理器、OBD连接器、氧气浓度传感器、温度传感器和无线通讯模块，所述OBD连接器用于通过与汽车电控单元ECU的通讯并获取供电电压，获取车辆状态，并将状态信息传输给主微处理器，所述氧气浓度传感器用于检测车辆停止后车内氧气浓度，所述温度传感器用于检测车辆停止后的车内温度，并将检测到的数据上传至主微处理器，所述无线通讯模块用于和外界进行通讯；
所述上板电路设有辅微处理器和卫星定位模块，所述辅微处理器通过SPI总线与主微处理器通信，接受主微处理器的控制，所述卫星定位模块用于获取位置信息，并将此信息上传至辅微处理器并接受辅微处理器的控制。
所述主微处理器通过OBD接口信号转换电路与OBD连接器电连接。
所述主微处理器和氧气浓度传感器之间设有一颗接口芯片，所述I2C总线与接口芯片通讯进行通信，并通过模数A/D转换管脚获得氧气浓度和温度信息。
所述主微处理器通过开关信号控制无线通讯模块的开关电，并通过UART总线与其通信。
所述下板电路还设置有振动传感器，所述振动传感器用于检测车内的振动信号用于判断是否有司乘人员。
所述主微处理器通过堆叠连接器连接有烧录线和复位线至上板电路，用于辅微处理器的烧录和复位。
所述上板电路还设置有USB连接器，所述USB连接器通过堆叠连接器连接到主微处理器，用于通过计算机对主微处理器进行烧录。
所述上板电路还设置有NanoSIM连接器，所述NanoSIM连接器用于插入SIM卡，并通过堆叠连接器连接至无线通讯模块。
所述OBD连接器获得的供电电压经DC/DC芯片转换为4.2V电压用于无线通讯模块，经二次转换成3.3V电压用于板内电路供电，并经再次转换成2.5V电压用于氧气浓度传感器供电。
所述OBD连接器获得的供电电压通过分压电阻网络连接到无线通讯模块的模数A/D管脚，实现对输入电压的检测。
本设备插入和通过汽车的OBDⅡ接口获取供电，该接口无论行车或者停车，都有电瓶接口送出的供电。
本设备具有汽车OBDⅡ接口信号(包含CAN总线，J1850总线，ISOK/L总线)转换电路，将信号接到32位ARM处理芯片；通过与汽车电控单元ECU的通讯，获取车辆状态，当检测到汽车处于停止状态，开启氧气浓度和温度检测功能，对车内状况进行检测。
本设备包含移动无线通讯模块和GPS卫星定位模块，在检测到车内出现人员闭锁危险时，通过短信和数据信息告警到车联网平台，车联网平台呼叫车主进行告警确认，如果车主无法联系到，将呼叫车主预设的紧急联系人进行告警确认，如果仍然无法联系到，将呼叫警方110进行报价，并向警方提供获得的GPS位置信息，警方可以基于GPS位置信息和电子地图找到车辆停放区域。
氧气浓度传感器及温度传感器接口芯片采用美国TI公司的气体传感器接口芯片LMP91000SDE(带有温度检测功能)配合英国ALPHASENSE公司的电化学氧气浓度传感器(如三年有效期到的O2-A3，一年有效期的O2-A1等)，实现车内氧气浓度和温度的检测。该检测方案具有小体积，低电压和低功耗的特点，能够检测10％～30％范围内的氧气浓度，满足产品的应用需求。氧气浓度传感器及两个器件间的连接关系如图3所示。
人体对氧气浓度的反应情况如下表
氧气含量(体积比％) 对人体的影响(症状)
21 一般大气氧气含量
16 灯火熄灭，若静止不动，对身体无影响
15 呼吸变深，脉搏数增加，劳动困难
11 上述呼吸数变多，动作非缓慢，睡意
10 呼吸愈发困难，脸开始变色，不能动作
7 呼吸显著困难，脸色变青，同时精神混乱，感觉迟钝
5 筋肉失去反应，失去知觉
5以下 在40秒内，无任何前兆的失去知觉，突然死去
在停车开窗的情况下，车内氧气浓度环境不会变化或变化很小；而在闭窗车内无人情况下，没有人体吸入氧气消耗氧气，车内氧气浓度环境变化很小。当在闭窗且车内有人情况下，车内氧气浓度消耗会呈现更快下降的特征，因此，可以通过车内氧气浓度测试，确定是否存在闭窗锁人情况，并在氧气浓度下降到到设置值时(如16％)进行告警。该检测方法适用于非高温的春季，秋季和冬季，并且不会对短时间闭窗锁人产生误报。
在夏季高温时，出现闭窗锁人时，因为夏季高温导致车内温度迅速升高，也会使得车内的人出现中暑死亡情况，其发生速度可能快于因窒息产生的死亡，因此本产品采用联合检测报警方式，当用氧气浓度检测或微震动传感器检测，检测到车内有人，并且车内温度升高到一定值(如40摄氏度)时，发出告警。该检测方式适用于夏季，当车内温度或者氧气浓度其中之一先达到设定值，都会发出告警。
主微处理器采用32位ARM处理芯片，通过两根A/D模数转换管脚，接收从LMP91000SDE送来的对应温度和氧气浓度的模拟电压。并根据预设的条件，通过连接的串口向移动无线通讯模块(本产品的选择为SIMCOM公司的SIM800C模块)发送信息，移动无线通讯模块向车联网云平台发出告警信息。
两层印制电路板之间通过堆叠连接器实现机械可靠连接及信号通信，需支持USB的高速信号传输(本产品的选择为德国HARTINGHarflex系列20针堆叠连接器15120202601000及15220202601000)。
上板电路的8位ARM芯片，实现对上板GPS定位模块SIM28ML控制和信息获取，并通过SPI总线与下板32位ARM芯片通信，接受下板ARM芯片的控制。
上板电路的USB连接器，通过堆叠连接器连接到下板的32位ARM芯片，实现对ARM芯片的烧录接口功能。
上板电路的NanoSIM连接器，实现NanoSIM卡的插入功能，并通过堆叠连接器连接到SIM800C芯片的对应接口上。
下板电路32位ARM芯片，通过OBD接口信号转换电路及OBD连接器，与汽车的电控单元ECU通信，获取车辆行车和停车信息。同时也可以控制该部分12V电路和8V电路的开关电。
下板电路32位ARM芯片，通过I2C总线控制氧传感器接口芯片，并通过模数A/D转换管脚获得氧气浓度和温度信息。
下板电路32位ARM芯片，可以通过开关电信号控制SIM800C模块的开关电，并通过UART总线与其通信。
下板电路32位ARM芯片，连接了一颗微振动传感器，可以辅助进行车内是否有人的检测。
下板电路32位ARM芯片，连接了2个LED灯，进行设定状态的指示。
下板电路32位ARM芯片，通过堆叠连接器连接了一根烧录线和一根复位线到上板，对上板ARM芯片实现烧录和复位。
下板电路OBD接口输入的电压(标称12V)经过防护电路后，通过DC/DC芯片转换为4.2V电压，用于SIM800C模块，4.2V转换为3.3V电压，用于板内电路，3.3V电压转换为2.5V电压，用于LMP91000SDE芯片内部比较电路。一路4.2V转3.3V被连接到上板，下板可以控制其开关，从而可以实现将上板断电以节省功耗。
下板电路OBD接口输入的电压，拉出一个分支，通过分压电阻网络连接到SIM800C的模数A/D管脚，实现对输入电压的检测，如电瓶电压偏低，将通过SIM800C芯片和车联网云平台，向车主发送信息进行提醒。
下板电路SIM800C模块，输出一路2.8V电压，为上板的NanoSIM卡在位检测上拉电路使用。
同时本发明上述实施例仅为说明本发明技术方案之用，仅为本发明技术方案的列举，并不用于限制本发明的技术方案及其保护范围。采用等同技术手段、等同设备等对本发明权利要求书及说明书所公开的技术方案的改进应当认为是没有超出本发明权利要求书及说明书所公开的范围。

Claims (10)

1.一种车内氧气浓度和温度检测与远程预警的车辆可穿戴设备，其特征在于，包括上板电路和下板电路，所述上板电路和下板电路之间通过堆叠连接器实现电连接；
所述下板电路设有主微处理器、OBD连接器、氧气浓度传感器、温度传感器和无线通讯模块，所述OBD连接器用于通过与汽车电控单元ECU的通讯并获取供电电压，获取车辆状态，并将状态信息传输给主微处理器，所述氧气浓度传感器用于检测车辆停止后车内氧气浓度，所述温度传感器用于检测车辆停止后的车内温度，并将检测到的数据上传至主微处理器，所述无线通讯模块用于和外界进行通讯；
所述上板电路设有辅微处理器和卫星定位模块，所述辅微处理器通过SPI总线与主微处理器通信，接受主微处理器的控制，所述卫星定位模块用于获取位置信息，并将此信息上传至辅微处理器并接受辅微处理器的控制。
2.如权利要求1所述的一种车内氧气浓度和温度检测与远程预警的车辆可穿戴设备，其特征在于，所述主微处理器通过OBD接口信号转换电路与OBD连接器电连接。
3.如权利要求1所述的一种车内氧气浓度和温度检测与远程预警的车辆可穿戴设备，其特征在于，所述主微处理器和氧气浓度传感器之间设有一颗接口芯片，所述主微处理器通过I2C总线与接口芯片通讯进行通信，并通过模数A/D转换管脚获得氧气浓度和温度信息。
4.如权利要求1所述的一种车内氧气浓度和温度检测与远程预警的车辆可穿戴设备，其特征在于，所述主微处理器通过开关信号控制无线通讯模块的开关电，并通过UART总线与其通信。
5.如权利要求1所述的一种车内氧气浓度和温度检测与远程预警的车辆可穿戴设备，其特征在于，所述下板电路还设置有振动传感器，所述振动传感器用于检测车内的振动信号用于判断是否有司乘人员。
6.如权利要求1所述的一种车内氧气浓度和温度检测与远程预警的车辆可穿戴设备，其特征在于，所述主微处理器通过堆叠连接器连接有烧录线和复位线至上板电路，用于辅微处理器的烧录和复位。
7.如权利要求6所述的一种车内氧气浓度和温度检测与远程预警的车辆可穿戴设备，其特征在于，所述上板电路还设置有USB连接器，所述USB连接器通过堆叠连接器连接到主微处理器，用于通过计算机对主微处理器进行烧录。
8.如权利要求1所述的一种车内氧气浓度和温度检测与远程预警的车辆可穿戴设备，其特征在于，所述上板电路还设置有NanoSIM连接器，所述NanoSIM连接器用于插入SIM卡，并通过堆叠连接器连接至无线通讯模块。
9.如权利要求1-8任一所述的一种车内氧气浓度和温度检测与远程预警的车辆可穿戴设备，其特征在于，所述OBD连接器获得的供电电压经DC/DC芯片转换为4.2V电压用于无线通讯模块，经二次转换成3.3V电压用于板内电路供电，并经再次转换成2.5V电压用于氧气浓度传感器供电。
10.如权利要求1-8任一所述的一种车内氧气浓度和温度检测与远程预警的车辆可穿戴设备，其特征在于，所述OBD连接器获得的供电电压通过分压电阻网络连接到无线通讯模块的模数A/D管脚，实现对输入电压的检测。
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