CN108068578A - 一种家用车辆空气质量智能控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种家用车辆空气质量智能控制装置，包括传感器、中央处理器和告警装置；传感器包括二氧化碳浓度检测传感器、一氧化氮浓度检测传感器、烟雾浓度传感器和温度传感器；中央处理器被设置为用于接收传感器发来的信号，将信号与设定值进行比较，从而控制车辆的内外通风系统和/或空调系统的开关，以及控制告警装置的开关。本发明通过智能检测车内空气质量，自动开启车辆内外通风并打开窗户，稀释降低车内有害物质浓度，防止车内人员中毒窒息死亡；以及通过智能检测车内空气温度，自动开启空调，防止高温中暑。本发明原理简单，动作可靠，结构简单，完全贴合国家车辆安全、消防标准要求。

Description

一种家用车辆空气质量智能控制装置
技术领域
本发明涉及一种车内安全报警控制装置，具体的说涉及一种家用车辆空气质量智能控制装置，其通过对车内空气质量、温度自动判断并通过智能手段进行通风、降温、报警。
背景技术
目前车辆，包括家用轿车、客车等通风、空调装置都是通过人为操作控制，完全靠车辆驾驶人员的感知，来人为开启车辆空气控制系统，正常行进中的车辆由于空气流通不存在问题，但对于未行进的汽车，无论车辆是否在启动状态，都存在着一些重大安全问题。近年来，因为车辆内部高温、车内有毒气体超标，导致的车内人员死亡、中毒案例屡见报端，其中最主要的有两种：
1、夏季熟睡遗留在车内的熟睡儿童，驾驶人员、家长离开车辆关门后，因车辆空调装置被关闭，阳光直射，车内温度迅速上升，导致车内遗留儿童高温窒息死亡；
2、在车辆上开空调休息的成年人，车内外无空气流通，时间超过一定时间后，车内空气中一氧化碳、二氧化碳及其他有害成份超标，导致车内人员一氧化碳中毒，在很短的时间内窒息死亡。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种家用车辆空气质量智能控制装置，确保车内人员的安全。本发明的技术方案是：所述家用车辆智能空气质量智能控制装置，利用传感器检测车辆内部空气质量(包括温度、洁净度、一氧化碳、二氧化碳及其他有害成份)。
具体是一种家用车辆空气质量智能控制装置，包括传感器、中央处理器和告警装置；传感器包括二氧化碳浓度检测传感器、一氧化氮浓度检测传感器、烟雾浓度传感器和温度传感器；中央处理器被设置为用于接收传感器发来的信号，将信号与设定值进行比较，从而控制车辆的内外通风系统和/或空调系统的开关，以及控制告警装置的开关。
进一步地，中央处理器还被设置为根据分析比较传感器发来的信号来控制车辆的车窗的开闭。
进一步地，告警装置被设置为能够通过发出声音、光线和向车主发送短信和/或微信中的一种或多种方式进行告警。
进一步地，告警装置还被设置为在开启后，超过设定时间时，能够直接拨打110进行报警。
进一步地，二氧化碳浓度检测传感器采用弗加逻公司生产的TGS4160固态电化学型二氧化碳传感器。
进一步地，一氧化氮浓度检测传感器采用TELASIA一氧化碳传感器/变送器。
进一步地，烟雾浓度传感器采用烟雾气体浓度检测传感器MS5100。
进一步地，中央处理器采用三菱LS21可编程控制器。
进一步地，还包括显示屏，用于显示传感器探测到的信号。
进一步地，还包括车内图像监测设备，用于视频监控车辆车厢内的情况以便及时发现是否有人员被困车内。
各部件发挥的作用有：
1、通过车内图像活动检测，智能判定车内有遗留人员存在。
2、在判断车内有遗留人员的基础上，当车内空气有害成份(一氧化碳、二氧化碳及其他有害成份)超标时，智能控制系统发出控制指令，自动开启车内外通风，并打开窗户，稀释降低车内有害物质浓度，防止车内人员中毒窒息死亡。
3、在判断车内有遗留人员的基础上，当温度超过上限时，智能控制系统发出控制指令，自动开启空调的制冷系统进行降温，防止高温中暑。
4、在启动通风和空调的同时，发送声光、信息告警提示，通知车主或110(超过30分钟)前往车辆，检查、处置车内状态，一是防止车辆因长时间运行导致蓄电池电量耗尽、停止通风导致的中毒窒息危险；二是提醒附近的人及时发现车内险情。
作为一种改进措施，在车辆正常启动运行状态下，此家用车辆空气质量智能控制装置可作为一种车辆驾驶辅助系统，降低车内人员遭受意外的可能性。
本发明有如下积极效果：
1)家用车辆空气质量智能控制装置原理简单，动作可靠。
2)智能检测车内空气成份，判断车内有无遗留人员。
3)智能检测车内空气质量，自动开启车辆内外通风并打开窗户，稀释降低车内有害物质浓度，防止车内人员中毒窒息死亡。
4)智能检测车内空气温度，自动开启空调，防止高温中暑。
5)适合规模化推广使用，本发明采用的空气检测及车辆空调、通风技术非常成熟，不需投入研制开发，节约投产成本；所用材料、设备市场化程度高，成本低廉，易大范围推广使用。
6)本家用车辆空气质量智能控制装置可取代原车辆人工空气控制系统，作为原系统的完善与提升。
7)本发明结构简单，完全贴合国家车辆安全、消防标准要求。
附图说明
图1是家用车辆空气质量智能控制装置的原理图。
图2是本发明一个具体实施方式中二氧化碳浓度检测传感器的结构示意图。
图3是本发明一个具体实施方式中一氧化碳浓度检测传感器的图片。
图4是本发明一个具体实施方式中的中央处理器图片。
具体实施方式
下面对照附图，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
(一)组成
在该实施例中家用车辆空气质量智能控制装置，包括传感器、中央处理器、告警装置、显示屏和车内图像监测设备。传感器将探测到的信号传输给中央处理器；中央处理器将该信号与设定值进行比较，当超过设定值时打开车辆的内外通风系统、车窗和/或空调系统，同时启动告警装置；传感器探测到的信号，设定值，内外通风系统、车窗、空调系统和告警装置的开闭，均能通过显示屏显示；车内图像监测设备监测到的实时图像和告警装置发出的信号均可通过网络传输到预先设定的智能手机等通讯设备上。
1、传感器
1)温度传感器，即感温器件，采用高敏测温传感器，主要作用为车辆内部环境温度检测，量程为-20℃～80℃就可以基本满足需求。
2)二氧化碳浓度检测传感器
采用FIGARO(弗加逻)公司生产的TGS4160固态电化学型二氧化碳(CO2)传感器，该器件除具有体积小、寿命长、选择性和稳定性好等特性外，同时还具有耐高湿和耐低温等特点。TGS4160型CO2传感器是一种电化学型气体的敏感元件，当该元件暴露在CO2气体环境中时，就会产生电化学反应。其反应式如下：
阴极反应方程：
4Li++2CO2+O2+4e－＝2Li2CO3
阳极反应方程：
4Na++O2+4e－＝2Na2O
总的化学反应方程：
Li2CO3+2Na+＝Na 2O+2Li++CO2
作为电化学反应的结果，根据耐斯特方程(Nernst)，该过程将产生如下电势(EMF)：
EMF＝Ec－(RF)/(2F)ln(PCO2)
式中：PCO2为CO2的分压；Ec为常数；R是气体常数；T为温度值(K)；F是法拉第常数。
从上式看出，通过监测S(+)、S(－)两个电极之间所产生的电势值EMF，就可以测量CO2的浓度值。为了使该传感器保持在最敏感的温度上，一般需要给加热器提供加热电压进行加热，但加热电压的变化将直接影响传感器的稳定性，因此加热电压必须稳定，其范围应在5.0±0.2VDC之内。为了保证CO2的准确测量，除了保证加热电压稳定及对环境温度的变化进行温度补偿外，更主要的是要测量两电极之间变化的电势值ΔEMF，而不是绝对电势值EMF，因为ΔEMF与CO2浓度变化之间有一个较好的线性关系。虽然EMF绝对值随环境温度的上升而上升，ΔEMF却保持常量，而且它在－10℃～+50℃温度范围内，基本不受温度的影响。
如图2所示，该二氧化碳浓度检测传感器包括4个接线旋钮1(可外接继电器线圈)、2个显示灯2(1个为绿灯，1个为红灯，绿灯亮，正常显示，红灯亮超标报警)、7个传感器接口3、1个显示器4、1个调节旋钮“+”5、1个调节旋钮“-”6和1个设定键按钮7(长按3S可设定报警值，再长按3S保存退出)。
3)一氧化碳浓度检测传感器
采用TELASIA一氧化碳传感器/变送器(如图3所示)，当CO气体扩散到传感器的工作电极时，在工作电极的作用下，CO发生氧化反应，产生的H+离子和电子通过电解液转移到与工作电极保持一定间隔的对电极上，与水中的氧发生还原反应。因此，传感器内部就发生了氧化-还原的可逆反应。这个氧化-还原的可逆反应在工作电极与对电极之间始终发生着，并在电极间产生电位差。其输出端就会产生电流，提供给一氧化碳检测仪中的采样电路，起着将化学能转化为电能的作用，通过电极引出线用外部电路测量传感器输出电流的大小，便可检测出CO的浓度，并且有很宽的线性测量范围。当气体浓度发生变化时，气体传感器的输出电流也随之成正比变化，经一氧化碳检测仪的中间电路转换放大输出，以驱动不同的执行装置，完成检测和报警功能。
图3所示的一氧化碳传感器采用二线制4-20mA标准信号输出，可以连接中央控制系统(比如本发明中的中央处理器)或控制风扇以及告警装置。
4)烟雾浓度传感器
通过检测车辆气体中的烟雾成份，判断汽车电器、电路状态。采用烟雾气体浓度检测传感器MS5100，该传感器可以探测0～2000ppm范围的烟气，也可以探测HC、有机挥发气体等成分
2、中央处理器，或者叫做控制器
采用三菱LS21可编程控制器(如图4所示)作为控制器；具有多模拟量输入检测，直接使用三菱编程软件编程，工作安全可靠，相应时间快，接线方便，可满足本装置功能使用性能要求。
3、告警装置
告警装置被设置为能够通过发出声音、光线和向车主发送短信和/或微信中的一种或多种方式进行告警。
4、显示器
显示器用于显示该家用车辆空气质量智能控制装置需要被显示的信息，比如：传感器探测到的信号，设定值，内外通风系统、车窗、空调系统和告警装置的开闭等。
5、车内图像监测设备
车内图像监测设备，用于视频监控车辆车厢内的情况以便及时发现是否有人员被困车内。
(二)操作系统
主要由显示屏、温度检测处理模块、有害气体(一氧化碳、二氧化碳、烟雾)检测处理模块、控制指令输出模块、参数设置、设置功能键等构成。根据车辆内部环境温度、有害气体浓度，根据设定参数，发出相应指令，自动开闭空调、通风及报警。主要由显示屏、检测处理模块、控制指令输出模块、参数设置按键等构成。操作系统是应用软件，应该写入存储器，就跟电脑一样，在具体执行时由中央处理器(CPU)调用。
(三)工作原理
1、有害气体检测处理
1)如图1，传感器(CO浓度传感器、CO2浓度传感器和烟雾传感器)检测有害气体(一氧化碳、二氧化碳、烟雾)浓度，并将检测到的数值通过检测信号线传到检测变换及处理控制模块，或者说通过变送器传到中央处理器。检测变换及处理控制模块是外围器件，负责把传感器发送过来的信号，变成可统一处理的标准(电压或电流)，提供给CPU处理。
2)中央处理器将接收到的有害气体浓度数值与设定数值进行比较。
3)当车辆内部气体中一氧化碳、二氧化碳、烟雾浓度超过人体可安全承受设定值后，中央处理器发送控制信号，自动开启车辆内外通风，稀释降低车内有害物质浓度，防止车内人员中毒窒息死亡。具体如图1所示的是，当车辆内部气体中一氧化碳、二氧化碳、烟雾浓度超过人体可安全承受设定值后，检测变换及处理控制模块启动内外循环控制继电器，使得循环风机开启和循环通道闸门打开；检测变换及处理控制模块启动告警装置中的告警输出驱动模块，发出声光告警、语音告警和启动告警发送模块。
4)同时通过声光、语音、短信、微信等方式告警并通知车主，进行检查处理；防止严重后果出现。
2、超温检测处理
1)如图1，温度传感器检测车内温度，并将检测到的数值通过检测信号线传到检测变换及处理控制模块，或者说通过变送器传到中央处理器。
2)中央处理器将接收到的温度数值与设定数值进行比较。
3)当车辆内部温度超过人体可安全承受设定值后，中央处理器发送控制信号，自动开启车辆空调，调整车内温度，减少高温窒息死亡。具体如图1所示，当车辆内部温度超过人体可安全承受设定值后，检测变换及处理控制模块启动空调控制继电器，使得空调压缩机运行和通风机开启；检测变换及处理控制模块启动告警输出驱动模块，发出声光告警、语音告警和启动告警发送模块。
4)同时通过声光、语音、短信、微信等方式告警并通知车主或提醒附近人员，进行检查处理，防止严重后果出现。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种家用车辆空气质量智能控制装置，其特征在于，包括传感器、中央处理器和告警装置；所述传感器包括二氧化碳浓度检测传感器、一氧化氮浓度检测传感器、烟雾浓度传感器和温度传感器；所述中央处理器被设置为用于接收所述传感器发来的信号，将所述信号与设定值进行比较，从而控制所述车辆的内外通风系统和/或空调系统的开关，以及控制所述告警装置的开关。
2.如权利要求1所述的家用车辆空气质量智能控制装置，其特征在于，所述中央处理器还被设置为根据分析比较所述传感器发来的信号来控制所述车辆的车窗的开闭。
3.如权利要求1所述的家用车辆空气质量智能控制装置，其特征在于，所述告警装置被设置为能够通过发出声音、光线和向车主发送短信和/或微信中的一种或多种方式进行告警。
4.如权利要求3所述的家用车辆空气质量智能控制装置，其特征在于，所述告警装置还被设置为在开启后，超过设定时间时，能够直接拨打110进行报警。
5.如权利要求1所述的家用车辆空气质量智能控制装置，其特征在于，所述二氧化碳浓度检测传感器采用弗加逻公司生产的TGS4160固态电化学型二氧化碳传感器。
6.如权利要求1所述的家用车辆空气质量智能控制装置，其特征在于，所述一氧化氮浓度检测传感器采用TELASIA一氧化碳传感器/变送器。
7.如权利要求1所述的家用车辆空气质量智能控制装置，其特征在于，所述烟雾浓度传感器采用烟雾气体浓度检测传感器MS5100。
8.如权利要求1所述的家用车辆空气质量智能控制装置，其特征在于，所述中央处理器采用三菱LS21可编程控制器。
9.如权利要求1所述的家用车辆空气质量智能控制装置，其特征在于，还包括显示屏，用于显示所述传感器探测到的信号。
10.如权利要求1-9任一项所述的家用车辆空气质量智能控制装置，其特征在于，还包括车内图像监测设备，用于视频监控所述车辆车厢内的情况以便及时发现是否有人员被困车内。
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