一种车辆空气质量精准监测系统的制作方法

[0001]
本发明属于车辆安全领域，更具体的说涉及一种车辆空气质量精准监测系统。


背景技术：

[0002]
汽车作为目前人们出行的主要出行工具为生活带来了便捷，但也存在一定的安全隐患。
[0003]
轿车车窗关闭或在相对封闭狭小的空间里，车内人员中毒几率就会增加。当车辆停止时，如果仍将空调开放，发动机排出的一氧化碳、甲烷很可能聚集到车辆之中，加之车内人员呼吸耗氧排出的二氧化碳，车内人员会呼出大量二氧化碳，使车内氧气急剧降低。会导致人员的反应、感觉、记忆力、理解等机能障碍，重者会窒息，危及生命。一氧化碳无色无味，很难发现，等意识到时可能已经丧失自救能力。通常，车内睡觉将产生窒息危险，随着呼吸，二氧化碳浓度增加，车内内饰等部件还会有一氧化碳、甲烷等有害的气体，中毒、窒息就在睡梦中发生。另一方面，车内温度过高，导致车内人员休克甚至死亡的事故时有发生。
[0004]
我国的自动驾驶技术飞速发展，在人工智能及互联网+的时代，采用技术较高的装置，提高车辆安全性能成了当前创新的热浪。当车内温度过高，有害气体浓度过高时，可以控制车辆自动开窗或净化调节，以保证使用者的生命安全。我们的产品可以为自动驾驶提供安全保障，也是我们技术未来的一大发展趋势。
[0005]
破窗器市场庞大，主要运用在公共交通工具及私人交通工具上，而智能破窗系统少，在市场上少有几乎为零。现有破窗锤种类多，主要有两大类。
[0006]
第一类是厂家供应安全锤、逃生破窗锤，主要用在高铁动车车窗、公交车窗、地铁车窗等，这种破窗锤用于公共交通工具的破窗，具有体积大、重、固定安装、安装数量多的特点。
[0007]
第二类为车用应急逃生脱困一秒破窗器，主要用在私人小汽车上，具有方便携带、体积小、功能全（除破窗外还可以作为手电筒、割刀、充电宝等使用）的特点。


技术实现要素：

[0008]
本发明通过内安装的多种感应器可以从多方面的检测车内环境，本产品在自动破窗的同时自动报警，以防当被困车内人员无法自救时，可以由他人远程操控破窗。
[0009]
为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：所述的车辆空气质量精准监测系统包括用于监测车辆内部空气质量与监测人体状况的传感器模块，用于控制破窗器和报警器的控制模块，用于破窗的破窗模块，用于报警的报警模块；所述的传感器模块输出端与控制模块连接，控制模块信号输出端与破窗模块和报警模块的输入端连接。
[0010]
优选的，所述的传感器模块包括烟雾传感器、温湿传感器、co2浓度传感器、co传感器、ch4传感器、人体红外感应传感器，所述的烟雾传感器、温湿传感器、co2浓度传感器、co传感器、ch4传感器、人体红外感应传感器，通过信号调理电路将传感器检测到的数据送入控制模块。
[0011]
优选的，所述的控制模块包括控制器、物联网模块，主控制器用于控制各部件的运动，物联网模块用于本系统的远程通信，所述的监测系统还包括远程控制器，所述的远程控制器为安装有app的智能手机或者平板电脑，所述的物联网模块采用4g通信模块。
[0012]
优选的，所述的报警模块采用语音模块和蜂鸣器，语音模板能够进行语音播报，蜂鸣器能够进行声音提醒，所述的破窗器通过电磁继电器驱动，控制模块输出信号通过继电器控制破窗器动作，完成破窗。
[0013]
优选的，本系统传感器模块安装于车辆内部各处，用于监测车辆内部各处的空气质量，本系统的破窗模块安装于前门侧面的玻璃与门框的三角结构处，能够对车窗使用较小能量，完成破窗，且不对车内人员造成伤害。
[0014]
本发明有益效果：与非自动破窗器比较：具有自动破窗的优势，而且精准度高。
[0015]
与手动自动一体化破窗器比较:都具有自动破窗模式与人工介入双模式结合，但一种车辆空气质量精准监测系统具有以下优势：首先，通过手机专有app可以远程控制破窗（车内窒息事故）。其次，可以根据事故的程度决定破窗的快慢。在事故程度小时，选择是否破窗；在事故程度大时，直接自动破窗。这两项技术为发明的核心技术，具有竞争优势。
附图说明
[0016]
图1为本发明控制框图；图2为本发明传感器模块电路图；图3位本发明其他模块电路图；图4为手动接入流程图。
具体实施方式
[0017]
为了便于本领域一般技术人员理解和实现本发明，现结合附图及具体实施例进一步描述本发明的技术方案。
[0018]
所述的控制模块中的控制器采用基于atmega2560的微控制板，带有54路数字输入/输出端口(其中15个可以作为pwm输出)，16路模拟输入端口，4路uart串口，16mhz的晶振，usb连接口，电池接口，icsp头和复位按钮功能的mage2560单片机；烟雾传感器采用gp2y1014au光学灰尘传感器，mq-2烟雾气敏传感器模块；温湿度传感器采用数字型宽电压，采用12c接口的dht11温湿度传感器；co2浓度传感器采用mg811二氧化碳浓度传感器；一氧化碳传感器采用mq-7一氧化碳传感器模块；甲烷传感器采用mq-4甲烷传感器；人体红外传感采用采用grove-pir motion sensor热电红外传感器模块；语音模块采用中文tts文字转语音合成串口控制语音模块。
[0019]
物联网模块采用esp8266物联网模块单片机。
[0020]
本发明通过车内的的空气监测单元对车内空气质量进行实时监控，并将车内烟雾浓度信号、车内温度和湿度信号、车内二氧化碳浓度信号、车内一氧化碳浓度信号、车内甲烷浓度信号以及车内是否有人的信号传输给手机app，且数据自动同步。根据实际情况，在紧急情况下对车窗进行爆破，从而达到帮使用者破窗逃生的目的。
[0021]
烟雾传感器在检测非常细的颗粒，如香烟烟雾，是很有效的，并且是常用的空气净
化器系统。该装置中，一个红外发光二极管和光电晶体管,对角布置成允许其检测到在空气中的灰尘反射光。该传感器具有很低的电流消耗（最大20ma，11毫安典型的），可以搭载高达7vdc的传感器。输出的是一个模拟电压正比于所测得的粉尘浓度，敏感性为0.5v/0.1mg/m3。烟雾传感器vcc端口连接面包板的电源正极，gnd端口连接面包板的电源负极，a0端口（模拟信号输出端口）连接mega2560的a3端口。pm2.5浓度传感器：vcc端口面包板的电源正极，led-gnd端口连接面包板的电源负极，s-gnd端口连接面包板的电源负极，led端口连接mega2560的analogin单元的a0端口，v0端口连接mega2560的analogin单元的a1端口，其中：v-led端口为高电平端口，需另外用导线连接至面包板的电源正极。
[0022]
dht11温湿度传感器利用i2c进行数据传输，具有两个可选地址，宽电源电压从2.4v到5.5v。湿度测量范围：20%-95%（0度-50度范围），湿度测量误差：
±
5%。温度测量范围：0度-50度温度测量误差：
±
2度。工作电压3.3v-5v。输出形式为数字输出。小板pcb尺寸：3.2cm * 1.4cm。设有固定螺栓孔，方便安装。电源指示灯为红色。每套重量约为8g。vcc ：外接3.3v-5v；gnd ：外接gnd；do：小板开关数字量输出接口，接单片机io口。vcc端口连接面包板的电源正极，gnd端口连接面包板的电源负极，data端口连接mega2560的a2端口。
[0023]
车内co、co2采集模块采用mg811固体电解质co2传感器检测空气中co2的浓度，mg811传感器正常工作的内核温度非常高，内核和周围空气直接接触，因此环境温度的变化会影响传感器的灵敏度，所以采用温度补偿电路由r1温感电阻和r2构成，由车内单片机mega2560进行控制。co2传感器采集信号经ca3140放大后的输入到车内单片机mega2560的ad引脚，经单片机ad转换后得到co、co2的浓度。co传感器：vcc端口连接面包板的电源正极，gnd端口连接面包板的电源负极，a0端口连接mega2560的a5端口。co2传感器：vcc端口连接面包板的电源正极，gnd端口连接面包板的电源负极，scl端口连接mega2560的communciation单元的scl21端口，sda端口连接mega2560的communciation单元的sda20端口。其中：scl端口与mak端口为高电平端口，需另外用导线连接至面包板的电源正极，为防止电流过大，需在这两个端口与电源之间串联一个小型电阻。
[0024]
甲烷传感器原理：红外原理。检测范围：0~100%lel、50%vol、100%vol。可选分辨率：0.1%lel(0~100%lel)、0.01%vol(0~100% vol)。检测方式：泵吸式。显示方式：lcd液晶背光显示。检测精度：
±
2%.fs报警方式：声光报警(报警点可调)。响应时间：小于30s。恢复时间：小于40s。线性误差：
±
1.0%。不确定度：2%rd
±
0.1。零点漂移：≤
±
2.0%fs/年。跨度漂移：≤
±
1.0%fs/月。工作电源：dc3.6v。传感器寿命：5年以上。使用环境：温度-20℃~+70℃。相对湿度≤95%rh(非凝露)。在凝露环境下使用需订制。电池容量：3.6vdc，5000ma，带充电保护功能。外型尺寸：180
×
190
×
100mm(l
×
w
×
h)。vcc端口连接面包板的电源正极，gnd端口连接面包板的电源负极，aout端口连接mega2560的a4端口。
[0025]
人体红外感应传感器：人体都有恒定的体温，所以会发出特定波长10μm左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10μm左右的红外线而进行工作的。人体发射的10μm左右的红外线通过菲涅尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。vcc端口连接面包板的电源正极，gnd端口连接面包板的电源负极，out端口连接mega2560的7端口。
[0026]
语音模块采用tts-v5文字语音模块，可将汉字、英文字母、数字转换成语音输出、
串口输入、喇叭输出。ttl串口控制，可使用常用单片机、电脑的usb转串口对该模块进行控制。vcc端口连接移动电源的电源正极，gnd端口连接移动电源的电源负极，rx端口（串口接收脚）连接mega2560的digital单元的51端口从而实现语音播报功能。
[0027]
其余模块连接方式为：蜂鸣器：vcc端口连接面包板的电源正极，gnd端口连接面包板的电源负极，i/o端口接mega2560的5端口。碰撞传感器：vcc端口连接面包板的电源正极，gnd端口连接面包板的电源负极，out端口连接mega2560的6端口。水位传感器：vcc端口连接面包板的电源正极，gnd端口连接面包板的电源负极。gps模块：vcc端口连接面包板的电源正极，gnd端口连接面包板的电源负极，rxd端口（模块串口接收脚）连接mega2560的imd单元的11端口，txd端口（模块串口发送脚）连接mega2560的imd单元的10端口。直流升压模块：vin+端口连接7.4v18650电池的正极，vin
ꢀ-
端口连接7.4v18650电池的负极，vout+端口连接继电器的com端口，vout
ꢀ-
端口连接电子锁芯的gnd端口。继电器：com端口连接直流升压模块的vout+端口，no端口连接电子锁芯的vcc端口，vcc端口连接面包板的电源正极，gnd端口连接面包板的电源负极，in端口连接mega2560的imd单元的8端口。电子锁芯：vcc端口连接继电器的no端口，gnd端口连接直流升压模块的vout
ꢀ-
端口。中断按钮：vcc端口连接面包板的电源正极，gnd端口连接面包板的电源负极，out端口mega2560的imd单元的2端口。报警按钮：vcc端口连接面包板的电源正极，gnd端口连接面包板的电源负极，out端口连接mega2560的imd单元的3端口。esp8266物联网模块单片机：5v端口连接面包板的电源正极，gnd端口连接面包板的电源负极，rx
←
d0端口连接mega2560的tx0
→
1端口，tx
→
d1端口连接mega2560的rx0
←
0端口。
[0028]
本发明工作原理：控制模块用于接收车内烟雾浓度信号、车内温度和湿度信号、车内二氧化碳浓度信号、车内一氧化碳浓度信号、车内甲烷浓度信号以及车内是否有人的信号，并将车内烟雾浓度信号、车内温度和湿度信号、车内二氧化碳浓度信号、车内一氧化碳浓度信号、车内甲烷浓度信号发送给手机app终端，将实时浓度信号与设计的位危险阀值进行对比，若某浓度数值过高则通过语音模块播报进行语音提示，并且发送给破窗单元信号采取紧急破窗。
[0029]
自动破窗单元用于接收是否破窗的指令后，电子控制器向继电器发出指令,使得继电器闭合破窗器中气体发生器的电源电路,电源电路闭合后,气体发生器马上点火并瞬间产生大量高温高压气体,此高温高压气体进入破窗器的气缸体内部推动活塞撞头组件快速向前运动,从而击碎车窗玻璃。
[0030]
手机app终端可查看气体数据，其中包括空气质量、烟雾、甲烷及一氧化碳数据，且数据自动同步。可查看车辆是否发生碰撞及车辆内是否有人，车辆内各项传感器时刻更新数据，精准探测信息。可将开发手机端驾驶护航者—汽车智能车辆安防及破窗系统app，进行自助注册登录，且登录后可查看多个探测数据，并可手动进行车辆载有的语音检验及系统检验。通过app可以一键查询车内温度湿度二氧化碳浓度，烟雾浓度、一氧化碳浓度；设有人体感应，若车内有人且车内温度过高、二氧化碳浓度过高、一氧化碳浓度过高，可向用户邮箱发送危险消息，并开启蜂鸣器。30s内若没有回复自动破窗。可通过app或者按键关闭。按键为实体按键，按一次所有设备停止工作，两次再次开启。若车内没有人，车内温度过高、二氧化碳浓度过高，一氧化碳浓度过高，可向用户邮箱发送危险消息，不开启蜂鸣器，不开启自动破窗。
[0031]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。