汽车驾驶室内CO报警装置设计

田艳艳，阎春利，王岩斐

(东北林业大学 交通学院，哈尔滨 150040)

目前，汽车驾驶室内人员发生窒息的事故越来越多，其主要原因是人员在驾驶室内长时间休息，此时发动机处于怠速状态，驾驶室内CO含量超过了正常人所接受的浓度，造成了人员窒息甚至身亡的事故。CO气体是一种易燃易爆的有毒气体，少量的CO即能给人体造成伤害。由于它无色无味难以被发现和感知，以致中毒及爆炸事件时有发生[1-2]。然而，对于CO这种危险气体的警报也只是应用于家用煤气的报警和采矿业[3-5]。

研究汽车驾驶室内CO含量检测及报警装置，对于汽车怠速状态驾驶室内人员的安全具有重要意义。本文分析了CO传感器及报警器的原理，并进行汽车驾驶室内CO报警装置的设计，当驾驶室内CO浓度超标时及时报警，提醒车内人员，即能减少窒息事故的发生。

1 CO报警装置设计原理

1.1 CO气体产生及危害

CO为无色、无味、无刺激的有毒气体，在水中的溶解度非常低，若被人体吸入，迅速与人体中的血红蛋白结合，使人缺氧而窒息。CO主要是含碳物质的不完全燃烧所产生的。在平时驾驶中，如果车辆的发动机中的燃油能够完全燃烧是不会产生一氧化碳的。但是，如果在怠速时则会产生一定浓度的一氧化碳，再加上排气系统如果不能正常工作，部分排气将进入驾驶室。由于驾驶室内门窗紧闭且一氧化碳不容易被闻到，时间一长，很容易造成驾驶室内CO的中毒，这种事件在夏天和冬天时候最容易出现，由于车载空调的使用频繁更容易造成这类事故。一氧化碳急性中毒是我国发病和死亡最多的急性病之一。CO的浓度与健康成年人中毒的可能症状见表1。

表1 成年人CO中毒症状

1.2 CO检测方法

随着科学技术的不断发展和人们对温室气体关注的日益提高，在工业生产和日常生活等诸多方面都越来越需要对CO气体的浓度进行监测与控制[6-8]。目前使用的CO气体浓度分析方法主要有电化学法、电气法、色谱法、红外吸收法等[9]，其中电化学方法检测CO比较成熟，而且系统简单。

1.3 CO传感器

本装置采用MQ-7 CO传感器作为检测核心原件。MQ-7 CO传感器工作电压为直流5 V，传感器模块模拟量输出0～5V电压，浓度越高电压越高，并且对一氧化碳具有很高的灵敏度和良好的选择性。MQ-7CO传感器主要用于家庭、环境的一氧化碳探测装置中，具有使用寿命长和稳定性可靠的优点。MQ-7CO传感器灵敏度曲线，以及对其他气体的灵敏度测试特性曲线如图1所示。其测试环境条件为：温度20，相对湿度65%，氧气浓度 21%，Rs为器件在不同气体、不同浓度下的电阻值，R0为器件在洁净空气中的电阻值。

图1 MQ-7型传感器灵敏度特性曲线

2 驾驶室内CO报警装置实现

2.1 电路图及工作原理

根据汽车驾驶室的实际情况，查阅许多相关的参考文献[10-11]，设计出的汽车驾驶室内CO报警装置电路图如图2所示。

在图2中，汽车驾驶室内CO报警装置包括：直流电源1，MQ-7CO气体传感器2，LM393电压比较器3、LED发光二极管4、89C52芯片5和蜂鸣器6。其中，直流电源1输入端与车辆内的点烟器相连，输出5V直流电压，输出端与MQ-7CO气体传感器2、LM393电压比较器3、LED发光二极管4及89C52芯片5相连，MQ-7CO气体传感器2输出端连接LM393电压比较器3，电压比较器3输出端连接到89C52芯片5和LED发光二极管4，89C52芯片5输出端连接到蜂鸣器6。

当CO传感器检测CO气体时，A、B之间的电阻值改变，导致与其串联的负载电阻丝的有效电压也发生改变，从而对不同浓度的CO产生不同的电压信号。电压信号通过LM393电压比较器，模拟量电压与参考固定电压(危险浓度时的电压)比较，若接近参考固定电压，则1号管脚输出低电平，LED电路导通，发光二极管闪亮。在89C52芯片5中，1接5V电源正极，LM393电压比较器的输出端DOUT接单片机的P2^0口，AOUT是MQ-7CO传感器的模拟电压输出端，接单片机P2^1口，蜂鸣器6接单片机P3^1口。

图2 汽车驾驶室内CO报警装置电路图

2.2 程序实现

驾驶室内CO报警装置的软件部分通过89C52芯片实现，利用Keil软件编写程序。下面为实现灯光报警和蜂鸣的主程序。

void main()

{

while(1)

{

LED1=1；

delay 1s()；

LED1=0；

delay1s()；

BEEP=1；

delay1s()；

BEEP=0；

delay1s()；

if(DOUT==0)

{

delay1s()；

if(DOUT==0)

{

LED1=0；

BEEP=0；

}

}

}

}

2.3 报警装置实物图与试验验证

驾驶室内CO报警装置如图3和图4所示。

通过在密闭空间和车辆驾驶室内制造CO气体进行检测，所设计的CO报警器当空气中的CO浓度达到125 mg/m3时，5 s后报警灯闪烁，蜂鸣器发出报警；当CO浓度达到250 mg/m3的时候，2 s钟内蜂鸣器就发出蜂鸣和灯光闪烁，起到报警作用。

图3 连接图

图4 设计成品

3 结 论

针对汽车怠速时驾驶室内CO浓度高易发生驾乘人员中毒甚至死亡事故，设计了汽车驾驶室内CO报警装置，包括硬件设计和软件设计。通过多次试验，所设计的CO报警器当驾驶室内CO浓度达到125 mg/m3时，5s后报警灯闪烁，蜂鸣器发出报警；当CO浓度达到250 mg/m3的时候，2 s钟内蜂鸣器就发出蜂鸣和灯光闪烁，设计装置和程序能起到汽车驾驶室CO报警作用，取得了预期效果。驾驶室内CO报警装置能够避免汽车长时间怠速时驾驶室内CO浓度过高造成人员窒息的事故，起到防范于未然的作用。

【参 考 文 献】

[1]周 焱.一种便携式CO泄露检测仪的设计[J].电脑知识与技术，2009，5(2)：493-495.

[2]刘忠富，游国栋，于为民.新型低功耗CO检测系统的研制[J].自动化仪表，2008，29(10)60-63.

[3]米晓坤.煤矿井下一氧化碳气体检测[J].煤炭技术，2009，28(7)：111-112.

[4]孙宇峰，黄行九，刘 伟等.电化学CO气体传感器及其敏感特性[J].传感器技术，2004，33(7)：14-17.

[5]林德俊.气相色谱法同时连续测定空气中的CO与CO2[J].理化检验(化学分册)，1996，32(6)：358-561.

[6]王宝辉，吴继周.有毒气体的扩散吸收和无动力检测技术[J].中国安全科学学报，1997，7(1)：57-60.

[7]唐少农，袁 虎，毛导钦.程控一氧化碳报警器的设计[J].南华大学学报(理工版)，2003，17(4)：83-86.

[8]黄双根，吴 燕，黄大星.给予STC89C52新型一氧化碳报警器设计[J].机械与电子，2009(10)：67-69.

[9]黄楠韬.几种重要的气体传感器的特性分析[J].华北科技学院学报，2009，6(3)：117-118.

[10]王小增，杨久红.CO浓度检测仪表硬件电路设计[J].仪表技术与传感器，2007(6)：19-20.

[11]张杰艺，孙振伟，许 涛.基于AVR的汽车节油及故障预警的智能化指示仪[J].森林工程，2013，29(5)：67-69.