汽车智能透气功能之硬件电路设计

童平锋

(鄂州职业大学，湖北鄂州 436000)

随着人们生活水平的日益提高和汽车的逐步普及，家用汽车作为一种代步工具已进人千家万户，同时消费者对家用汽车的安全性、耐用性、方便性、美观性等各个方面也越来越重视。汽车使用者因疏忽大意，近年来儿童在车内窒息死亡的悲剧在每年夏季时有发生，当车门、车窗紧闭时，车内就成了一个封闭的、狭小的空间，密闭车内气温飙升，容易导致车内孩子出现缺氧、脱水昏迷，甚至窒息死亡。而基于汽车智能透气功能智能控制器的电路，完全能够避免此类悲剧的发生，而且安全可靠，功能完成后自动断电。此功能如能成为家用车的标配，既能提高汽车的智能化程度，同时又能保护车内的儿童安全。

1 硬件电路结构与设计

为了提高电路的智能化和安全性，本电路采用了功能完善的自动断开电源电路，减少了蓄电池的消耗。利用单片机，通过两个传感器对车内的人体及车内温度进行判别，从而进行开窗透气，操作完成后便立即自动断电。系统的硬件电路结构如图1所示，它主要由单片机模块、电源控制模块、传感器检测模块、输出控制模块等组成。

图1 系统原理框图

2 单片机的选取

目前市场上单片机的种类有很多，本文选用深圳宏晶科技公司的双列直插16脚单片机STC15W204S。它是单时钟(1T)单片机，其具有宽电压、高速、高可靠、低功耗的特点，同时内部集成高精度RC时钟，内置高可靠复位电路，从而彻底省掉外部晶振和外部复位电路。片内有4K字节的程序存储器，工作温度-40℃～+85℃[1]。

3 电源控制模块

电源模块由图2、图3、图4和图5四部分组成(图3中继电器端子号分别与图4中端子号对应连接)。电源控制模块工作原理分两部分：第一部分为12V受控电源，此12V受控电源由车钥匙控制点火开关30端与SU端的接通和断开控制。其原理：当驾驶人在车上并且车钥匙插进点火开关时30端与SU端接通。图3电路输入端为高电平，此时三极管Q导通工作，继电器得电，两组常开触头闭合，蓄电池BT1-12V经FU2A熔断器及继电器触头给电容C1充电。图4电路无12V电压输出，透气电路不工作，此时汽车正常工作，互不干扰。当驾驶人拔出车钥匙时30端与SU端断开，这时三极管基极由高电平变为低电平0V,此时三极管截止不工作，继电器由于失电，两组常开触头复位(3与5接通；4与6接通)。此时图4电路中电容C1上储存的电压，经过继电器常闭触头供给A点(即运算放大器TL061的同相输入端)与B点(即运算放大器TL061的反相输入端)基准电压作比较。当UA>UB时运算放大器TL061输出高电平，使T1和T2导通输出+12V电压供后续电路工作用。随着电容C1不断向R1放电，使UA下降，当UA

图2 汽车点火开关

图3 继电器控制电路

图4 自动延时断电电路

图5 5V稳压电路

4 传感器检测模块

传感器检测模块由两个部分组成。第一部分为车内热释电型红外传感器电路，如图6，热释电型红外传感器用于人体检测传感器，由于温度为36～37℃的人体辐射出来的热能是峰值为9～10μm的红外线[3]，因此可以用热释电型红外传感器检测车内人体的有无。当探测到车内有人时，传感器S端输出信号经专用传感信号处理集成电路BISS0001处理放大，放大后的高电平通过引脚2并经电阻R11送到单片机P1.1端口供单片机处理。第二部分为车内温度传感器电路，如图7，该传感器电路由负温度系数的热敏电阻TR和A/D模数转换电路LM331[4]组成。由于热敏电阻TR上输出的是变化的模拟量信号，单片机接收的是数字信号，所以在电路中采用了A/D模数转换电路LM331。A/D 转换电路有很多种，为了简化电路设计，尽可能降低成本，该电路中采用LM331来实现A/D的转换。LM331具有频率范围较宽，非线性失真低，在+5V电压工作也能保证转换精度，同时功耗非常低在+5V时仅为15mW。TR输出端得到随温度变化的模拟电压信号送到LM331进行A/D转换，转换后的信号经LM331引脚3端子输出给单片机引脚11端子(P3.2端口)，供单片机内部处理。

图6 热释电型红外传感器电路图

图7 温度传感器电路

5 输出控制模块

输出控制模块由图8、图9、图10三部分组成。第一部分为接通点火开关的30—15端子电路如图8，该电路由12V的继电器和一只三极管组成，控制点火开关上30端子与15端子的接通和断开。第二部分为后窗玻璃下降控制电路如图9，该电路由一只三极管组成的电子开关电路，其集电极和发射极分别与后窗玻璃下降控制按钮开关并联进行控制。第三部分为切断系统电源控制电路如图10，该电路由一只三极管组成的电子开关电路，输入高电平导通，用于切断电源控制。

图8 接通30—15端子控制电路

图9 后窗玻璃下降控制电路

图10 切断电源控制电路

全部智能控制分为三种情况：

(一)当驾驶人拔出车钥匙单片机得电，单片机得电后开始计时，5分钟后驾驶人还没有来插入车钥匙，则单片机内部程序立即扫描由车内红外传感器送来的信号输入到单片机P1.1端子进行判断，如为高电平则说明车内有人。接着单片机扫描由车内温度传感器电路送来的信号经端子P3.2输入给单片机内部频率计数器进行计数并判断。当温度传感器电路送来的信号与单片机程序设定温度值(如27℃)进行比较，如大于设定温度值(如27℃)则单片机P1.3端子输出高电平信号，此信号同时送到图8和图9电路的三极管基极，使这两只三极管饱和导通，此高电平约保持1.5秒(此时间可以在程序中修改)，从而控制后窗玻璃下降10厘米(下降10厘米的作用有两个，一是透气，二是防止儿童从窗户爬出)，同时单片机P1.5端子输出高电平送到图10输入端使三极管立即导通，切断系统电源，图10中三极管的集电极和发射极与图4自动延时断电电路模块中的R1并联。

(二)当5分钟后，内部程序扫描由车内红外传感器送来的信号输入到单片机P1.1端子进行判断，如为低电平则说明车内无人，此时单片机P1.3端子输出低电平给图8和图9电路的基极输入端，此时这两个电路截止不工作，同时单片机P1.5端子输出高电平给图10三极管的基极从而使其饱和导通，此时图4中电容C1上的电压迅速变为0，从而使UA

(三)虽然车内有人，但车内温度低于设定温度值(如27℃)，此时单片机P1.5端子输出高电平给图10三极管的基极从而使其饱和导通，此时图4中电容C1上的电压迅速变为0，从而使UA

6 本系统硬件成本

为了简化电路设计，尽可能降低成本，该系统采用价格便宜且容易采购的元件，全部硬件加起来不超过100元。主要元件价格：STC15W204S单片机8左右元，热释电型红外传感器30元左右，负温度系数传感器15元左右，12V继电器10元左右，L7805稳压器5元左右，其它电阻、电容、三极管价格更便宜几角一只。

7 系统软件设计

为便于程序调试，系统软件采用模块化设计，它由主程序和子程序组成。程序先进行初始化，然后计时5分钟后判断车内是否有人以及车内温度，根据判断结果完成相应的操作。系统主流程如图11所示。

图11 主流程图

8 结 语

本文介绍了新型汽车智能透气功能电路，此功能能够很好地避免儿童被锁车内的悲剧的发生。这种电路结构原理比较简单，制造成本较低，元件易于采购；电路响应迅速、节能、易于实现；抗干扰能力强、寿命长、可靠性高。在汽车安全设计时具有一定的实用参考价值。