摘要：本文设计了一种自定位功能防窒息车载智能检测装置，介绍了装置的设计原理、硬件模块设计和软件流程设计。经测试，装置可有效防止车内CO中毒事件发生。
关键词：CO中毒；防窒息；车载智能检测
引言
家庭小轿车越来越多，由于冬季比较寒冷，夏天比较炎热，车内多数都安装了车用空调或暖气，而大多数人没有开窗的习惯，时间久了易引起一氧化碳中毒。我国每年都发生多起车内一氧化碳中毒死亡事故。本装置可有效防止车内CO中毒事件的发生。
1原理
本装置由微处理器K60、一氧化碳检测模块、GPS 模块、GPRS 模块、LCD 屏、震动器、蜂鸣器等部分组成。
系统工作流程：CO传感器将采集到的CO浓度（0-1250mg/m3）的电流信号0-0.1mA经调制放大后，送到微处理器的10位ADC模块进行转换，并进行数据缓存；GPS模块将采集到的地理位置信息，经UART送入存储器。当微处理器接收到CO传感器传输的CO浓度超标时，控制报警器发出声光报警，这时车内人员如果听到声光报警的信号需要手动按停即可并打开车窗关闭发动机以减小车内CO的浓度，保证人员安全。若报警声5分钟之内没有被手动按停，即自动控制打开天窗和车窗，并且通过GPRS模块将数据送入基站，完成自定位报警功能。
其中，JTAG 端口主要用作 K60的芯片内部测试及在线系统编程；输入端口-键盘的功能为设定浓度报警值、扫描周期、查询芯片运行时间及系统运行状态等，看门狗作用防止程序放飞甚至系统死机；显示数据和报警模块为LCD、震动器、蜂鸣器，LCD 屏的主要作用为显示系统运行时间、GPRS信号强弱、电池电量、汽车定位、CO浓度及历史报警等相关信息；震动器和蜂鸣器主要作用为震动及语音报警；天窗和车窗启动开关在系统报警后自动或手动开启天窗和车窗。
2系统硬件模块设计
2.1控制模块
系统微处理器采用飞思卡尔公司的K60。K60是飞思卡尔公司推出的以ARM-CORTEX-M4为内核的32位MCU。K60系列微控制器具有IEEE1558以太网，全速和高速USB2.0On-The-Go 带设备充电探测、硬件加密以及防篡改探测能力，具有模拟、通信、定时和控制外设等功能。K60含有的功能模块包括：串行通信 UART、GPIO、定时器、A/D、D/A、CMP、TSI、SPI、I2C、I2S、CAN、USB、SDHC 以及存储模块。
2.2一氧化碳检测模块
一氧化碳传感器采用东莞市楚环传感技术有限公司生产的一氧化碳检测模块CH-CO，该模块输出接口齐全，包括RS485、4-20mA、0-5V、I2C等，可带数据存储软件。CH-CO一氧化碳检测模块采用集成化电路，模块通过校准后将气体浓度转换为4~20mA、0-5V、Modbus等标准信号，通过CH-CO一氧化碳检测模块24小时在线监测CO浓度。CO一氧化碳检测模块以电化学传感器为基础，通过16位AD转换器件采集传感器信号，经过智能软件算法、标准气体校准之后，将传感器信号转化为modbus、4-20mA等标准信号。通过配套采集软件，不仅可以修改模块地址、实时监测浓度，还具备数据保存、查询、导出功能。
2.3GPS模块
GPS模块采用深圳市天工测控技术有限公司生产的车规级GPS模块SKG12Q，将GPS模块采集到的信息经UART送入存储器。该GPS模块为专门针对汽车前装市场推出的一款车规级GNSS（BDS、GPS、GLONASS、GALIEO、QZSS和SBAS）定位模块，采用了通过AEC-Q100标准的GNSS芯片，支持多系统联合定位及单系统独立定位，GPS接收通道数99个，接收灵敏度达到-165db，冷启动时间23s，热启动时间＜1s，温启动时间为2~3s，且符合ISO16750标准中的“道理车辆环境及电气电子设备测试标准”的相关规定。
2.4GPRS 模块
GPRS 模块采用深圳睿德通电子科技公司研发的RDT-R23无线数传终端，是一款高集成度的小功率半双工的无线数传终端，其采用“TI” 高性能射频芯片及高速单片机。终端模块提供16个频道，并配备有专业的设置软件，以便进行参数更改，终端模块采用透明传输的方式。若报警声5分钟之内没有被手动按停，微处理器通过RDT-R23无线数传终端将数据送入基站，完成自定位报警功能。
2.5报警模块
报警模块采用CO气体报警器将空气中CO气体的浓度信号转换成微弱的电流或电压信号，再经过一级或两级信号放大，传送给微处理器进行信号比较与处理，超过预定的阈值，微处理器就发出声光报警信号，驱动LED灯、喇叭或蜂鸣器报警。
3系统软件流程设计
系统软件流程设计如图1所示。系统首次检测到一氧化碳浓度报警时，浓度及地理位置数据存储并延时10s；再次检测到报警时，数据存储并再次延时10s；当第三次检测到报警时，微处理器K60判定此时一氧化碳浓度超过警戒线，即时将报警信息送入LCD、震动器、蜂鸣器、天窗和车窗启动开关，实现一氧化碳浓度的光、震动及讯响报警；同时，控制天窗与车窗自动开启，报警信息通过GPRS模块，发送给预定接收人。
图1软件流程图
4结语
本系统主要运用现代电子控制方法，即运用传感器、ECU和执行器组成电子控制系统。本系统由K60控制器 ，CO传感器及其调理电路，报警指示电路和天窗及车窗驱动控制部分组成。经过测试，系统可完成检测CO浓度并进行报警、发送信息等功能。
论文作者:李竹芳 吕培欣 张硕仑 王立娇 陈厚丞
论文发表刊物:《知识-力量》2019年9月32期
论文发表时间:2019/7/19
标签：模块论文; 氧化碳论文; 浓度论文; 微处理器论文; 信号论文; 系统论文; 传感器论文; 《知识-力量》2019年9月32期论文;