一种汽车危险源自动开窗系统的研究

卢孟常

【摘要】本文研究一种危险源报警开窗系统，实现通过传感器检测车内各种危险源（主要为一氧化碳中毒和高温），当在有乘客且危险值达到上限的情况下，系统自动开启车窗，从而有效降低汽车危险源造成的人员伤亡事故。

【关键词】汽车危险源 自动开窗

近年来，我国的私家车拥有量呈爆炸式增长态势，拥有一部汽车为家庭的出行带来极大方便。相信对汽车稍微熟悉的人都知道，如果汽车上自带自动升窗功能的话，将为汽车的防盗、防雨水侵入带来极大的保障。自动升窗器是为保护汽车安全而设计，但是否有一种为保护汽车乘务人员人身安全的自动开窗器呢？下面，本文在此为这一理念的实现进行理论分析。

为何要对汽车进行自动开窗动作呢？下面我们通过以下两个实际案例可以知道：

事件一，2013年广东英德市一名3岁小女孩，被粗心大意的校车司机和随车老师遗忘在校车上近8个小时，因车内温度过高而窒息死亡。

事件二，上海浦东公安分局接到报警，人民某路口附近停车场内有一辆车从15天前一直停放。民警到场后发现，门窗封闭但未上锁。民警打开车门发现有一男一女坐于车辆后排，均已死亡。经现场勘查，钥匙呈启动状态，该车在倒车停放时，车辆尾部被杂草、泥巴等杂物部分地堵塞了排气管。浦东警方初步判断，2人死亡原因系车辆废气倒灌中毒所致。

从上述两个典型事件中可知，因在有乘客车内高温、一氧化碳中毒等均是造成人员伤亡与车辆财产损失的重要原因。

据调查研究，目前市场上所售汽车对车窗的控制主要为升窗动作，比如：安装有升窗器的汽车，可在汽车熄火后通过遥控器对未关闭的车窗进行遥控升窗，无需重新开启汽车电源操作。高档一点的汽车，可以实现在发动机熄火后自动检测车窗的关闭状态而自动锁窗。而针对汽车内部危险源对车窗做开窗动作的功能尚未发现类似产品。如果能研究一款集检测高温、一氧化碳报警与自动开窗功能于一体的汽车危险源自动开窗系统，则可有效解决上述事件中带来的问题。

其实，自动开窗功能与自动升窗器的基本原理有相似之处。自动升窗器通常是只有在车钥匙熄火后，才会生效的，关窗也只生效一次。其模式有三种：一是车钥匙熄火后取下钥匙立即自动开始关窗；二是车钥匙熄火后取下车钥匙，将驾驶员车门关上后，自动开始关窗；三是车钥匙熄火后，关车门后，按遥控器时自动开始关窗。

升窗器的类型主要有时间控制型、程序控制型和智能型三种。前面两种属于早期产品，目前普遍使用智能型升窗器，这种自动升窗器通常采用两路CAN总线控制，一路CAN通过检测汽车内部OBD信息；一路CAN用于发送控制数据以实现升窗和降窗动作，由于不同的汽车OBD信息端口并不相同，要破解则需要厂方的技术参数，要满足汽车的通用性较为困难。

本文所设计的电路将采用一种脱离原车电路的实现方法，可較好解决安装的通用性。其结构原理图如图1所示，电路采用单片机技术和电磁驱动机构来实现开窗功能，该系统可实现独立汽车自带ECU系统控制汽车做开窗动作。

从图中可知，该系统包括有：传感器部分，主要用于感知室内汽车尾气一氧化碳含量；感知有人状态下，汽车室内温度值；感知汽车室内是否有无乘客，以保证在无人情况不会做报警和开窗动作。A/D转换电路，用于将各路传感器模拟量转换成数字量，输入到单片机中进行相关信号处理。单片机控制电路部分，主要完成对各路数字信号的处理和输出，实现对整个系统的自动控制。设置按键电路部分。该部分主要实现系统的启动和停止，以及对各路模拟量上下限值的设置，以适应不同环境下感知量的调节。驱动电路部分，该电路主要实现对显示屏、车窗驱动电路和报警电路的驱动。显示屏和报警电路部分，该电路主要实现模拟量上下限值的显示和触发报警。车窗驱动机构部分，该部分主要完成和原车车窗驱动电路对接，实现在传感器感知危险源情况下驱动车窗做降窗动作。

该系统的设计思路：该装置主电路板为一单片机控制器，电源可通过车自带蓄电池直接获取。装置信号输入端包括：一氧化碳传感器、温度传感器和人体感应传感器探头通过插接口与主板相连接，安装在车内空气流通位置。主电路板上设置有“开关”、“设置”和“+”、“-”按钮，以实现对电路的启停、传感量上下限值的调节（一般状态下根据人体所能承受的上限值固化下来而不建议随便调整）。装置的输出部分包括：高响度报警扬声器、车窗驱动信号输出端子。高响度报警扬声器直接安装在主电路板上，车窗驱动信号输出通过插接口可接入原车车窗驱动电路接口（为保证不破坏原车结构情况下此功能亦可不接）。当按下主电路开关并插上电源的情况下，装置开始工作。首先，人体感应传感器探头开始检测是否有乘客，在无乘客状态下，系统处于休眠状态；当检测到有乘客时，温度传感器和一氧化碳传感器开始检测，当检测到一氧化碳和温度值达到设定上限时，报警器开始报警并打开驱动电路开启车窗。

需要说明的是，该电路作为汽车电子线路的一部分补充，需在原车电路的线路基础上接入。而随着电子技术的飞速发展，汽车电子配套系统也日趋成熟，不排除一些高端的汽车配有车窗侵入防盗系统，当车窗开启未经原车自带ECU系统允许，则会导致报警。但就目前情况而言，本系统作为一种汽车安全辅助装置，对于防止意外、保障人体安全是可以起到一定防范于未然之用的。