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摘要：随着私家车的数量日渐增多，近几年来所出现的密闭空间下在车内开空调导致一氧化碳中毒身亡的现象更是不在少数，因而汽车安全问题也广泛受到了人们的关注。文中设计了一款实时监测车内一氧化碳含量，并以车窗自动升降的方式将该含量有效地控制在安全范围内的装置，用以保护车内休息人员的安全。
关键词：车内一氧化碳；检测控制；报警器
Abstract：In recent years，with the number of private cars growing larger and larger，it is not uncommon for carbon monoxide poisoning to kill the people sleeping inside with air conditioning on in the confined space. Therefore，the automobile safety issue has been widely concerned. In this paper，a real-time monitoring device of carbon monoxide content in the vehicle is designed，and the contents can be effectively controlled in a safe range by automatic lifting of the window，which makes the safety of the occupants get realized.
Keywords：Interior carbon monoxide detection and control alarm
汽车发动机在怠速工况下的空燃比为较浓的空燃比，燃料和空气燃烧后还会存在一定的残余气体，而残余气体将会不断地与燃烧后产生的二氧化碳结合而产生大量的一氧化碳。在风力较弱或者是低洼地带的时候，空气较少流通，就会导致产出的一氧化碳不能够快速地扩散，使得车内的人员极易出现一氧化碳中毒的事故。此外，当汽车在较为密闭的空间停下时，汽车发动机排出的一氧化碳积聚在四周，无法及时散去，此时若还继续地保持空调开启，又没能及时地将车窗开启通风，空调的进风口便会将周围的一氧化碳吸入到车厢内，再加上汽车车内的人在呼吸的时候耗费氧气而排出二氧化碳，车内氧气就会逐渐地逐渐减少，车里的人就会因中毒而逐渐失去知觉，严重的情况下就会丧失生命[1]。
如今，拥有小汽车的家庭日益趋增，但是汽车安全知识却没有得到广泛的普及，这也是为什么近几年越来越多车内安全事故发生的主要原因。因此，设计一个能够有效保障人员在车内安全的装置是社会发展的必然结果。本文设计了一款通过车窗的自动升降来降低车内一氧化碳含量的控制装置，可以及时而有效地保护车内人员的安全。
1.一氧化碳浓度对车上人员的影响
早已有实验测试，将一辆空调保持开启状态，车窗关闭且处于外循环的状态下的汽车放置于某車行烤漆房内，用一氧化碳检测仪来检测不同时间下车内一氧化碳的含量，结果如下：0分钟，车内的一氧化碳浓度为0ppm，车内的温度约为20℃，人体感觉较为舒适；1分钟，车内的一氧化碳浓度为5ppm；3分钟，车内一氧化碳检测仪警示灯开始不断地闪烁；5分钟，车内的一氧化碳浓度为65ppm，检测仪警示灯保持闪烁状态并开始震动；15分钟，车内的一氧化碳浓度为70ppm，检测仪警示灯保持闪烁并剧烈震动；25分钟，车内一氧化碳浓度为91ppm，检测仪警示灯不停闪烁并报警，人体进入烤漆房内会有明显的窒息感，呼吸较困难，进入车内1分钟后能够明显感觉到不适[2]。
以上实验说明，若在密闭空间内中仅仅经过20分钟后，汽车只要保持空调开启就将会产生大量的一氧化碳，而乘坐在车内的人员会存有呼吸困难等不适。
2.降低车内一氧化碳装置设计方案
2.1基本工作方法
国家职业卫生标准规定，在工作场所中，非高原条件下一氧化碳时间加权平均容许浓度为20mg/m3，短时间接触容许浓度為30mg/m3，在海拔2000-3000m条件下最高容许浓度为20mg/m3，在海拔大于3000m条件下最高容许浓度为15 mg/m3 [3]。该装置参考国家相关规定，工作方法设计如下：当车内一氧化碳浓度大于30 mg/m3时，车窗自动下降10mm，通风五分钟后，关闭车窗，以保证车上人员正常休息。因此设备应具有以下基本功能：1.降低车内CO含量功能；2.停电保护功能；3.准确检测CO含量功能。此外，该装置还可以增添输出报警开关信号，利于其他模块的扩展，也可将其嵌入到车载系统中，充当智能车载系统的组成部分，并将数据传输到手机等终端，进而实施远程监控、提醒[4]。
2.2基本结构
装置电路简图如图所示：
3.装置设计原理
3.1设计思路
3.2工作原理
当车内一氧化碳传感器检测到一氧化碳含量处于正常值（车内一氧化碳浓度小于15 mg/m3）时，车内一氧化碳传感器所在电路断开，继电器线圈不工作，车窗控制器、车窗限位器、报警装置、氧气释放装置均不工作。
当车内一氧化碳传感器检测到一氧化碳含量处于较高含量即超标（车内一氧化碳浓度大于30 mg/m3）时，车内一氧化碳传感器所在电路导通，继电器线圈工作。继电器线圈通电后产生磁场，使得继电器常开触点处于闭合状态，整个电路接通，车窗控制器以及车窗玻璃升降器开始工作，将汽车车窗自动下降10mm，通风5分钟后关闭车窗，而后再次进行一氧化碳含量的检测，若含量正常，则车内一氧化碳传感器不导通，电路断开。含量超标之后，每进行一次调节，含量超标时间加5分钟，当一氧化碳含量超标时间大于20分钟时，声音报警装置以及O2释放装置将启动，开始报警的同时释放氧气，以确保车内人员的安全。 与此同时仍不断进行一氧化碳含量的检测，含量正常则电路不接通，报警装置及O2释放装置停止工作，否则继续进行报警，释放O2。
4.元件选择
4.1检测电路元件
（一）熔断丝：当电路电流过大时，熔断丝的电阻大，造成大量热量，并最终使得熔断丝烧断，进而保护电路。
（二）继电器：通过控制线圈和触电的工作状态来使工作电路接通或断开。当一氧化碳检测仪检测到一氧化碳含量超标，车内一氧化碳传感器接通后，继电器线圈开始工作，常开触点闭合，接通整个电路。
（三）车内CO传感器：控制车内一氧化碳传感器所在电路的接通与断开。当一氧化碳检测仪检测到车内一氧化碳含量在正常的范围内时，车内一氧化碳传感器不导通，其所在的电路没有连接，整个电路进而处于断开状态；当一氧化碳检测仪检测到车内一氧化碳含量过多时，车内一氧化碳传感器便会导通，其所在电路接通，车窗控制器和车窗玻璃升降器开始工作。
4.2控制电路元件
（一）装置总控制器：起计时作用并控制车窗升降、报警装置和O2释放装置电路的通断。每检测到一次一氧化碳氧气含量超标，及时使车窗下降10mm，并将一氧化碳含量超标时间t加5分钟。当t小于等于20分钟时，报警装置和氧气释放装置电路断开；当t大于20分钟时，报警装置和氧气释放装置开始工作，进行声音报警并释放氧气。
（二）时间置“0”器：用以将一氧化碳含量超标的时间置零。一是在一氧化碳检测仪开始工作时给一氧化碳含量超标时间t赋值，即t=0（min）；二是在一氧化碳检测装置检测到含量超标且20分钟内还未能将一氧化碳含量调至正常数值，启动报警装置和氧气释放装置开始工作以后，如若再次检测到一氧化碳含量正常时，将一氧化碳含量超标时间t调至0（min）。
（三）车窗控制器：控制车窗的开闭。在一氧化碳含量超标时，车窗控制器控制车窗，使其下降到一定距离，5分钟后关闭车窗。
（四）车窗玻璃升降器：控制车窗打开的程度。一氧化碳含量超标时，车窗控制器控制车窗，使其下降10mm。
（五）声音报警装置：當一氧化碳含量超标，且20分钟内未能将含量调至正常数值时，报警装置开始工作，用以提醒车内休息人员。
（六）O2释放装置：当一氧化碳含量超标，且20分钟内未能将含量调至正常数值时，氧气释放装置工作，释放一定氧气，保证车上人员的安全。
5.结语
通过研究可以发现，经过检测一氧化碳的含量并在含量较高时自动使车窗降低一定高度来使车内CO含量变低，假如经过初步处理后车内CO还是不能达到正常值，则装置发出声音警报提醒车内人员尽快离开车内并及时释放适当的O2来保证车内休息人员能够顺利吸入正常所需的氧气，能够有效地避免人体在车内发生眩晕甚至窒息的现象，当车内CO含量恢复至正常值时，警报将会解除，表示车内环境已经处于安全状态，对人体没有影响，经过这能使车内CO含量减低的装置，使人员在车内更加安全。
参考文献：
[1]空调车应注意一氧化碳中毒[J]. 道路交通管理，1998（8）：17.Attention to carbon monoxide poisoning[J]. Road Traffic Management，1998（8）：17.
[2]龔曙光.封闭车库开汽车空调相当于自杀[N].潇湘晨报数字报，2012-8-31.
[3]GBZ 2.1-2007. 工作场所有害因素职业接触限值 第1部分：化学有害因素 [S]. 北京：人民卫生出版社，2007-11.
[4]赵世婧.一种汽车车内一氧化碳报警仪的设计[J].中国仪器仪表，2016（73-75）
作者简介：
孟佳（1995-），江苏兴化人，本科生，主要研究方向：汽车运用技术。
吴君华（1974-），湖南邵阳人，博士后，教授，主要研究方向：发动机排放控制技术。
关键词：车内一氧化碳；检测控制；报警器
Abstract：In recent years，with the number of private cars growing larger and larger，it is not uncommon for carbon monoxide poisoning to kill the people sleeping inside with air conditioning on in the confined space. Therefore，the automobile safety issue has been widely concerned. In this paper，a real-time monitoring device of carbon monoxide content in the vehicle is designed，and the contents can be effectively controlled in a safe range by automatic lifting of the window，which makes the safety of the occupants get realized.
Keywords：Interior carbon monoxide detection and control alarm
汽车发动机在怠速工况下的空燃比为较浓的空燃比，燃料和空气燃烧后还会存在一定的残余气体，而残余气体将会不断地与燃烧后产生的二氧化碳结合而产生大量的一氧化碳。在风力较弱或者是低洼地带的时候，空气较少流通，就会导致产出的一氧化碳不能够快速地扩散，使得车内的人员极易出现一氧化碳中毒的事故。此外，当汽车在较为密闭的空间停下时，汽车发动机排出的一氧化碳积聚在四周，无法及时散去，此时若还继续地保持空调开启，又没能及时地将车窗开启通风，空调的进风口便会将周围的一氧化碳吸入到车厢内，再加上汽车车内的人在呼吸的时候耗费氧气而排出二氧化碳，车内氧气就会逐渐地逐渐减少，车里的人就会因中毒而逐渐失去知觉，严重的情况下就会丧失生命[1]。
如今，拥有小汽车的家庭日益趋增，但是汽车安全知识却没有得到广泛的普及，这也是为什么近几年越来越多车内安全事故发生的主要原因。因此，设计一个能够有效保障人员在车内安全的装置是社会发展的必然结果。本文设计了一款通过车窗的自动升降来降低车内一氧化碳含量的控制装置，可以及时而有效地保护车内人员的安全。
1.一氧化碳浓度对车上人员的影响
早已有实验测试，将一辆空调保持开启状态，车窗关闭且处于外循环的状态下的汽车放置于某車行烤漆房内，用一氧化碳检测仪来检测不同时间下车内一氧化碳的含量，结果如下：0分钟，车内的一氧化碳浓度为0ppm，车内的温度约为20℃，人体感觉较为舒适；1分钟，车内的一氧化碳浓度为5ppm；3分钟，车内一氧化碳检测仪警示灯开始不断地闪烁；5分钟，车内的一氧化碳浓度为65ppm，检测仪警示灯保持闪烁状态并开始震动；15分钟，车内的一氧化碳浓度为70ppm，检测仪警示灯保持闪烁并剧烈震动；25分钟，车内一氧化碳浓度为91ppm，检测仪警示灯不停闪烁并报警，人体进入烤漆房内会有明显的窒息感，呼吸较困难，进入车内1分钟后能够明显感觉到不适[2]。
以上实验说明，若在密闭空间内中仅仅经过20分钟后，汽车只要保持空调开启就将会产生大量的一氧化碳，而乘坐在车内的人员会存有呼吸困难等不适。
2.降低车内一氧化碳装置设计方案
2.1基本工作方法
国家职业卫生标准规定，在工作场所中，非高原条件下一氧化碳时间加权平均容许浓度为20mg/m3，短时间接触容许浓度為30mg/m3，在海拔2000-3000m条件下最高容许浓度为20mg/m3，在海拔大于3000m条件下最高容许浓度为15 mg/m3 [3]。该装置参考国家相关规定，工作方法设计如下：当车内一氧化碳浓度大于30 mg/m3时，车窗自动下降10mm，通风五分钟后，关闭车窗，以保证车上人员正常休息。因此设备应具有以下基本功能：1.降低车内CO含量功能；2.停电保护功能；3.准确检测CO含量功能。此外，该装置还可以增添输出报警开关信号，利于其他模块的扩展，也可将其嵌入到车载系统中，充当智能车载系统的组成部分，并将数据传输到手机等终端，进而实施远程监控、提醒[4]。
2.2基本结构
装置电路简图如图所示：
3.装置设计原理
3.1设计思路
3.2工作原理
当车内一氧化碳传感器检测到一氧化碳含量处于正常值（车内一氧化碳浓度小于15 mg/m3）时，车内一氧化碳传感器所在电路断开，继电器线圈不工作，车窗控制器、车窗限位器、报警装置、氧气释放装置均不工作。
当车内一氧化碳传感器检测到一氧化碳含量处于较高含量即超标（车内一氧化碳浓度大于30 mg/m3）时，车内一氧化碳传感器所在电路导通，继电器线圈工作。继电器线圈通电后产生磁场，使得继电器常开触点处于闭合状态，整个电路接通，车窗控制器以及车窗玻璃升降器开始工作，将汽车车窗自动下降10mm，通风5分钟后关闭车窗，而后再次进行一氧化碳含量的检测，若含量正常，则车内一氧化碳传感器不导通，电路断开。含量超标之后，每进行一次调节，含量超标时间加5分钟，当一氧化碳含量超标时间大于20分钟时，声音报警装置以及O2释放装置将启动，开始报警的同时释放氧气，以确保车内人员的安全。 与此同时仍不断进行一氧化碳含量的检测，含量正常则电路不接通，报警装置及O2释放装置停止工作，否则继续进行报警，释放O2。
4.元件选择
4.1检测电路元件
（一）熔断丝：当电路电流过大时，熔断丝的电阻大，造成大量热量，并最终使得熔断丝烧断，进而保护电路。
（二）继电器：通过控制线圈和触电的工作状态来使工作电路接通或断开。当一氧化碳检测仪检测到一氧化碳含量超标，车内一氧化碳传感器接通后，继电器线圈开始工作，常开触点闭合，接通整个电路。
（三）车内CO传感器：控制车内一氧化碳传感器所在电路的接通与断开。当一氧化碳检测仪检测到车内一氧化碳含量在正常的范围内时，车内一氧化碳传感器不导通，其所在的电路没有连接，整个电路进而处于断开状态；当一氧化碳检测仪检测到车内一氧化碳含量过多时，车内一氧化碳传感器便会导通，其所在电路接通，车窗控制器和车窗玻璃升降器开始工作。
4.2控制电路元件
（一）装置总控制器：起计时作用并控制车窗升降、报警装置和O2释放装置电路的通断。每检测到一次一氧化碳氧气含量超标，及时使车窗下降10mm，并将一氧化碳含量超标时间t加5分钟。当t小于等于20分钟时，报警装置和氧气释放装置电路断开；当t大于20分钟时，报警装置和氧气释放装置开始工作，进行声音报警并释放氧气。
（二）时间置“0”器：用以将一氧化碳含量超标的时间置零。一是在一氧化碳检测仪开始工作时给一氧化碳含量超标时间t赋值，即t=0（min）；二是在一氧化碳检测装置检测到含量超标且20分钟内还未能将一氧化碳含量调至正常数值，启动报警装置和氧气释放装置开始工作以后，如若再次检测到一氧化碳含量正常时，将一氧化碳含量超标时间t调至0（min）。
（三）车窗控制器：控制车窗的开闭。在一氧化碳含量超标时，车窗控制器控制车窗，使其下降到一定距离，5分钟后关闭车窗。
（四）车窗玻璃升降器：控制车窗打开的程度。一氧化碳含量超标时，车窗控制器控制车窗，使其下降10mm。
（五）声音报警装置：當一氧化碳含量超标，且20分钟内未能将含量调至正常数值时，报警装置开始工作，用以提醒车内休息人员。
（六）O2释放装置：当一氧化碳含量超标，且20分钟内未能将含量调至正常数值时，氧气释放装置工作，释放一定氧气，保证车上人员的安全。
5.结语
通过研究可以发现，经过检测一氧化碳的含量并在含量较高时自动使车窗降低一定高度来使车内CO含量变低，假如经过初步处理后车内CO还是不能达到正常值，则装置发出声音警报提醒车内人员尽快离开车内并及时释放适当的O2来保证车内休息人员能够顺利吸入正常所需的氧气，能够有效地避免人体在车内发生眩晕甚至窒息的现象，当车内CO含量恢复至正常值时，警报将会解除，表示车内环境已经处于安全状态，对人体没有影响，经过这能使车内CO含量减低的装置，使人员在车内更加安全。
参考文献：
[1]空调车应注意一氧化碳中毒[J]. 道路交通管理，1998（8）：17.Attention to carbon monoxide poisoning[J]. Road Traffic Management，1998（8）：17.
[2]龔曙光.封闭车库开汽车空调相当于自杀[N].潇湘晨报数字报，2012-8-31.
[3]GBZ 2.1-2007. 工作场所有害因素职业接触限值 第1部分：化学有害因素 [S]. 北京：人民卫生出版社，2007-11.
[4]赵世婧.一种汽车车内一氧化碳报警仪的设计[J].中国仪器仪表，2016（73-75）
作者简介：
孟佳（1995-），江苏兴化人，本科生，主要研究方向：汽车运用技术。
吴君华（1974-），湖南邵阳人，博士后，教授，主要研究方向：发动机排放控制技术。