本发明涉及一种防止车内缺氧与中暑的实时检测保护系统，包括三个分别安装在汽车内部的温度传感器、氧气传感器和二氧化碳传感器，分别检测汽车内的温度、氧气含量和二氧化碳含量。三路的传感器信号连接一个信号转换电路，信号转换电路连接一个单片机控制电路，单片机控制电路连接继电器驱动电路；三路传感器的信号经过信号转换电路，然后进入单片机控制电路，单片机控制电路根据设定的逻辑来驱动继电器驱动电路，控制汽车空调电路的通断；一个电源电路为系统的各个电路供电。本发明能够作为防止车内缺氧与中暑的实时检测保护系统，为每个汽车的提供了防缺氧和中暑的实时检测和安全保护。
1.一种防止车内缺氧与中暑的实时检测保护系统，其特征在于：包括三个分别安装在汽车内部的温度传感器(1)、氧气传感器(2)和二氧化碳传感器(3)，分别监测汽车内的温度、氧气含量和二氧化碳含量，三路的传感器(1、2、3)连接一个信号转换电路(4),信号装换电路(4)连接一个单片机控制电路(5),单片机控制电路(5)连接一个继电器驱动电路；所述的传感器(1、2、3)输出信号经过信号转换电路(4),然后进入单片机控制电路(5),单片机控制电路(5)根据设定的逻辑来驱动继电器驱动电路(6)，来控制汽车内部空调电路的通断；
一个电源电路(7)为系统的各个电路供电；所述的信号转换电路(4)的结构：所述温度传感器(1)、氧气传感器(2)和二氧化碳传感器(3)分别各串联了一个10K电阻(R50，R51，R52)，然后分别连接三个运放OPA2340的引脚6、引脚9和引脚13，该运放OPA2340的引脚6、引脚9和引脚13分别与引脚7、引脚8和引脚14直接连接，在输出引脚7，引脚8和引脚14处分别串接一个由10K电阻(R53,R54，R55)和0.1uF电容(C29，C30，C31)组成的并联结构，然后分别得到转换的输出信号；采用具有3个口的插槽(P3、P4、P5)作为接口接收来自三个传感器(1、2、3)的信号，每个插槽(P3、P4、P5)的三个口分别为电源正端、传感器信号和电源地接口；传感器信号传输线路上串联了一个10K电阻(R50，R51，R52)，同时使用运放OPA2340(U11A,U11B,U11C)的跟随器,这样就克服了传感器(1、2、3)接收过来的信号驱动能力有限，同时受噪声信号的干扰，波形不理想的缺点。
2.根据权利要求1所述的防止车内缺氧与中暑的实时检测保护系统，其特征在于：所述的温度传感器(1)采用绝缘薄膜型NTC热敏电阻器，工作电压DC5V，使用环境-30-125℃，输出电压1-5V，允许偏差±0.5％；该温度传感器可靠性高、一致性好，被广泛应用于温度测试、温度控制及温度补偿场合；所述的氧气传感器(2)规格型号是KY-2BD5V，工作电压是DC5V,使用环境温度：-10～50℃，输出电压1-5V,最小测氧量是0.02％；该氧气传感器具有以下特性：精密5V输出量程,精确的温度补偿；所述的二氧化碳传感器(3)采用M1501红外气传感器，工作电压是DC5V，模拟输出电压0.5-2.5V，输出分别率为0.5mV，响应时间小于60s；
该二氧化碳传感器具有良好精度和稳定性，而且使用和维护都很方便。
3.根据权利要求1所述的防止车内缺氧与中暑的实时检测保护系统，其特征在于：所述的单片机控制电路(5)结构：系统选取低廉的STM32F051K8U6单片机控制芯片(U12)，复位电路由100Nf的电容(C32)和10K电阻(R56)组成，复位信号从电容(C32)和10K电阻(R56)的连接处取出，连接控制芯片(U12)的第4管脚；晶振电路采用石英晶体(Y2)与两个20pF的电容(C33、C34)连接，晶振信号从石英晶体(Y2)的两端取出，接入控制芯片(U12)的第2和第3引脚；在电源VCC与接地之间GND直接串接一个100nF的电容(C36)；单片机控制芯片(U12)主要功能是接收来自温度传感器(1)，氧气传感器(2)和二氧化碳传感器(3)的转换信号，同时按照设定的逻辑来驱动继电器来控制汽车空调电路的通断；系统对CPU的要求是：接收来自温度传感器，氧气传感器和二氧化碳的转换信号，同时按照一定的逻辑来完成驱动继电器驱动电路(6)，从而控制汽车空调电路的通断；由于系统对处理速度要求不高，处理的数据量也很小，同时对I/O口的需求量不多等因素，系统采取了低廉的常用的STM32F051K8U6就能满足系统的全部要求；外围晶振电路：石英晶体(Y2)采用8MHz，外接20pF电容，将电容和石英晶体接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。
4.根据权利要求3所述的防止车内缺氧与中暑的实时检测保护系统，其特征在于：所述的继电器驱动电路(6)的结构：控制信号从控制芯片(U12)的第22引脚取出，连接一个10K电阻(R56)，再连接到一个三极管9013(Q1)的基极，三极管(Q1)的集电极连接一个继电器(8)，三极管(Q1)的发射极接地；在继电器(8)上并接一个二极管(D1)，起到续流的作用；继电器(8)的串接在汽车空调系统的启动回路上。
5.根据权利要求4所述的防止车内缺氧与中暑的实时检测保护系统，其特征在于：所述的电源电路(7)的结构：选用PTN78060WAH芯片(U1A)和LM1117MPX-3.3芯片(U2),汽车电池的12V电压输入端并入一个2.2uF电容(C4)，然后连接芯片PTN78060WAH(U1A)的第2引脚，在芯片PTN78060WAH(U1A)第1和第3引脚间串接一个二极管IN4007(V1),输出引脚6并接10uF电容(C10)，100Uf电容(C5)，0.1Uf电容(C11)，然后输出+5V电压；为了得到+3.3V的系统电压，采用常用的LM1117MPX-3.3芯片(U2)，在上述的+5V电压接入芯片PTN78060WAH(U2)的第
3引脚，输出引脚4,2连接后并接10uF电容(C2)，100Uf电容(C3)，0.1Uf电容(C1)，然后输出+
一种防止车内缺氧与中暑的实时检测保护系统
技术领域
[0001] 本发明涉及信号检测领域，特别是一种防止车内缺氧与中暑的实时检测保护系统，可应用于防止车内缺氧与中暑的实时检测保护。
背景技术
[0002] 汽车是现代使用最频繁的交通工具，人们每天都要花费大量的时间在汽车上度过，汽车内的环境质量直接影响了人们身体健康。随着私家车的普及，因缺少防缺氧和温度监控设备，汽车在实际使用过程中，就产生了一系列的问题。如父母去商场购物时，幼儿往往被单独放在车内，当天气炎热，加上车内门窗紧闭，车内温度迅速飙升，据科学数据表明，在一辆过热的车内，仅仅15分钟就可以让幼儿的大脑和肾脏遭到损伤，同时幼儿会出现缺氧和中暑症状。目前此类幼儿的受伤事件屡见不鲜。
[0003] 目前的大部分的汽车对防缺氧检测保护的设计非常不足。所以，从更加人性化的角度来说，设计一种防止车内缺氧与中暑的实时检测保护装置显得尤为重要。
发明内容
[0004] 本发明针对现有防止车内缺氧与中暑的实时检测保护的不足，提供了一种结构简单、性能可靠的防止汽车内部缺氧与中暑的实时检测保护系统。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用下述的技术方案：
[0006] 一种防止汽车内部缺氧与中暑的实时检测保护系统其特征在于：包括三个分别安装在汽车内部的温度传感器、氧气传感器和二氧化碳传感器，分别检测汽车内部的温度、氧气含量和二氧化碳含量，三路的传感器信号连接一个信号转换电路,信号装换电路连接一个单片机控制电路,单片机控制电路连接继电器驱动电路；三路的传感器信号经过信号转换电路,然后进入单片机控制电路,单片机控制电路根据设定的逻辑来驱动继电器驱动电路，来控制汽车内部空调电路的通断。一个电源电路为系统的各个电路供电。
[0007] 上述的温度传感器：温度传感器采用绝缘薄膜型NTC热敏电阻器，工作电压DC5V，使用环境-30-125℃，输出电压1-5V，允许偏差±0.5％。该温度传感器可靠性高、一致性好，被广泛应用于温度测试、温度控制和温度补偿等场合。
[0008] 上述的氧气传感器：氧气传感器规格型号是KY-2BD5V，工作电压是DC5V,使用环境温度：-10～50℃，输出电压1-5V,最小测氧量是0.02％。该氧气传感器具有以下特性：精密5V输出量程,精确的温度补偿。
[0009] 上述的二氧化碳传感器：二氧化碳传感器采用M1501红外气传感器，工作电压是DC5V，模拟输出电压0.5-2.5V，输出分别率为0.5mV，响应时间小于60s。该二氧化碳传感器具有良好精度和稳定性，而且使用和维护都很方便。
[0010] 上述信号转换电路：在温度传感器(1)，氧气传感器(2)和二氧化碳传感器(3)信号接口处分别串联了一个10K电阻，然后分别连接运放OPA2340，在运放输入端引脚6，引脚9和引脚13分别并联一个0.1uF的电容，引脚6、引脚9和引脚13分别与引脚7、引脚8和引脚14直接连接，引脚11接地。在输出引脚7、引脚8和引脚14处分别串接一个由0.1uF电容和10K电阻组成的并联结构，然后分别输出转换的信号。由于从三个传感器接收过来的信号驱动能力有限，同时受噪声信号的干扰，波形不理想。为了克服这些缺点，在线路上串联了一个10K电阻，同时使用运放OPA2340构成的跟随器，然后输出到对应的单片机I/O口。
[0011] 上述单片机控制电路：控制芯采用STM32F051K8U6，复位电路由100nF的电容10K电阻组成，复位信号从电容和10K的电阻连接处取出，连接控制芯片的第4管脚。晶振电路采用石英晶体与两20pF的电容连接，晶振信号从石英晶体的两端取出，接入控制芯片的第2和第3引脚。在电源VCC和GND直接串接一个0.1uF的电容。单片机主要功能是接收来自三路传感器的转换信号，同时按照一定的逻辑来驱动继电器来控制空调启动电路的通断。考虑到系统对处理速度要求不高，处理的数据量也很小，同时对I/O口的需求量不多等因素，系统采取了低廉的常用的STM32F051K8U6就能满足系统的全部要求。外围晶振电路：晶振采用
8MHz，外接20pF电容，将电容和石英晶体接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。
[0012] 上述的继电器驱动电路：控制信号从控制芯片的第22引脚取出，连接一个10K电阻，再连接到三极管9013的基极,三极管的集电极连接继电器，三极管的发射极接地。在继电器上并接一个二极管，起到续流的作用。继电器的串接在汽车空调的启动回路上。
[0013] 上述的电源电路：汽车上配有多串电池供电，可以通过合理的串接得到12V的电源，为了得到+5V的系统电压，采用常用的PTN78060WAH芯片。电池的12V电压输入端并入2.2uF电容，然后连接电源芯片PTN78060WAH的第2引脚，在电源芯片PTN78060WAH第1和第3引脚间串接一个二极管IN4007,输出引脚6并接10uF，100uF，0.1uF的电容，然后输出+5V电压。为了得到+3.3V的系统电压，采用常用的LM1117MPX-3.3芯片。在上述的+5V电压接入电源芯片PTN78060WAH的第3引脚，输出引脚4,2连接后并接10uF，100uF，0.1uF，的电容，然后输出+3.3V电压。
[0014] 本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著的技术进步：采取三种传感器分别测量汽车内部的温度、氧气含量和二氧化碳含量，系统包括温度传感器，氧气传感器，二氧化碳传感器，信号转换电路，单片机控制电路，继电器驱动电路和电源电路。其中，信号转换电路采用了电压跟随器，克服从传感器接收过来的信号驱动能力有限和容易受信号的干扰的缺点；单片机处理芯片采用成本低廉的单片机STM32F051K8U6，满足了系统的全部要求；驱动电路采用三极管来实现电流放大的作用。电源电路采用PTN78060WAH和LM1117MPX-3.3，把汽车的12V电源转为了系统需要的+5V和+3.3V电源。本发明能够作为防止车内缺氧与中暑的实时检测保护系统，为每个汽车的提供了防止车内缺氧与中暑的保护。
附图说明
[0015] 图1是本发明的系统结构框图。
[0016] 图2是本发明的信号转换电路图。
[0017] 图3是本发明的单片机控制电路图。
[0018] 图4是本发明的继电器驱动电路图。
[0019] 图5是本发明的电源电路图。
[0020] 图6是本发明的温度传感器，氧气传感器和二氧化碳传感器安装图。
[0021] 图7是本发明的系统工作流程图。
具体实施方式
[0022] 下面通过工作优选实施例结合附图，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
[0023] 实施例一：
[0024] 参见图1～图6，一种防止车内缺氧与中暑的实时检测保护系统：包括三个安装在汽车内部的温度传感器(1)，氧气传感器(2)和二氧化碳传感器(3)，分别测量车内的温度、氧气含量和二氧化碳含量。三路传感器连接一个信号转换电路(4),信号装换电路(4)连接一个单片机控制电路(5),单片机控制电路(5)连接继电器驱动电路(6)。三路的传感器的信号经过信号转换电路(4),然后进入单片机控制电路(5),单片机控制电路(5)根据设定的逻辑来驱动继电器，控制空调启动电路的通断。电源电路(7)为系统的各个电路供电。
[0025] 实施例二:
[0026] 本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：所述温度传感器(1)采用绝缘薄膜型NTC热敏电阻器，工作电压时DC5V，使用环境-30-125℃，输出电压1-5V，允许偏差±0.5％。温度传感器可靠性高、一致性好，被广泛应用于温度测试、温度控制及温度补偿等场合。所述的氧气传感器(2)规格型号是KY-2BD5V，工作电压是DC5V,使用环境温度：-10～50℃，输出电压1-5V,最小测氧量是0.02％。该氧气传感器具有以下特性：精密5V输出量程,精确的温度补偿。所述的二氧化碳传感器(3)采用M1501红外气传感器，工作电压是5V，模拟输出电压0.5-2.5V，输出分别率为0.5mV，响应时间小于60s。该二氧化碳传感器具有良好精度和稳定性，而且使用和维护都很方便。温度传感器、氧气传感器和二氧化碳传感器的安装图如图6所示，温度传感器、氧气传感器安装在车内顶部，二氧化碳传感器安装在座位底部，这样的安装方式充分的考虑到了不同气体的密度关系，使传感器能够返回最大的性能。
[0027] 所述信号转换电路(4)如图2，所述温度传感器(1)，氧气传感器(2)和二氧化碳传感器(3)分别串联了一个10K电阻(R50，R51，R52)，然后分别连接运放OPA2340的引脚6、引脚9和引脚13，该三个引脚6、引脚9和引脚13分别与引脚7、引脚8和引脚14直接连接，在输出引脚7，引脚8和引脚14处分别串接一个由10K电阻(R53,R54，R55)和0.1uF电容(C29，C30，C31)组成的并联结构，然后分别得到转换的输出信号。采用具有3个口的插槽(P3、P4、P5)作为接口接收来自传感器的信号，每个插槽(P3、P4、P5)的三个口分别为电源正端、传感器信号和电源地。在控制信号传输线路上串联了一个10K电阻(R50，R51，R52)，同时使用运放OPA2340(U11A,U11B,U11C)的跟随器,这样就克服了传感器(1、2、)接收过来的信号驱动能力有限，同时受噪声信号的干扰，波形不理想的缺点。
[0028] 所述单片机控制电路(5)如图3所示，选取低廉的STM32F051K8U6单片机控制芯片(U12)。复位电路由100Nf(C32)的电容10K(R56)电阻组成，复位信号从电容(C32)和10K(R56)的连接处取出，连接控制芯片(U12)的第4管脚。晶振电路采用石英晶体(Y2)与两20pF的电容(C33、C34)连接，晶振信号从石英晶体(Y2)的两端取出，接入控制芯片的第2和第3引脚。在电源VCC和GND直接串接一个100nF的电容(C36)。单片机控制电路(5)主要功能是接收来自温度传感器(1)，氧气传感器(2)和二氧化碳传感器(3)的转换信号，同时按照设定的逻辑来驱动继电器驱动电路(6)来控制汽车空调电路的通断。系统对CPU的要求是：接收来自传感器的转换信号，同时按照一定的逻辑来完成驱动继电器，从而控制空调电路的通断。由于系统对处理速度要求不高，处理的数据量也很小，同时对I/O口的需求量不多等因素，系统采取了低廉的常用的STM32F051K8U6就能满足系统的全部要求。外围晶振电路：晶振采用8MHz，外接20pF电容，将电容和石英晶体接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。图7为系统的工作流程图，系统首先检测来自温度传感器，氧气传感器和二氧化碳传感器的信号，然后判断三路信号是否正常，如果信号处于正常状态，则断开继电器供电，并继续检测三路的传感器的信号，如果不正常，则驱动继电器，启动空调系统，起到安全启动保护作用。
[0029] 所述的继电器驱动电路(6)如图4，控制信号从控制芯片(U12)的第22引脚取出，连接一个10K电阻(R56)，再连接到三极管9013(Q1)的基极,三极管(Q1)的集电极连接继电器(8)，三极管(Q1)的发射极接地。在继电器(8)上并接一个二极管(D1)，起到续流的作用。继电器(8)的串接在汽车空调系统的启动回路上。
[0030] 所述的电源电路(7)如图5，选取芯片PTN78060WAH(U1A)和LM1117MPX-3.3(U2)。汽车电池的12V电压输入端并入2.2uF电容(C4)，然后连接芯片PTN78060WAH(U1A)的第2引脚，在芯片PTN78060WAH(U1A)第1和第3引脚间串接一个二极管IN4007(V1),输出引脚6并接10uF电容(C10)，100Uf电容(C5)，0.1Uf电容(C11)，然后输出+5V电压。为了得到+3.3V的系统电压，采用常用的LM1117MPX-3.3(U2)。在上述的+5V电压接入芯片PTN78060WAH(U2)的第
3引脚，输出引脚4,2连接后并接10uF电容(C2)，100Uf电容(C3)，0.1Uf电容(C1)，然后输出+
3.3V电压。
