CN111179545A - 一种车内人员防窒息装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车内人员防窒息装置，属于监测报警领域。该装置包括空间运动探测模块，环境条件探测模块，数据处理模块和信息传出模块。空间运动探测模块判断车辆静止，并将各座位的回波距离回传至数据处理模块，判断座位上是否有人。当有人时，数据处理模块启动生命威胁传感器组，对车内环境进行监测，并判断是否会影响车内人员安全，以及车内人员在当前条件下可以安全存活的时间；受困报警逻辑模块根据剩余的安全时间不同，将报警信息传输给信息传出模块，进行分级报警；当车内没人或车内无异常，数据处理模块中的环境优化逻辑模块测得的空气质量和污染气体上传至物联网模块供用户参考。本发明减少了误报和漏报可能，保证了较低的生产成本。

Description

一种车内人员防窒息装置
技术领域
本发明属于监测报警领域，具体是一种车内人员防窒息装置。
背景技术
随着我国汽车工业的快速发展和人们生活水平的提高，居民家庭的汽车拥有量快速增加，然而，在我国汽车行业快速发展的同时，汽车所带来的安全隐患也日渐凸显。在日常生活中，乘客可能由于一时疏忽，造成车内乘客因缺氧窒息的意外事故时有发生。
现有的车内人员防窒息方案，通常采用氧气传感器和红外人体传感器来探测人体的存在，并通过气体环境监测和环境恶劣监测***，在监测到环境恶劣时启动报警流程。
现有技术主要使用人体热释电探测装置和/或氧气探测装置来对车内是否有人进行探测，如公开号为CN107600019A的中国申请于2017年8月24日公开的：一种车内防窒息保护的控制方法，就是通过氧气探测装置来对车内是否有人进行探测，但在面对车辆未熄火情况下车内氧气浓度同样会异常降低，而在日光直射下车内温度极易上升至红外人体探测器的敏感温度，所以现有的车内防窒息***有极高的误报可能性。
发明内容
本发明针对目前车内人员防窒息***误报极高的问题，提出了一种车内人员防窒息装置；通过综合多种加速度传感器和运动传感器，极大的避免无人时误报的可能性。同时采用多备份***，在气体环境变化明显的情况下采取分级告知，逐步升级的告警方法，在减少了误报可能的同时保障车内人员受困的安全。
所述的车内人员防窒息报警装置，包括集成在一起的空间运动探测模块，环境条件探测模块，数据处理模块和信息传出模块；各模块之间通过数据线连接。
空间运动探测模块包括加速度传感器组和运动传感器组，在车辆静止之后，探测车内是否有人进行空间运动，并将探测结果回传至数据处理模块；
具体为：加速度传感器组包括一个加速度传感器，用于判断车辆是否静止；
运动传感器组包括一个超声波传感器和五个红外距离传感器；每个红外距离传感器分别对应一个座位，每个红外距离传感器配合超声波传感器对各座位发射超声波波束，进行持续的距离测量，并将回波距离回传至数据处理模块；
环境条件探测模块包括生命威胁传感器组和环境优化传感器组，对车内气体进行持续测量，并实时上传至信息传出模块；生命威胁传感器组的数据同时传递给数据处理模块进行危险判断。
生命威胁传感器组包括温湿度传感器和红外二氧化碳传感器，两个传感器各设有两个，互为备份，分别对车内的温湿度以及红外二氧化碳进行检测。环境优化传感器组包括空气质量传感器和污染气体复合传感器，对车内的空气质量和污染气体进行检测。
数据处理模块包括中心处理器组，当发现车内有异常运动且环境恶劣的情况下启动报警过程，将报警信息传递至信息传出模块；
中心处理器组包括环境优化逻辑模块和受困报警逻辑模块；
信息传出模块包括GPRS通讯组和NB-IoT物联网通讯组，GPRS通讯组包括短信报警和电话报警，NB-IoT物联网通讯组通过mqtt物联网情况报知。
所述的车内人员防窒息报警装置的具体使用过程为：
步骤一、加速度传感器判断车辆静止；
步骤二、运动传感器组将各座位的回波距离分别回传至数据处理模块，中心处理器组利用回波距离的变化幅度和回波幅度变化曲线的粗糙度来判断座位上是否有人；
步骤三、当有人存在时，数据处理模块启动生命威胁传感器组，对车内当前温度，湿度和二氧化碳浓度持续进行监测，收集车内的各项气体浓度数据；
步骤四、根据监测的浓度值判断是否会影响车内人员安全，以及车内人员在当前条件下可以安全存活的时间；
根据二氧化碳浓度对安全存活时间进行计算，车内体积为3立方米，则剩余安全时间(单位为小时)为：(90-3000*当前二氧化碳浓度百分比)/22.6。
步骤五、受困报警逻辑模块根据剩余的安全时间不同，将报警信息传输给信息传出模块，启动对应的分级报警程序进行分级报警；
当剩余的安全时间为3h以上，车内环境对受困人员威胁不大或者没有危险，信息传出模块进行初级和中级报警：包括网络消息以及短信告知；
当剩余的安全时间1h/30min/10min时，则车内环境对受困人员威胁较大或有生命危险，信息传出模块进行高级和紧急报警：包括电话报警和拨打110报警电话。
步骤六、当车内没人存在或车内无异常状况下，数据处理模块中的环境优化逻辑模块，将环境优化传感器组测得的空气质量和污染气体上传至物联网模块供用户参考；
用户进行通风，更换空调滤芯以及发动机维护等操作，改善车内人居环境。
本发明的优点在于：
(1)、一种车内人员防窒息装置，按照车内人员受困后当前还剩余的安全时间不等，进行分级报警的告警方式，减少了误报和漏报可能，避开了有人在车内暂留的误报可能，同时也减少了在复杂震动/声学环境下的误报可能。
(2)、一种车内人员防窒息装置，采用了超声波传感器和红外距离传感器，通过对距离返回值的变化进行持续探测，使返回信号具体变化，达到了低成本空间运动探测的效果，具有成本及稳定预报优势，和市场化意义。
(3)、一种车内人员防窒息装置，通过空间运动探测模块和环境条件探测模块综合进行车内有人探测，减少了车辆停在如地下车库等高二氧化碳低氧气浓度区域的误报可能。
(4)、一种车内人员防窒息装置，两组备份的传感器保证了在复杂严苛的车内高温环境下，该报警装置不会因为少数几个模块高温失效而失去报警能力，减少了失效导致的漏报可能。同时选用的传感器组两组备份的方式在提高可靠性的前提下同时保证了较低的生产成本，为大规模市场化推广减少了困难。
(5)、一种车内人员防窒息装置，进行数据采集时候多组传感器组共同工作，当一个传感器回报数据与其他传感器回报数据发生较大差距进行数据忽略，保留差值较小的其他组数据进行人员是否受困和是否危险的判断，保证了***不会由于高温或者其他恶劣环境导致单一传感器失效而失去有人的判断能力。
附图说明
图1为本发明车内人员防窒息装置组成示意图；
图2为本发明的利用运动传感器组的探测波束探测车内是否有人的波束指示图；
图3为本发明的车内人员防窒息报警流程图。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图对本发明作进一步的详细和深入描述。
本发明提出了一种车内人员防窒息装置及其报警方法，对车内人员受困情况下的车内气体环境变化及人体运动模式进行优化探测，涉及空间物体运动监测和物联网及电话报警，主要基于现有的超声波测距技术和红外测距技术，以及现有的arduino开源平台和基于贝叶斯机器学习算法开发的数据处理综合环境评价***，GPRS网络以及GPRS模块的电话报警***，以及基于NB-iot物联网***的环境异常告知***；实现在气体环境变化明显的情况下采取分级报警，减少了误报的同时保障车内人员受困的安全。
现有参考文献[1]：曾宪亮,潘邦全,吕正东.GPRS技术在临时用电故障报警***上的应用[J].电工技术,2018(16):78-80.)，NB-iot物联网***的环境异常告知***；
参考文献[2]：王洪辉,卓天祥,魏超宇,邹定康,钟盼.地质灾害监测NB-IoT数据传输***研制[J].中国测试,2019,45(05):121-127；
所述的车内人员防窒息报警装置，如图1所示，包括集成在一起的空间运动探测模块，环境条件探测模块，数据处理模块和信息传出模块；各模块之间通过数据线连接。
空间运动探测模块如图1(a)所示，包括加速度传感器组和运动传感器组，主要负责在车辆静止之后，探测车内是否有人进行空间运动，并将探测结果回传至数据处理模块；
具体为：加速度传感器组包括一个加速度传感器，用于判断车辆是否静止；
运动传感器组用于探测车辆内部是否有人，包括一个YYM16005高精度超声波测距传感器和五个GP2Y0A02YK0F红外距离传感器；每个红外距离传感器分别对应一个座位。运动传感器组也可以使用探测精度达到0.5厘米以上的短距离传感器，如短距离激光，红外，超声波或微波传感器等。每个超声波传感器和红外距离传感器为一组运动传感器组，每组运动传感器组同时对一个座位发射超声波波束并进行持续测量，将运动传感器组回波距离数据回传至数据处理模块进行判断是否存在人体。根据座位数量设置相同数量的运动传感器组。
环境条件探测模块如图1(b)所示，主要负责对气体和温湿度在内的车内人居环境进行探测，并将探测结果回传至数据处理模块。包括生命威胁传感器组和环境优化传感器组；
生命威胁传感器组包括一组两个互为备份的dht22温湿度传感器和一组两个互为备份的MH-Z19B红外二氧化碳传感器，两个传感器各设有两个，互为备份，分别对车内的温湿度以及红外二氧化碳进行检测。环境优化传感器组包括一组两个互为备份的ZP01空气质量传感器和一个污染气体复合传感器，对车内的空气质量和污染气体进行检测。
污染气体复合传感器为一组互为备份的MQ-7一氧化碳传感器和MQ-9可燃气体传感器。
生命威胁传感器组和环境优化传感器组两组传感器对车内气体环境进行持续测量并实时上传至信息传出模块中的物联网模块，其中生命威胁传感器组的数据同时传递给数据处理模块进行危险判断。
数据处理模块如图1(c)所示，包括中心处理器组，接收并处理空间运动探测模块和环境条件探测模块的数据时当发现车内有异常运动且环境恶劣的情况下启动报警过程，将报警信息传递至信息传出模块进行告警。
中心处理器组为arduino的数据处理器，包括环境优化逻辑模块和受困报警逻辑模块；
信息传出模块如图1(d)所示，包括GPRS通讯组和NB-IoT物联网通讯组，GPRS通讯组包括一个GPRS电话模块和一个GPRS短信模块，NB-IoT物联网通讯组是一个air800物联网模块，通过mqtt物联网情况报知。
在检测到有人存在且车内环境对人体安全产生威胁时，车内人员防窒息装置进行电话报警。在车内无异常状况下将车内气温以及可燃气体一氧化碳等物质浓度通过NB-IoT物联网通讯组上传至物联网服务器供用户参考。
如图3所示，所述的车内人员防窒息报警装置的具体使用过程为：
步骤一、加速度传感器判断车辆静止；
步骤二、运动传感器组将各座位的回波距离分别回传至数据处理模块，中心处理器组利用回波距离的变化幅度和回波幅度变化曲线的粗糙度来判断座位上是否有人；
如图2所示，超声波传感器和红外距离传感器对座位等人员固定存在的位置发射超声波波束进行距离测量，数据处理模块对接收到的运动传感器组的回波进行分析，计算所测距离变化幅度，通过超声波所测距离的变化幅度可以判断座位等位置上是否有人；利用车内人运动时对探测波束的扰动来对车内是否有人进行判断。
利用了人体的非静止性和人体及衣物复合体的非光滑性导致的距离波动判断是否有人存在，当距离波动的变化幅度大于人为设定的参考值时，返回有人存在的信息。
步骤三、当有人存在时，数据处理模块启动生命威胁传感器组，对车内当前温度，湿度和二氧化碳浓度持续进行监测，收集车内的各项气体浓度数据；
按照相关安全标准，二氧化碳为5000ppm，温度为45摄氏度即对生命达到威胁。
步骤四、根据监测的浓度值判断是否会影响车内人员安全，以及车内人员在当前条件下可以安全存活的时间；
根据二氧化碳浓度对安全存活时间进行计算，车内体积为3立方米，则剩余安全时间(单位为小时)为：(90-3000*当前二氧化碳浓度百分比)/22.6。
步骤五、受困报警逻辑模块根据剩余的安全时间不同，将报警信息传输给信息传出模块，启动对应的分级报警程序进行分级报警；
1h<安全时间<2h
当剩余的安全时间为3h以上，车内环境对受困人员威胁不大或者没有危险，信息传出模块进行初级和中级报警：包括网络消息以及短信告知；
当剩余的安全时间在1h和3h之间时，则车内环境对受困人员威胁较大，选择短信及电话报警；
当剩余的安全时间在30min和1h之间时，则车内环境对受困人员构成生命危险，进行电话及网络报警；
当剩余的安全时间在10min和30min之内时，进行高级和紧急电话报警。
步骤六、当车内没人存在或车内无异常状况下，数据处理模块中的环境优化逻辑模块，将环境优化传感器组测得的空气质量和污染气体上传至物联网模块供用户参考；
信息传出模块获取环境优化逻辑模块的数据，通过NB-IoT物联网通讯组传输至物联网服务器供用户参考，建议用户进行通风，更换空调滤芯以及发动机维护等操作，改善车内人居环境。
本发明基于超声波传感器和红外距离传感器，通过将超声波投射在车体内上，对车内座位进行持续监测，在检测到座位上有运动物体时，返回车内有人的信息，并启动下一步的环境判断，利用有人存在并运动的情况下，回波区间明显震荡判断车内有人进而报警，达到了低成本的定性运动探测的技术效果，具有成本以及可行性优势，和实用性意义。
同时采用了运动传感器组与dht22温湿度传感器，红外二氧化碳传感器，空气质量传感器等多种气体环境传感器配合协作，通过将运动探测结果和人存环境探测结构配合处理，使报警条件提高同时避免异常气体/声学条件导致的误报可能，达到了高效的人存探测和恶劣条件快速紧急报警的技术效果，具有精度以及可行性优势，和实用性意义。

Claims (7)

1.一种车内人员防窒息装置，其特征在于，包括集成在一起的空间运动探测模块，环境条件探测模块，数据处理模块和信息传出模块；各模块之间通过数据线连接；
空间运动探测模块包括加速度传感器组和运动传感器组，在车辆静止之后，探测车内是否有人进行空间运动，并将探测结果回传至数据处理模块；
具体为：加速度传感器组包括一个加速度传感器，用于判断车辆是否静止；
运动传感器组包括一个超声波传感器和五个红外距离传感器；每个红外距离传感器分别对应一个座位，每个红外距离传感器配合超声波传感器对各座位发射超声波波束，进行持续的距离测量，并将回波距离回传至数据处理模块；
环境条件探测模块包括生命威胁传感器组和环境优化传感器组，对车内气体进行持续测量，并实时上传至信息传出模块；生命威胁传感器组的数据同时传递给数据处理模块进行危险判断；
数据处理模块包括中心处理器组，当发现车内有异常运动且环境恶劣的情况下启动报警过程，将报警信息传递至信息传出模块；
信息传出模块包括GPRS通讯组和NB-IoT物联网通讯组，GPRS通讯组包括短信报警和电话报警，NB-IoT物联网通讯组通过mqtt物联网情况报知。
2.如权利要求1所述的一种车内人员防窒息装置，其特征在于，所述的生命威胁传感器组包括温湿度传感器和红外二氧化碳传感器，两个传感器各设有两个，互为备份，分别对车内的温湿度以及红外二氧化碳进行检测。
3.如权利要求1所述的一种车内人员防窒息装置，其特征在于，所述的环境优化传感器组包括空气质量传感器和污染气体复合传感器，对车内的空气质量和污染气体进行检测。
4.如权利要求1所述的一种车内人员防窒息装置，其特征在于，所述的中心处理器组包括环境优化逻辑模块和受困报警逻辑模块。
5.如权利要求1所述的一种车内人员防窒息装置，其特征在于，所述的车内人员防窒息报警装置的具体使用过程为：
步骤一、加速度传感器判断车辆静止；
步骤二、运动传感器组将各座位的回波距离分别回传至数据处理模块，中心处理器组利用回波距离的变化幅度和回波幅度变化曲线的粗糙度来判断座位上是否有人；
步骤三、当有人存在时，数据处理模块启动生命威胁传感器组，对车内当前温度，湿度和二氧化碳浓度持续进行监测，收集车内的各项气体浓度数据；
步骤四、根据监测的浓度值判断是否会影响车内人员安全，以及车内人员在当前条件下可以安全存活的时间；
步骤五、受困报警逻辑模块根据剩余的安全时间不同，将报警信息传输给信息传出模块，启动对应的分级报警程序进行分级报警；
当剩余的安全时间为3h以上，车内环境对受困人员威胁不大或者没有危险，信息传出模块进行初级和中级报警：包括网络消息以及短信告知；
当剩余的安全时间1h/30min/10min时，则车内环境对受困人员威胁较大或有生命危险，信息传出模块进行高级和紧急报警：包括电话报警和拨打110报警电话；
步骤六、当车内没人存在或车内无异常状况下，数据处理模块中的环境优化逻辑模块，将环境优化传感器组测得的空气质量和污染气体上传至物联网模块供用户参考。
6.如权利要求5所述的一种车内人员防窒息装置，其特征在于，所述的步骤四中根据二氧化碳浓度对安全存活时间进行计算，车内体积为3立方米，则剩余安全时间(单位为小时)为：(90-3000*当前二氧化碳浓度百分比)/22.6。
7.如权利要求5所述的一种车内人员防窒息装置，其特征在于，所述的步骤六中用户进行通风，更换空调滤芯以及发动机维护等操作，改善车内人居环境。
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