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摘要：目前，普通汽车存在车内窒息、车内高温和汽车溺水等因素造成的安全隐患，为了提高普通汽车的安全性能，给汽车安装由乘员传感器、温度传感器、二氧化碳传感器和进水传感器等，结合控制电路和逻辑电路，实现在车内有人的前提下，当出现车内温度过高、二氧化碳浓度过高、汽车落水等危险情况时，保安器立即接通开窗电机，及时打开车窗。
关键词：汽车；辅助；保安器
1 绪论
汽车的推广和普及，给我们的生产和生活带来了很大的便利。虽然汽车在设计和生产的过程中已经把安全性能做得比较好了，但是从实际情况来看，普通汽车仍存在一些揪心的安全隐患。
1.1 车内窒息
这些事故的发生，往往是一些粗心的家长，把孩子长时间滞留车内，导致车内缺氧，二氧化碳浓度过高，孩子又不懂得开窗或无法开窗，汽车也不会自动开窗，最终酿成孩子窒息而死的惨剧！
1.2 车内高温
这个安全隐患也更多地发生在滞留车内的孩子身上。一旦车内温度过高，孩子又不懂得开窗或无法开窗，汽车也不会自动开窗，被活活热死！
1.3 汽车溺水
当发生汽车落水事故后，驾驶员如果未能第一时间打开车窗，车内进水过多，将引起车内电路设备失灵甚至短路，就算有后续开窗动作也无法打开车窗，最终导致车内人员被活活淹死！遗憾的是目前普通汽车没有这方面的安全措施。为了防止这些事故的发生，提高汽车的安全性能，迫切需要一种相关的汽车辅助保安装置。
2 汽车辅助保安器的设计
2.1 组成情况
分析研究这些安全隐患和汽车的相关结构，经过多次的设计与实践论证，最后确定汽车辅助保安器的基本组成如图1所示。
汽车辅助保安器由控制电路、乘员传感器、温度传感器、二氧化碳传感器、进水传感器等组成。控制电路置于铝合金盒内，防水、防潮。
2.2 技术方案
给汽车增加由乘员传感器、温度传感器、二氧化碳传感器、进水传感器等，结合控制电路和逻辑电路，就能实现在车内有人的前提下，如果出现车内温度过高、二氧化碳浓度过高、汽车落水等危险情况，保安器立即接通开窗电机，及时打开车窗。
2.3 电路设计
汽车辅助保安器的基本电路如图2所示。
图2中，CO2是二氧化碳传感器，二氧化碳浓度检测范围一般是0～5000ppm，模拟输出电压（OUT）一般是0～2.5V。t°是温度传感器，有模拟量输出，实时输出热电阻上的电压信号。A、B是水位检测电极接线点，连接相应的水位检测电极，其保护电阻R可以在10Ω～1000Ω取值。PIR是人体感应模块，当探测到有人时，输出高电平，没有人时输出低电平，可以重复触发，即感应输出高电平后，如果有人在其感應范围内活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平。人体感应模块的感应距离一般在3米以内。电位器VR1、VR2、VR3用以调整相应的传感器对三极管的触发阈值（灵敏度）。K1、K2、K3是额定电压为5V的微型继电器。M是汽车车门内的玻璃升降器电机。+Vcc是电源，直接取自汽车蓄电池。
2.4 工作原理
2.4.1 情况一：车内有人
人体感应模块PIR检测到车内有乘员，输出高电平（3.3V），电位器VR3适当调整触发阈值，三极管Q3导通，继电器K3通电，开关K3闭合。二氧化碳传感器CO2、温度传感器t°和进水检测电路得电工作，实时监测车内的二氧化碳浓度、温度和进水等情况。
如果车内二氧化碳浓度过高（如4000ppm），二氧化碳传感器将输出相应的高电平。电位器VR1适当调整触发阈值，三极管Q1导通，继电器K1通电，开关K1闭合，开窗电机M工作，实施开窗动作。
如果车内温度过高（如35℃以上），温度传感器输出高电平，电位器VR2适当调节触发阈值，三极管Q2导通，继电器K2通电，开关K2闭合，开窗电机M工作，实施开窗动作。
由于自然界的水含电解质，都是导体，如果车内进水，检测点A、B间被水接通，三极管Q2导通，继电器K2通电，开关K2闭合，开窗电机M工作，实施开窗动作。
这样，一旦车内出现二氧化碳浓度过高、温度过高、汽车落水等任何一种危险情况时，开窗电机M都将得电，立即开窗，以确保人身安全。
2.4.2 情况二：车内无人
如果车内无人，人体感应模块PIR输出低电平，三极管Q3截止，继电器K3断电，开关K3断开。这样，二氧化碳传感器、温度传感器和进水检测电路断电不工作，K1和K2始终断开，保安器不会有开窗动作。
3 传感器的安装位置
如图3是汽车辅助保安器的传感器典型安装位置示意图。
3.1 人体感应模块的安装位置
人体感应模块一般应安装在车内座位的正上方，探测的方向应该朝正下方，同时探测圆锥角不能太大，以便既能准确检测乘员情况，同时可以防止车外人员的干扰，以免传感器误测误判。
3.2 温度、二氧化碳传感器的安装位置
温度、二氧化碳传感器一般应安装在车内中间空气能流通的部位，便于准确检测车内的温度和二氧化碳浓度的高低。
3.3 进水传感器的安装位置
进水传感器的安装部位可取发动机舱中下部两侧，因为汽车落水一般是车头先下沉的。同时，进水传感器位置也要低于汽车蓄电池的高度，这样可以保证蓄电池被水浸泡前让保安器尽早检测到进水情况。车尾的车厢两侧也要安装进水传感器，以检测车尾的进水情况。
以上是传感器的典型安装位置示意，在实际使用中，可以根据需要调整每种传感器的数量和相应的安装位置。
4 应用价值
本科技创新项目有以下两个明显的应用价值：
4.1 能提高普通汽车的安全性能
使普通汽车具备在车内有人的前提下，对车内的温度、二氧化碳浓度等进行实时监控。如果出现车内温度过高、车内二氧化碳浓度过高、汽车落水等紧急情况时，能及时自动打开车窗，以免发生人身安全事故，进一步提高汽车的安全性能。
4.2 受益对象巨大
截至2016年6月底，全国汽车保有量达1.84亿辆；汽车驾驶人2.96亿人；平均每2.2个驾驶员有一辆私家小汽车；平均每百户家庭有31辆私家车。
如果这些车辆都能用上这种汽车辅助保安器，受益对象巨大！
参考文献：
[1]汤小梅，龚剑.高中科技创新与研究课性学习教程[M].浙江大学出版社，2009.
[2]张孙玮，吕伯昇，张迅.科技论文写作入门[M].化学工业出版社，2009.
[3]裘思远.自来水电阻率的测定[J].物理通报，2012（1），7879.
[4]郭丰涛.密闭环境中低浓度CO2对人体血气和pH的影响[J].解放军预防医学杂志，1991（2），115118.
作者简介：张高晨（2002），男，汉族，浙江台州人，台州市第一中学学生，椒江区科学院小院士，获得2项国家专利。《汽车辅助保安器》获第31届浙江省青少年科技创新大赛一等奖。
关键词：汽车；辅助；保安器
1 绪论
汽车的推广和普及，给我们的生产和生活带来了很大的便利。虽然汽车在设计和生产的过程中已经把安全性能做得比较好了，但是从实际情况来看，普通汽车仍存在一些揪心的安全隐患。
1.1 车内窒息
这些事故的发生，往往是一些粗心的家长，把孩子长时间滞留车内，导致车内缺氧，二氧化碳浓度过高，孩子又不懂得开窗或无法开窗，汽车也不会自动开窗，最终酿成孩子窒息而死的惨剧！
1.2 车内高温
这个安全隐患也更多地发生在滞留车内的孩子身上。一旦车内温度过高，孩子又不懂得开窗或无法开窗，汽车也不会自动开窗，被活活热死！
1.3 汽车溺水
当发生汽车落水事故后，驾驶员如果未能第一时间打开车窗，车内进水过多，将引起车内电路设备失灵甚至短路，就算有后续开窗动作也无法打开车窗，最终导致车内人员被活活淹死！遗憾的是目前普通汽车没有这方面的安全措施。为了防止这些事故的发生，提高汽车的安全性能，迫切需要一种相关的汽车辅助保安装置。
2 汽车辅助保安器的设计
2.1 组成情况
分析研究这些安全隐患和汽车的相关结构，经过多次的设计与实践论证，最后确定汽车辅助保安器的基本组成如图1所示。
汽车辅助保安器由控制电路、乘员传感器、温度传感器、二氧化碳传感器、进水传感器等组成。控制电路置于铝合金盒内，防水、防潮。
2.2 技术方案
给汽车增加由乘员传感器、温度传感器、二氧化碳传感器、进水传感器等，结合控制电路和逻辑电路，就能实现在车内有人的前提下，如果出现车内温度过高、二氧化碳浓度过高、汽车落水等危险情况，保安器立即接通开窗电机，及时打开车窗。
2.3 电路设计
汽车辅助保安器的基本电路如图2所示。
图2中，CO2是二氧化碳传感器，二氧化碳浓度检测范围一般是0～5000ppm，模拟输出电压（OUT）一般是0～2.5V。t°是温度传感器，有模拟量输出，实时输出热电阻上的电压信号。A、B是水位检测电极接线点，连接相应的水位检测电极，其保护电阻R可以在10Ω～1000Ω取值。PIR是人体感应模块，当探测到有人时，输出高电平，没有人时输出低电平，可以重复触发，即感应输出高电平后，如果有人在其感應范围内活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平。人体感应模块的感应距离一般在3米以内。电位器VR1、VR2、VR3用以调整相应的传感器对三极管的触发阈值（灵敏度）。K1、K2、K3是额定电压为5V的微型继电器。M是汽车车门内的玻璃升降器电机。+Vcc是电源，直接取自汽车蓄电池。
2.4 工作原理
2.4.1 情况一：车内有人
人体感应模块PIR检测到车内有乘员，输出高电平（3.3V），电位器VR3适当调整触发阈值，三极管Q3导通，继电器K3通电，开关K3闭合。二氧化碳传感器CO2、温度传感器t°和进水检测电路得电工作，实时监测车内的二氧化碳浓度、温度和进水等情况。
如果车内二氧化碳浓度过高（如4000ppm），二氧化碳传感器将输出相应的高电平。电位器VR1适当调整触发阈值，三极管Q1导通，继电器K1通电，开关K1闭合，开窗电机M工作，实施开窗动作。
如果车内温度过高（如35℃以上），温度传感器输出高电平，电位器VR2适当调节触发阈值，三极管Q2导通，继电器K2通电，开关K2闭合，开窗电机M工作，实施开窗动作。
由于自然界的水含电解质，都是导体，如果车内进水，检测点A、B间被水接通，三极管Q2导通，继电器K2通电，开关K2闭合，开窗电机M工作，实施开窗动作。
这样，一旦车内出现二氧化碳浓度过高、温度过高、汽车落水等任何一种危险情况时，开窗电机M都将得电，立即开窗，以确保人身安全。
2.4.2 情况二：车内无人
如果车内无人，人体感应模块PIR输出低电平，三极管Q3截止，继电器K3断电，开关K3断开。这样，二氧化碳传感器、温度传感器和进水检测电路断电不工作，K1和K2始终断开，保安器不会有开窗动作。
3 传感器的安装位置
如图3是汽车辅助保安器的传感器典型安装位置示意图。
3.1 人体感应模块的安装位置
人体感应模块一般应安装在车内座位的正上方，探测的方向应该朝正下方，同时探测圆锥角不能太大，以便既能准确检测乘员情况，同时可以防止车外人员的干扰，以免传感器误测误判。
3.2 温度、二氧化碳传感器的安装位置
温度、二氧化碳传感器一般应安装在车内中间空气能流通的部位，便于准确检测车内的温度和二氧化碳浓度的高低。
3.3 进水传感器的安装位置
进水传感器的安装部位可取发动机舱中下部两侧，因为汽车落水一般是车头先下沉的。同时，进水传感器位置也要低于汽车蓄电池的高度，这样可以保证蓄电池被水浸泡前让保安器尽早检测到进水情况。车尾的车厢两侧也要安装进水传感器，以检测车尾的进水情况。
以上是传感器的典型安装位置示意，在实际使用中，可以根据需要调整每种传感器的数量和相应的安装位置。
4 应用价值
本科技创新项目有以下两个明显的应用价值：
4.1 能提高普通汽车的安全性能
使普通汽车具备在车内有人的前提下，对车内的温度、二氧化碳浓度等进行实时监控。如果出现车内温度过高、车内二氧化碳浓度过高、汽车落水等紧急情况时，能及时自动打开车窗，以免发生人身安全事故，进一步提高汽车的安全性能。
4.2 受益对象巨大
截至2016年6月底，全国汽车保有量达1.84亿辆；汽车驾驶人2.96亿人；平均每2.2个驾驶员有一辆私家小汽车；平均每百户家庭有31辆私家车。
如果这些车辆都能用上这种汽车辅助保安器，受益对象巨大！
参考文献：
[1]汤小梅，龚剑.高中科技创新与研究课性学习教程[M].浙江大学出版社，2009.
[2]张孙玮，吕伯昇，张迅.科技论文写作入门[M].化学工业出版社，2009.
[3]裘思远.自来水电阻率的测定[J].物理通报，2012（1），7879.
[4]郭丰涛.密闭环境中低浓度CO2对人体血气和pH的影响[J].解放军预防医学杂志，1991（2），115118.
作者简介：张高晨（2002），男，汉族，浙江台州人，台州市第一中学学生，椒江区科学院小院士，获得2项国家专利。《汽车辅助保安器》获第31届浙江省青少年科技创新大赛一等奖。