表1.1 氧气浓度对人体影响
氧气浓度(%体积) 人体征兆(大气压力下)
100% 6分钟致命(绝对密闭环境,如深水)
50% 致命/4~5分钟经治疗后可痊愈(绝对密闭环境,如高压氧舱)
>23.5% 富氧环境,相对舒适
20.9% 正常氧气浓度
19.5% 最小氧气允许浓度
15~19% 降低工作效率,甚至导致肺部、头部和循环系统问题
10~12% 呼吸急促,嘴唇发紫,判断力丧失
8~10% 智力丧失,昏厥,无意识状态,脸色苍白,嘴唇发紫,呕吐不止
6~8% 8分钟危及生命
4~6% 40秒内抽搐,呼吸停止
1.1.2 车内氧气浓度检测意义
随着我国经济的发展,汽车已成为交通运输的主要工具。据统计,截至去年年底,我国汽车保有量突破一亿大关,跃居世界第二大汽车保有国。汽车的普及化给人们的生活带来了极大的方便,扩展了人们的生活半径,但它也同时导致了严重的空气质量问题。 据统计,释放到大气中的有害气体的30%以上是由机动车造成的,不仅大气污染引起人们的关注,车内空气质量的重要性也逐渐被人们所重视。大部分车辆舱是很小的空间,诸如油烟,灰尘等悬浮颗粒物都会影响车内的空气质量,对人体产生健康问题。虽然可以通过空气过滤器等设备净化车内空气质量,但仍不能防止某些气体浓度变化所产生的问题。例如氧气浓度的变化就会对人体产生不同的影响。当氧气浓度过低时如果能够及时发现并提醒驾驶者,就能有效避免事故的发生。所以,设计一种可以监测氧气浓度的系统是十分必要且有价值的。
1.2 国内外研究现状
近年来,由于车内氧气不足造成的事故时有发生,窒息而亡的悲剧每年都会上演,车内氧气浓度的检测系统显得愈加必不可少。对气体的检测主要由气体传感器来完成,通过检测气体中特定成分并将之转化为电信号,用来对有毒有害气体,易燃易爆气体等进行安全检测和报警。 我国的气敏传感器产业发展较快,但就技术水平,产业规模,应用研究等方面来说,仍有很大潜力。相对于气体传感器如火如荼的发展,车内气体监测系统并未能跟上气体传感器的发展脚步。目前大多数氧气监测装置都用于工业方面,比如我国在八十年代初期就引进了煤矿生产安全监测系统,但就室内,车内等民用领域的氧气监测系统却是近年来才引起关注并有所发展。目前市面上有多种便携式气体检测仪,但大多价格偏高不利于普及化。鉴于气体监测系统在生活中能起到的重要作用和预期的发展价值,目前国内外都在对其进行深入研究。
1.3 研究内容
本着简洁明了、实用可靠、科学规范的原则,本文以氧气传感器和单片机为核心,力求设计出结构精简、可靠性高、操作方便的氧气浓度监测系统。
设计的基本要求是:能够实时监测并显示车内含氧量,当氧气浓度低于一定要求时,能够发出声光报警。
一个完整的氧气浓度监测系统至少应具备以下部分:
1)采集单元:主要部件氧气传感器,感知氧气浓度,将与氧气浓度有关的信息转换成电信号。
2)数据转换单元:转换接收到的电信号。
3)数据处理单元:分析处理接收到的信号,传送给显示单元,报警单元。
4)显示单元:实时显示氧气浓度值。
5)报警单元:当氧气浓度低于设定值时,发出报警信号。
2. 氧气浓度检测需求分析
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