林博 张晓玲 董群华

摘 要：本文研究了一种落水汽车生命保护系统，包括第一腔和第二腔。第二腔内设有控制器U1，第一腔带有顶盖的空心球，顶盖能够打开，空心球上设有两个电极，空心球连接一导气管，导气管伸至第二腔后分成第一支路和第二支路。第一支路末端开口，第一支路上设有第一电磁阀，第二支路连接一个装有醋酸的第一容器，第一容器通过第二电磁阀连接装有小苏打的第二容器，醋酸能够与小苏打发生反应生成比空气分子量大的气体。第一腔顶部设有供空心球进口和出口，还设有能够盖住出口的制位盖以及制位盖锁闭机构。本设计不采用氧气罐，整个系统安全系数高。

关键词：保护系统;控制器;电磁阀;锁闭机构

中图分类号：U463 文献标识码：A

1 落水汽车生命保护系统现状

在日常生活中，汽車有时候会误入深水中，车内人员往往因缺氧而酿成惨剧。现有技术中存在一种在车内配装氧气罐的方案，这样虽然能给解决被淹车辆的暂时供氧问题，但是氧气罐是易爆品，增加了危险性;而常用Na2O2等直接产生氧气的材料，又不易保存且这类化学反应的本身又对人体有伤害。

2 落水汽车生命保护系统原理

本落水汽车生命保护系统，包括第一腔和第二腔。第二腔内设有控制器U1，第一腔内设有带有顶盖的空心球，顶盖能够打开，空心球上设有两个电极，空心球连接一导气管，导气管伸至第二腔后分成第一支路和第二支路，第一支路末端开口，第一支路上设第一电磁阀，第二支路连接一个装有醋酸的第一容器，第一容器通过第二电磁阀连接装有小苏打的第二容器，醋酸与小苏打发生反应生成比空气分子量大的气体。第一腔顶部设有供空心球进/出口，还设有能够盖住出口的制位盖以及制位盖锁闭机构。第一腔上设有排水孔，且排水孔所在位置的高度低于两个电极所在位置的高度。第二腔为密封腔，防止水进入第二腔。预设时间为醋酸和小苏打发生完全反应的时间，醋酸、小苏打的量能够支撑反应时间维持到顶盖完全被顶开。当控制器U1检测到两个电极短路后再次检测到两个电极断开，则判定空心球已浮至水面。当控制器U1连续两次检测到两个电极短路后才判定两个电极短路，醋酸与小苏打不易在空气中发生氧化还原反应，比较稳定、成本低、并且产生的二氧化碳无毒无害。

控制器U1判定两个电极不短路后，控制第一电磁阀打开，并控制制位盖锁闭机构锁闭。控制器U1判定两个电极短路后，控制制位盖锁闭机构解锁，空心球浮至水面后控制器U1控制第一电磁阀关闭、第二电磁阀打开，经过预设时间后控制器U1再控制第一电磁阀打开、第二电磁阀关闭，能够保证醋酸和小苏打充分反应，产生足够的气体。

3 PIC单片机落水汽车生命保护系统具体实施方式

（1）本系统结构如图1所示，包括第一腔2和第二腔3，第二腔3内设有控制器U1，控制器U1安装在控制器盒35内。第一腔2内设有带有顶盖262的空心球261，顶盖262能够打开，空心球261上设有两个电极，分别为第一电极271和第二电极272。第一电极271和第二电极272可以设置在空心球261中上部、贴近第一腔2顶部的地方，这样第一腔2水满了才会使得第一电极271和第二电极272短路。空心球261还连接一导气管28，导气管28伸至第二腔3后分成第一支路281和第二支路282。第一支路281末端开口，第一支路281上还设有第一电磁阀31，通过控制第一电磁阀31的打开和关闭能够控制第一支路281的打开和关闭。第二支路281连接一个装有醋酸331的第一容器33，第一容器33通过第二电磁阀32连接装有小苏打341的第二容器34，醋酸与小苏打只要能够发生反应生成比空气分子量大的气体就可以，醋酸与小苏打的量能够支撑反应时间维持到顶盖262完全被顶开。第一腔2顶部设有供空心球261进、出口。第一腔2上可以设有排水孔29，且排水孔29所在位置的高度低于两个电极所在位置的高度。第二腔3可以为密封腔。

系统还包括制位盖21和制位盖锁闭机构，制位盖锁闭机构包括电磁铁25，制位盖21的一端连接弹簧22的一端，弹簧22的另一端连接固定架23，固定架23固定在第一腔2顶部，制位盖21底部设有槽211，控制器U1控制电磁铁25中动铁芯251的运动，动铁芯251伸出时能够插入槽211中。电磁铁25可以通过单独的电源供电。制位盖21设于第一腔2顶部，能够盖住出口。控制器U1判定两个电极不短路后，控制第一电磁阀31打开，并控制制位盖锁闭机构锁闭;控制器U1判定两个电极短路后，控制制位盖锁闭机构解锁，空心球261浮至水面后控制器U1控制第一电磁阀31关闭、第二电磁阀32打开，经过预设时间后控制器U1再控制第一电磁阀31打开、第二电磁阀32关闭。预设时间为醋酸与小苏打发生完全反应的时间。如果控制器U1检测到两个电极短路后再次检测到两个电极断开，则判定空心球261己浮至水面。当控制器U1连续两次检测到两个电极短路后才判定两个电极短路。

（2）本系统电路图如图2所示，控制器U1采用型号为PIC12F683的单片机，电压比较器U2的型号为LM393。第一电极271分别连接第二电阻R2的一端和电压比较器U2的反相输入端，第二电阻R2的另一端分别连接电压比较器U2的电源端、滑动变阻器RP的一个下接线柱和第三电阻R3的一端。第二电阻R2的另一端还输入5 V的电压 VCC。第三电阻R3的另一端连接发光二极管D1的阳极，发光二极管D1的阴极分别连接电压比较器U2的输出端、第二电容C2的一端和控制器U1的GP4/AN3//0SC2/CLK0UT端，第二电容C2的另一端和电压比较器U2的接地端均接地，电压比较器U2的同相输入端连接滑动变阻器RP的一个上接线柱，滑动变阻器RP的另一个下接线柱和第二电极272均接地。第一电磁阀31采用常开型电磁阀，第二电磁阀32采用常闭型电磁阀。第一电磁阀31中线圈的一端输入12 V电压，第一电磁阀31中线圈的另一端连接第一三极管Q1的集电极，第一三极管Q1的发射极接地，第一三极管Q1的基极通过第四电阻R4连接控制器U1的GP2/AN2/T0CKI/INT/C0UT/CCP1端。第二电磁阀32中线圈的一端输入12 V电压，第二电磁阀32中线圈的另一端连接第二三极管Q2的集电极，第二三极管Q2的发射极接地，第二三极管Q3的基极通过第五电阻R5连接控制器U1的GP1/AN1/CIN-/ Vref/ICSPCLK端。电磁铁25中线圈的一端连接12 V电源的负极，12 V电源的正极连接常闭型电磁继电器K1的常闭静触点，常闭型电磁继电器K1的动触点连接电磁铁25中线圈的另一端，常闭型电磁继电器K1中线圈的一端输入12 V电压，常闭型电磁继电器K1中线圈的另一端连接第三三极管Q3的集电极，第三三极管Q3的发射极接地，第三三极管Q3的基极通过第六电阻R6连接控制器U1的GP0/AN0/CIN+/ICSPDAT/ULPWU端。控制器U1的GP3// VPP端分别连接第一电阻R1的一端和第一电容C1的一端，第一电容C1的另一端接地，第一电阻R1的另一端输入5 V电压 VCC。控制器U1的 VDD端输入5 V电压 VCC，控制器U1的 VSS端接地。5 V电压 VCC是由12 V电源分压得到。

4 总结

本文有益效果：（1）两个电极不短路时第一电磁阀打开，这样空心球和车内就是连通的，防止空心球内气压过大而在落水时把顶盖顶开;（2）两个电极短路时制位盖锁闭机构解锁，这样就能够手动将制位盖打开，空心球就能借助水的浮力浮出出口，空心球的这种运动方式无需靠电或者机械控制，只需利用水本身的浮力即可，设计巧妙，结构简单，方便使用;（3）通过控制第二电磁阀的打开和关闭来控制醋酸和小苏打是否发生反应，进而通过反应产生的气体增大空心球内的气压，从而把顶盖顶开，设计巧妙，也无需氧气罐，氧气直接来自于外界的空气，既降低了成本，又提高了安全系数;（4）空心球浮至水面后控制器U1控制第一电磁阀关闭、第二电磁阀打开，这样能够确保顶盖己完全在水面以上，此时打开顶盖就不会有水进入空心球中，从而可防止车内人员吸入水;（5）经过预设时间后控制器U1再控制第一电磁阀打开、第二电磁阀关闭，能够保证醋酸和小苏打充分反应，产生足够的气体，防止出现空心球内气压不够而顶不开顶盖的情况以及球体未伸出水面而打开顶盖的情况。

本论文实施方式采用的单片机控制器成本低、体积小、系统性能强、使用寿命长，具有广泛的市场应用前景。

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