本實用新型屬于氣壓式升降椅，具體涉及一種氣壓式升降椅安全預警系統及升降椅。

背景技術：

氣壓式升降椅具有高度隨意調節、坐感舒適、價格低廉、結構簡單、操作靈活等優點，受到廣大消費者的歡迎，成為了現代家居和辦公最為普遍的一種實用坐椅。氣壓升降椅之所以能夠實現高度的靈活調節，其主要的原理是依賴于工作在椅面和底盤之間，灌裝了1至2個標準大氣壓氮氣的氣缸。該氣缸用密封圈密封，氣缸內的活塞桿在壓力作用下可以上下移動，與座椅的調節手柄(即鎖定裝置)相配合，即可實現椅子的升降功能。

但近年來，氣壓式升降椅在實際使用中出現了多起由氣缸爆炸引起的安全事故。2007年4月20日，浙江省舟山市婁女士坐的椅子發生爆炸，硬塑料、木屑、海綿、布料、密封圈等大量碎片崩進婁女士體內，造成重傷。無獨有偶，同年11月26日煙臺開發區68歲的吳老先生也因為升降椅的爆炸，導致臀部、腿部、直腸肛管和小腸受到嚴重傷害。2008年、2009年、2012年也都發生過類似的氣壓升降椅爆炸的案件，并對使用者造成不同程度的傷害。一時間，人們對氣壓升降椅的安全問題廣泛關注，眾多氣壓升降椅使用者感到恐慌，擔心自己正坐在“炸彈”上。

從這些安全事故的調查中，可以看到氣壓式升降椅之所以發生爆炸，是由于氣缸中充入的高純度惰性氣體氮氣純度不夠(低于90％)或者混入其他氣體，在環境溫度太高以及頻繁地上下調整高度而使第一活塞桿和氣缸壁不斷摩擦，導致了氣缸氣溫和壓力驟升，氣體迅速膨脹，從而釀成爆炸慘劇。

為了減少或避免爆炸對人體的傷害，人們對氣壓式升降椅進行了改進。如CN104687822A記載的防護氣囊式升降椅，包括椅墊、壓桿、支架、支架鋼板、螺桿、內鋼管、外鋼管，支架側壁上固定有壓桿上的支點，外鋼管的頂部通過堵頭和密封圈將內鋼管底部固定在外鋼管上，內鋼管內部設置有可自由活動的螺桿，壓桿在支架內部的一端與螺桿頂端相連，支架內部設有彈性緩沖層，彈性緩沖層的邊緣嵌入支架內壁中，所述螺桿頂部設置有防護氣囊，防護氣囊的邊緣固定在支架與內鋼管間，通過安裝在螺桿上的防護氣囊，以及在防護氣囊部分的上部還安裝了彈性緩沖層，在升降椅內部發生爆炸時，二者的雙重保護能夠有效阻止使用者在升降椅使用不當時爆炸所帶來的傷害，保證使用者的人身安全。但該防護氣囊式升降椅仍存在以下問題：

(1)該方式屬于爆炸時危害控制手段，不能減少爆炸發生；

(2)不能實現安全預警，給人提醒，無法做到事前危險預防。

(3)爆炸危險存在時，不能排除危險。

又如CN 201445170U公開的氣壓升降椅安全底盤，該安全底盤包括底板、連接孔及安裝在底板下方的氣壓棒,底板與下方的氣壓棒垂直對應位置不設置空孔,采用密封結構。目的是在底盤與氣缸垂直對應位置加強防護,防止氣缸爆炸時第一活塞桿從空孔中沖出直接傷害到座椅上的人員。但該氣壓升降椅安全底盤仍存在以下問題：

(1)屬于加強防護措施，不能減少爆炸發生；

(2)不能實現安全預警，給人提醒，無法做到事前危險預防。

(3)爆炸危險存在時，不能排除危險。

因此，有必須開發一種新的氣壓式升降椅安全預警系統及升降椅。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種氣壓式升降椅安全預警系統及升降椅，能實時監測升降椅內部氣缸的氣壓，在氣壓異常時對使用者進行危險提示，并能自適應排除座椅爆炸危險。

本實用新型所述的氣壓式升降椅安全預警系統，包括氣壓棒，該氣壓棒包括升降氣缸和調節組件；

升降氣缸包括第一氣缸本體、第一活塞和第一活塞桿，第一活塞設在第一氣缸本體內并將第一氣缸本體的內腔分隔為上下兩個內腔，并在第一氣缸本體的側壁上開設有將上下兩個內腔連通的氣道，第一活塞桿的上端與第一活塞連接，第一活塞桿的下端伸出到第一氣缸本體外；

調節組件包括調節桿和開關栓，開關栓設在第一氣缸本體的上內腔與氣道的連通處，調節桿的一端伸入到第一氣缸本體內與開關栓連接，通過調節組件調節升降氣缸，控制座椅的升降；還包括控制裝置和泄壓裝置；

所述控制裝置包括單片機模塊，分別與單片機模塊連接的電源模塊、驅動模塊、報警模塊和A/D轉換模塊；

所述泄壓裝置包括泄壓氣缸、傳動組件、步進電機和氣壓傳感器；

所述泄壓氣缸包括第二氣缸本體、第二活塞和第二活塞桿，第二活塞設在第二氣缸本體內并將第二氣缸本體的內腔分隔為左右兩個內腔，且第二氣缸本體的左腔體與第一氣缸本體的上腔體連通，第二活塞桿的左端與第二活塞連接，第二活塞桿的右端伸出到第二氣缸本體外；

所述傳動組件設置在第二活塞桿的右端部，且傳動組件的輸入端與步進電機的輸出軸連接，該步進電機與驅動模塊電連接，所述氣壓傳感器設在第二氣缸本體的左腔體內，用于采集該左腔體內的氣壓值并發送給A/D轉換模塊，由A/D轉換模塊將模擬信號轉換為數字信號并發送至單片機模塊，在氣壓值大于預設氣壓閾值時，單片機模塊控制驅動模塊驅動步進電機轉動，傳動組件將步進電機的轉動轉為直線運動，并通過第二活塞桿帶動第二活塞沿第二氣缸本體的內壁左右移動。

還包括降溫裝置，該降溫裝置包括無葉風扇和溫度傳感器；

所述溫度傳感器用于實時采集泄壓氣缸的左內腔內的溫度，并發送給單片機模塊，該溫度傳感器與單片機模塊連接；

所述無葉風扇用于對升降氣缸進行降溫，該無葉風扇呈環狀，套設在升降氣缸外，該無葉風扇與驅動模塊連接，在溫度傳感器所采集的溫度值大于預設溫度閾值時，單片機模塊控制驅動模塊控制無葉風扇工作；通過風冷對升降氣缸進行降溫，防止升降氣缸爆炸。

進一步，所述傳動組件包括齒輪以及與齒輪相嚙合的蝸桿，齒輪與步進電機的輸出軸連接，蝸桿沿左右方向水平設在第二活塞桿的右端部，通過齒輪無蝸桿配合，將步進電機的轉動轉換為直線運動。

所述控制裝置還包括用于實時顯示溫度值和氣壓值的液晶顯示器，該液晶顯示器與單片機模塊連接。

所述報警模塊為聲光報警器，在檢測的溫度值大于預設溫度閾值時和/或檢測的氣壓值大于預設氣壓閾值時，聲光報警器進行報警。

本實用新型所述的一種升降椅，包括座椅底座和座椅本體，還包括本實用新型所述的氣壓式升降椅安全預警系統；

所述氣壓棒的下端伸入到座椅底座內，且通過升降氣缸的第一活塞桿的下端與座椅底座連接；所述升降氣缸的上端與座椅本體連接。

進一步，所述無葉風扇位于升降氣缸與座椅底座之間。

進一步，所述升降氣缸的第一活塞桿的下端通過軸承座與座椅底座連接，且升降氣缸能相對于座椅底座繞第一活塞桿的軸線轉動。

本實用新型具有以下優點：以單片機模塊為核心，以泄壓氣缸和無葉風扇為執行機構，構建了一套升降椅氣壓安全預警系統，該系統能夠實時監測到升降氣缸內的氣體的溫度和氣壓情況，并通過液晶顯示器實時顯示該溫度值和氣壓值，當出現氣缸氣壓或/和溫度過高時，系統將自動報警，以進行安全預警，做到事前危險預防，并通過泄壓氣缸和無葉風扇實現降壓降溫，故能夠有效防止升降椅發生爆炸。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖；

圖2為本實用新型的電路原理圖；

圖3為本實用新型的流程圖；

圖4為本實用新型中單片機模塊的電路圖；

圖5為本實用新型中溫度傳感器與單片機的連接電路圖；

圖6為本實用新型中溫度傳感器的工作流程圖；

圖7為本實用新型中ADC0832的引腳圖；

圖8為本實用新型中氣壓傳感器、A/D轉換模塊以及單片機模塊之間的連接電路圖；

圖9為本實用新型中氣壓傳感模塊中的A/D轉換的工作流程圖；

圖10為本實用新型中液晶顯示器與單片機模塊連接電路圖；

圖11為本實用新型中液晶顯示器的工作流程圖；

圖12為本實用新型中報警模塊的電路圖；

圖13為本實用新型中直流電機驅動電路的電路圖；

圖14為本實用新型中步進電機驅動電路的連接電路圖。

圖中：1、座椅本體，2、調節桿，3、開關栓，4、無葉風扇，5、第一活塞，6、第一氣缸本體，7、第一活塞桿，8、軸承座，9、座椅底座，10、氣道，11、第二氣缸本體，12、第二活塞，13、蝸桿，14、齒輪，15、步進電機，16、控制裝置，17、溫度傳感器，18、氣壓傳感器，19、第二活塞桿，20、單片機模塊，21、電源模塊，22、液晶顯示器，23、驅動模塊，34、報警模塊，25、A/D轉換模塊，26、滾輪。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作進一步說明：

如圖1所示的氣壓式升降椅安全預警系統，包括氣壓棒、控制裝置16、泄壓裝置和降溫裝置。

如圖1所示，氣壓棒包括升降氣缸和調節組件。升降氣缸包括第一氣缸本體6、第一活塞5和第一活塞桿7，第一活塞5設在第一氣缸本體6內并將第一氣缸本體6的內腔分隔為上下兩個內腔，并在第一氣缸本體6的側壁上開設有將上下兩個內腔連通的氣道10，第一活塞桿7的上端與第一活塞5連接，第一活塞桿7的下端伸出到第一氣缸本體6外。調節組件包括調節桿2和開關栓3，開關栓3設在第一氣缸本體6的上內腔與氣道10的連通處，調節桿2呈L形，調節桿2的一端伸入到第一氣缸本體6內與開關栓3連接，通過調節組件調節升降氣缸，控制座椅的升降。具體調節原理如下：當把調節桿2向下拉時，使開關栓3打開，第一氣缸本體6內的上內腔和下內腔相通，此時，上內腔和下內腔的壓力一樣，可自由調節座椅的高度。當將座椅的高度調節到適當位置時，使調節桿2復位，開關栓3閉合，使上內腔形成充滿高壓氮氣的密閉空間，以滿足座椅向下的壓力。

如圖1和圖2所示，所述控制裝置16包括單片機模塊20，分別與單片機模塊20連接的電源模塊21、驅動模塊23、報警模塊24、A/D轉換模塊25和液晶顯示器22。

如圖1所示，所述泄壓裝置包括泄壓氣缸、傳動組件、步進電機15和氣壓傳感器18。所述泄壓氣缸包括第二氣缸本體11、第二活塞12和第二活塞桿19，第二活塞12設在第二氣缸本體11內并將第二氣缸本體11的內腔分隔為左右兩個內腔，且第二氣缸本體11的左腔體與第一氣缸本體6的上腔體連通，第二活塞桿19的左端與第二活塞12連接，第二活塞桿19的右端伸出到第二氣缸本體11外。所述傳動組件設置在第二活塞桿19的右端部，且傳動組件的輸入端與步進電機15的輸出軸連接，該步進電機15與驅動模塊23電連接，所述氣壓傳感器18設在第二氣缸本體11的左腔體內，用于采集該左腔體內的氣壓值并發送給A/D轉換模塊25，由A/D轉換模塊25將模擬信號轉換為數字信號并發送至單片機模塊20，在氣壓值大于預設氣壓閾值時，單片機模塊20控制驅動模塊23驅動步進電機15轉動，傳動組件將步進電機15的轉動轉為直線運動，并通過第二活塞桿19帶動第二活塞12沿第二氣缸本體11的內壁左右移動。

如圖1所示，降溫裝置包括無葉風扇4和溫度傳感器17。所述溫度傳感器17用于實時采集泄壓氣缸的左內腔內的溫度，并發送給單片機模塊20，該溫度傳感器17與單片機模塊20連接。所述無葉風扇4用于對升降氣缸進行降溫，該無葉風扇4呈環狀，套設在升降氣缸外，該無葉風扇4與驅動模塊23連接，在溫度傳感器17所采集的溫度值大于預設溫度閾值時，單片機模塊20控制驅動模塊23控制無葉風扇4工作；通過風冷對升降氣缸進行降溫，防止升降氣缸爆炸。

本實用新型所述氣壓式升降椅安全預警系統的工作原理：升降氣缸內的氣壓、溫度信息通過相連一體的泄壓氣缸內的溫度傳感器17、氣壓傳感器18來實時監測兩氣缸內的溫度和氣壓，由其采集電路完成對實時輸入數據的采集、調理和轉換，并傳輸到單片機模塊20，單片機模塊20負責判斷、處理溫度傳感器17和氣壓傳感器18所檢測的信號，再通過液晶顯示器22實時顯所檢測的溫度值和氣壓值。單片機模塊20判斷溫度值、氣壓值是否過高，若當氣壓值和/或溫度值超過閾值時，則迅速發出報警信號提醒使用者，以進行安全預警，做到事前危險預防。同時通過驅動模塊23控制泄壓氣缸和無葉風扇4工作，以減小升降氣缸內的氣壓，實現安全控制，從而能夠有效防止升降椅發生爆炸。

如圖3所示，系統工作的主流程：系統在正常啟動后，開始初始化，并且自動讀取泄壓氣缸內溫度值和氣壓值并顯示在液晶顯示器22上。系統一直判斷溫度值、氣壓值是否異常，若異常，則做出相應降溫、泄壓控制。

如圖4所示，所述單片機模塊20即為單片機最小系統，該單片機最小系統為升降椅氣壓安全預警系統的核心部分，是實現溫度氣壓檢測、信號實時顯示、異常報警與降溫、泄壓控制的控制模塊，單片機最小系統由單片機STC89C52、時鐘晶振和復位電路共同構成，單片機選用單片機STC89C52，其具有功耗低保密性強，應用方便、靈活，價格低廉等特點。

如圖5所示，溫度傳感器17采用DS18B20溫度傳感器，安裝在泄壓氣缸的內壁，由于泄壓氣缸與升降氣缸相連通，可實時監測兩氣缸內的溫度。DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導體公司推出的第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，它具有眾多優點，比如體積小、功耗低、較高的性能、抗干擾能力強、易配微處理器等，其可將測得的溫度直接轉化成串行數字信號，并供處理器處理。溫度傳感器17的工作流程如圖6所示。

氣壓傳感器18選用芯片MPX4250，是一款絕對壓力集成傳感器。它安裝在泄壓氣缸的內壁上，由于兩氣缸內的氣壓平衡，可實時監測兩氣缸內的氣壓。該芯片MPX4250除了有壓阻式氣壓傳感器模塊以外，還有信號放大作用的信號放大器，以及用于溫度補償的薄膜電阻網絡。MPX4250系列壓電電阻傳感器是一個硅氣壓傳感器。MPX4250芯片的特性參數如表1。

表1 MPX4250特性參數

如圖7所示，A/D轉換模塊25用于將模擬信號轉換為數字信號。因為氣壓傳感器18輸出的是模擬電壓，所以，必須要進行A/D轉換才能交由單片機處理。選用芯片ADC0832，轉換分辨率為8位，同時其具有雙通道輸出。因其內部電源的輸入，可以與參考電壓進行復用，使得芯片ADC0832的模擬電壓輸入一種保持在0-5V之間。芯片ADC0832可實現輸入和輸出的電平與TTL/CMOS相兼容；輸出電壓在0-5V之間；250KHZ的工作頻率，轉換時間為32μS；一般功耗僅為15mw。

ADC0832芯片的接口說明：

CS_片選使能，低電平芯片使能；

CH0可為模擬輸入通道0，亦或作為IN+/-使用；

CH1可為模擬輸入通道1，亦或作為IN+/-使用；

GND芯片參考0電位；

DI數據信號輸入，選擇通道控制；

DO數據信號輸出，轉換數據輸出；

CLK芯片時鐘輸入；

Vcc/REF電源輸入及參考電壓輸入。

如圖8所示，氣壓傳感器18采用MPX4250，MPX4250的1腳與ADC0832的2腳連接，MPX4250的2腳接地，其3腳接電源。

如圖9所示，當氣壓傳感器18采集到氣壓信號時，氣壓信號需先經過ADC0832芯片進行A/D裝換后，才能被單片機接收、處理。

如圖10所示，液晶顯示器22選擇字符型液晶顯示器LCD1602。LCD1602一共可以顯示兩行字符，并且每行可同時顯示16個字符，其采用+5V的電源供電，具有較簡單的外圍電路配置。LCD1602是一種專門用于顯示字母、數字、符號等點陣式LCD，

LCD1602基本參數及引腳功能如表2所示。

表2 LCD1602引腳接口說明

如圖10所示，液晶顯示器22與單片機模塊20的電路連接如下：液晶3(VEE)腳為對比度調節端，串接一個10K的電位器來調節對比度；液晶4(RS)腳接單片機P2.6口；液晶5(RW)腳為讀/寫選擇端，接單片機P2.5口；液晶6(E)腳為使能端，是操作液晶時必須的，接單片機P2.7口；1(VSS)、2(VDD)腳是電源端；15(BLA)、16(BLK)腳是背光電源端；液晶7-14(D0-D7)腳為數據端，接單片機P0口，同時并聯一個排阻做上拉電阻。

如圖11所示，液晶顯示其的工作流程：傳感器采集到的信號經單片機處理后，在液晶顯示器22上實時顯示。

如圖12所示，報警裝置采用聲光報警器，包括蜂鳴器和LED指示燈。通過單片機最小系統判斷來自氣壓傳感器18、溫度傳感器17的數據是否超出閾值門限，并由單片機最小系統觸發蜂鳴器報警機制，同時由LED燈來顯示氣壓、溫度報警狀態。

在單片機的I/O里會輸出高低電平，在P1.1、P1.2、P1.3和P1.4分別接上LED指示燈，而P1.0接上蜂鳴器，而蜂鳴器外接個三極管Q1起到開關作用，當三極管達到飽和狀態下就驅動了蜂鳴器工作了。

當溫度值過高超出閾值時，蜂鳴器工作發出警報聲音，紅色發光二極管D1發光指示超溫狀態，降溫裝置工作。

當氣壓值過高超出閾值時，蜂鳴器工作發出警報聲音，黃色發光二極管D2發光指示超壓狀態，藍色發光二極管D4發光，泄壓裝置工作。

當氣壓和溫度值處于正常范圍時，綠色發光二極管D3發光指示正常狀態，否則熄滅；

當單片機最小系統監測到氣缸內氣壓或溫度超標時，則通過驅動模塊23，啟動無葉風扇4和步進電機15工作，實現降溫和泄壓作業。驅動模塊23包含兩個部分，一部分如圖13所示的直流電機驅動電路，接單片機P1.5口，它使用變化的小電流去驅動控制直流電機M2轉動，從而控制無葉風扇4轉動，中間有相應信號及功率匹配的電機驅動板。另一個部分為步進電機驅動電路，如圖14所示，接單片機P1.6、P1.7口，由譯碼電路和L298N等芯片構成，通過控制步進電機15來驅動齒輪蝸桿組，使泄壓氣缸內的第二活塞向右方向運動，從而實現泄壓。最終達到對氣壓棒的升降氣缸的降溫和泄壓作用，實現安全控制。

如圖1所示，本實施例中所述傳動組件包括齒輪14以及與齒輪14相嚙合的蝸桿13，齒輪14與步進電機15的輸出軸連接，蝸桿13沿左右方向水平設在第二活塞桿19的右端部，通過齒輪14無蝸桿13配合，將步進電機15的轉動轉換為直線運動。

如圖1所示，本實用新型所述的一種升降椅，包括座椅底座9、座椅本體1，以及本實用新型所述的氣壓式升降椅安全預警系統；所述氣壓棒的下端伸入到座椅底座9內，且升降氣缸的第一活塞桿7的下端通過軸承座8與座椅底座9連接，且升降氣缸能相對于座椅底座9繞第一活塞桿7的軸線轉動；所述升降氣缸的上端與座椅本體1連接。且無葉風扇4位于升降氣缸與座椅底座9之間，并在座椅底座9的側壁上開設有通風孔。

如圖1所示，為了方便移動，可以在座椅底座9設置滾輪26。