李麗萍　王露

摘要：汽車密閉環(huán)境下，長時間駐留在車內(nèi)的生命體極易因為疏忽而發(fā)生窒息、中暑等安全事故，針對這一問題，我們設(shè)計一種車載主動安全控制系統(tǒng)，其特征在于霍爾傳感器檢測車輛運動狀態(tài)，人體紅外感應(yīng)模塊決定裝置是否開啟，溫濕度傳感器、氧氣濃度傳感器、二氧化碳濃度傳感器實時探測車內(nèi)情況，蜂鳴器與閃爍的LED燈及其報警指示電路會在車內(nèi)報警，天窗驅(qū)動控制可直接開啟車窗，新浪云端使用三重DEs與Ecc混合加密算法有效保護數(shù)據(jù)傳輸安全，安卓客戶端APP便于使用者隨時接收報警信息及查看具體參數(shù)情況：所述系統(tǒng)在確定車輛靜止且存在生命體后開啟，用于實時監(jiān)測車內(nèi)情況系數(shù)變化情況并進行車內(nèi)及短信報警，數(shù)據(jù)同時發(fā)送至云端服務(wù)器進行分析，記錄在MysQL數(shù)據(jù)庫中，手機APP可查。多重有效保障車內(nèi)人員安全。

關(guān)鍵詞：ZigBee；CC2530；GSM；車聯(lián)網(wǎng)；安全

1.引言

目前，家庭擁有私家車數(shù)量日益增加，然而車輛的普及給人們帶來便利的同時，也存在著很多安全隱患。

密閉條件下，車內(nèi)的空氣得不到更新，汽車發(fā)動機和空調(diào)運行會導(dǎo)致車內(nèi)的一氧化碳濃度升高，一氧化碳無色、無臭、不易被察覺，被吸入后對人體造成極大危害。中國《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》指出：車間連續(xù)接觸8h的最高容許濃度為300ppm。同時，車內(nèi)人員呼出大量二氧化碳，導(dǎo)致車內(nèi)氧氣急劇減少，幾小時就會使人惡心、昏迷，嚴(yán)重者甚至窒息而死亡。每年在車內(nèi)密閉環(huán)境睡覺等原因?qū)е氯藛T缺氧窒息死亡的新聞屢見不鮮。

另外，人們對于封閉空間中暑事件的發(fā)生明顯的認(rèn)知不足，大多數(shù)人認(rèn)為戶外溫度不高時不會發(fā)生中暑危險。但據(jù)國家公路交通安全管理局表示，車內(nèi)中暑是乘車人員尤其是兒童在汽車非撞擊事故中死亡的第一大因素。美國一項研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氣溫達到35攝氏度時，陽光照射15分鐘，封閉車廂里的溫度就能升至65攝氏度。

綜合以上兩種情況，我們提出設(shè)計一款監(jiān)控車內(nèi)人員安全的保障系統(tǒng)保障車內(nèi)人員安全，減少車內(nèi)人員窒息中暑死亡事件的發(fā)生。

2.車內(nèi)人員安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案

我們從汽車主動安全的角度出發(fā)，利用傳感器、ZigBee組網(wǎng)、新浪云服務(wù)器和MySQL數(shù)據(jù)庫和安卓等技術(shù)支持，設(shè)計了一款車載主動安全監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對車內(nèi)一氧化碳濃度和二氧化碳濃度以及溫度等生命值信息的檢測。車載主動安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

本系統(tǒng)由溫濕度傳感器DHTll，一氧化碳傳感器MQ-7及其調(diào)理電路，霍爾傳感器、二氧化碳傳感器、人體紅外感應(yīng)模塊HC.SR501、蜂鳴器及其報警指示電路、天窗驅(qū)動控制，新浪云端，安卓客戶端APP部分組成?；赯igBee的自組網(wǎng)絡(luò)，在發(fā)動機長時間處于怠速狀態(tài)和空調(diào)開啟等情況下，該系統(tǒng)實時監(jiān)測車內(nèi)溫度、CO濃度的變化情況，并記錄、存儲相關(guān)數(shù)據(jù)。首先通過霍爾傳感器判斷汽車運行狀態(tài)，如果汽車處于怠速或者關(guān)閉狀態(tài)，繼而通過人體紅外感應(yīng)判斷生命的存在，若有生命存在，則啟動系統(tǒng)。系統(tǒng)通過測定溫度或者CO濃度這兩個參數(shù)來判斷是否預(yù)警。超出設(shè)定在第一條安全防線進時行第一次蜂鳴器預(yù)警提醒車內(nèi)人員注意通風(fēng)保證空氣流通，并給車主發(fā)送短信提醒；當(dāng)超過第二條安全防線時，系統(tǒng)第二次蜂鳴器報警和發(fā)生安全預(yù)警短信，并在1min后自動開啟天窗，保證車內(nèi)人員安全。此外，傳感器將收集的數(shù)據(jù)上傳至新浪云端，用戶可通過APP隨時查看車內(nèi)情況，給車內(nèi)人員生命安全提供三重保障，具有其實用性。系統(tǒng)流程圖如圖2所示。

3.硬件設(shè)計

該系統(tǒng)的硬件模塊是由人體紅c應(yīng)模塊HC-SR501、溫濕度傳感器模塊DHT11、電機模塊、Zigbee節(jié)點模塊、霍爾傳感器、蜂鳴器報警模塊、GSM模塊組成，各個模塊將采集到的信息通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給協(xié)調(diào)器。協(xié)調(diào)器通過“串口調(diào)試助手”顯示，并通過串口發(fā)送給電腦端，實現(xiàn)對于車內(nèi)信息的實時監(jiān)控和采集。硬件模塊設(shè)計分為五部分：組建ZigBee網(wǎng)絡(luò)、車內(nèi)信息采集以及處理、汽車天窗的電機設(shè)計、車內(nèi)蜂鳴器預(yù)警警、GSM信息預(yù)警。

3.1.1組建ZigBee網(wǎng)絡(luò)

首先完成協(xié)調(diào)器節(jié)點和各個終端節(jié)點的程序編譯、調(diào)試以及下載，每個節(jié)點設(shè)置獨立的條件編譯選項，代各部分完成后，組建ZigBee網(wǎng)絡(luò)，使其成為一個相對獨立的系統(tǒng)。給協(xié)調(diào)器上電，網(wǎng)絡(luò)組建成功后輸出協(xié)調(diào)器的物理地址以及網(wǎng)絡(luò)地址。隨后啟動各終端節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)，成功后通過串口看到接入的節(jié)點信息。

3.1.2車內(nèi)信息采集以及處理

信息采集是實時將外界車內(nèi)環(huán)境信息轉(zhuǎn)變?yōu)闄C器可識別的信息，本系統(tǒng)重點采集信息為人體存在特征、溫度等信息，使用的ZigBee模塊為CC2530模塊、溫度傳感器模塊DHTl 1、人體紅外感應(yīng)器模塊HC-SR501。

人體紅外感應(yīng)模塊利用周期性點播定時器，間隔定時1s。程序自動判斷是否開啟整個監(jiān)控系統(tǒng)。無人時終端節(jié)點顯示“security”，串口顯示“0”；有人進入感應(yīng)范圍終端節(jié)點“insecurity”，串口顯示“1”。

3.1.3汽車天窗的電機設(shè)計

電機（車窗）動作是指當(dāng)車溫度、氧氣濃度等生命值不在合理范圍時觸發(fā)動作，執(zhí)行車載系統(tǒng)車窗控制，將車窗打開一條縫，避免車內(nèi)人員危險的發(fā)生。

驅(qū)動控制由12V直流電機、電磁開關(guān)和行程開關(guān)組成。通過電磁開關(guān)控制電機的通斷，行程開關(guān)作為車窗開關(guān)閉位置的反饋信號。

3.1.4車內(nèi)蜂鳴器預(yù)警

采用有源蜂鳴器實現(xiàn)5HZ的急促鳴叫聲，提醒車內(nèi)人員氧氣濃度不足的危險警示。

3.1.5 GSM信息預(yù)警

GSM模塊使用TEXT模式，利用“AT+CMGW”“AT+CMSS”等指令預(yù)先存儲好短信內(nèi)容，一旦終端數(shù)據(jù)發(fā)送異常，系統(tǒng)自動發(fā)送事先編輯好的內(nèi)容，進行遠距離傳輸警報。

4.系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件部分分別使用新浪云服務(wù)器和MySQL數(shù)據(jù)庫分析和儲存數(shù)據(jù)，云服務(wù)器接口一端連接手機客戶端，另一端連接底層硬件。云端服務(wù)器使用PHP語言編寫，易維護。

安卓客戶端一方面使用HttpClient提供的http網(wǎng)絡(luò)訪問接口，在登錄按鈕下開啟子線程向新浪云端服務(wù)器發(fā)送post請求，將返回的數(shù)據(jù)解析進行處理讓結(jié)果在界面顯示；另一方面在達到安全臨界值時后臺可進行消息的推送，向用戶發(fā)出安全預(yù)警信號，避免危險的發(fā)生。

5.系統(tǒng)測試

將編好的c語言程序燒錄進個傳感器模塊中，完成ZigBee組網(wǎng)，開機進行測試。

測試情況一：將該系統(tǒng)進行打火機灼燒加熱，系統(tǒng)設(shè)定在第一條溫度的安全防線進行第一次蜂鳴器預(yù)警提醒車內(nèi)人員注意通風(fēng)保證空氣流通，并發(fā)送短信提醒；當(dāng)超過溫度的第二條安全防線時，系統(tǒng)第二次蜂鳴器報警和發(fā)生安全預(yù)警短信，并在1min后自動開啟天窗。

測試情況二：將該系統(tǒng)放入特定的CO環(huán)境中，系統(tǒng)設(shè)定在第一條CO濃度的安全防線200ppm時進行第一次蜂鳴器預(yù)警提醒車內(nèi)人員注意通風(fēng)保證空氣流通，并發(fā)送短信提醒；當(dāng)超過CO的第二條安全防線300ppm時，系統(tǒng)第二次蜂鳴器報警和發(fā)生安全預(yù)警短信，并在1min后自動開啟天窗。

在兩種測試情況下，傳感器皆可將收集的數(shù)據(jù)上傳至新浪云端，用戶可通過APP隨時查看車內(nèi)情況。以上測試結(jié)果表明系統(tǒng)功能測試成功。

6.結(jié)語

車聯(lián)網(wǎng)作為一個新興產(chǎn)業(yè)，帶來了一個巨大的機遇。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，在市場需求帶動下，車聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備有望迎來爆發(fā)式增長。本設(shè)計順應(yīng)歷史潮流，擁有良好的發(fā)展前景和具有較高的應(yīng)用價值。采用ZigBee的CC2530模塊及各種傳感器，設(shè)計并實現(xiàn)了對車內(nèi)環(huán)境的實時測控，測控精度高、可靠性高、系統(tǒng)成本低，易于集成到汽車安全輔助設(shè)備系統(tǒng)中，使得汽車安全系統(tǒng)更加完善，保證車內(nèi)人員安全。