楊煒程，楊浩

（成都紡織高等?？茖W(xué)校，四川 成都 611731 ）

引言

隨著汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展和人民物質(zhì)生活水平的提高，汽車逐漸走進普通家庭，成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡闹匾ぞ?，兒童乘車的機會也在隨之增多，一些家長由于安全意識欠缺或是懷有僥幸心理，將幼兒單獨留在密閉的車內(nèi)。現(xiàn)代汽車對車內(nèi)靜音和隱私效果的要求較高，汽車的密閉性也越來越好，但汽車內(nèi)部空間狹小，車內(nèi)氣體不易流通，外界的新鮮空氣很難進入車內(nèi)，特別是在炎熱夏天的室外，車內(nèi)環(huán)境惡化會更加嚴重，由于幼兒不具備開窗通氣，電話報警燈能力，由此導(dǎo)致的幼兒窒息傷亡事件屢有發(fā)生。

目前已有一些車內(nèi)環(huán)境檢測報警裝置[1]-[4]，但這些報警裝置大多數(shù)沒有考慮汽車是否處于靜止?fàn)顟B(tài)，或考慮到這個問題，卻只使用單純是利用加速度傳感器判斷汽車是否靜止。若汽車處于怠速狀態(tài)，也會被加速度傳感器判斷為靜止，實際上，在這種情況下，駕駛員一般都在車內(nèi)，檢測車內(nèi)環(huán)境并報警救援車內(nèi)幼兒是沒有意義的。因此有必要設(shè)計一種識別報警系統(tǒng)，能車內(nèi)是否有幼兒被遺留，且在環(huán)境不斷惡化的情況下，分級報警救援。

1 總體設(shè)計

該系統(tǒng)具有車內(nèi)人員識別功能和報警救援功能。系統(tǒng)是以單片機為控制核心，分別通過電壓傳感器判斷汽車狀態(tài)，二氧化碳傳感器、振動傳感器進行車內(nèi)人員識別，溫度傳感器進行采集車內(nèi)環(huán)境信號，根據(jù)環(huán)境惡化程度選擇報警級別，并利用GSM模塊進行報警。系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

整個系統(tǒng)由單片機、車輛啟停探測器、活動跡象探測器和探測結(jié)果處理器，其中，單片機作為控制器，進行信號分析和處理；車輛啟停探測器用于對車輛在行駛狀態(tài)與停止?fàn)顟B(tài)之間轉(zhuǎn)換時發(fā)生的運行狀態(tài)變化進行探測；活動跡象探測器用于在車輛處于停止?fàn)顟B(tài)時對車內(nèi)乘客活動所產(chǎn)生的環(huán)境變化進行探測；探測結(jié)果處理器用于根據(jù)從所述活動跡象探測器獲得的探測信號做出是否有人員遺留的判斷，并采取應(yīng)對措施。

2.1 單片機模塊

采用STC89C52作為系統(tǒng)控制器，期體積小，功耗低，存儲容量大，硬件比較容易實現(xiàn)。

2.2 車輛啟停探測器

車輛啟停探測器主要由電壓傳感器模塊組成。電壓傳感器與車載點煙器相連，探測車輛在行駛狀態(tài)與停止?fàn)顟B(tài)之間轉(zhuǎn)換時發(fā)生在車載點煙器電路上的電信號變化，從而做出汽車是否處于啟動狀態(tài)的判斷。汽車熄火后，車載點煙器斷由蓄電池供電，對于一般轎車而言，汽車蓄電池的標準電壓值為12V，發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中，車載點煙器的電壓一般在13V以上，發(fā)動機停止運轉(zhuǎn)時，車載點煙器的電壓一般低于12.5V，因此只要車載點煙器的電壓低于某一閾值（一般設(shè)置為低于 12.5V）即表明發(fā)電機已經(jīng)停止運轉(zhuǎn)，即發(fā)動機停止運行，此時向控制器傳輸信號。

2.3 活動跡象探測器

活動跡象探測器主要由二氧化碳檢測模塊、溫度檢測模塊和振動檢測模塊組成。一般情況下，人體呼出氣體中部分氣體的含量和空氣中部分氣體的含量如下表示[5]。

表1 空氣及人體呼氣中各氣體含量（含量均指各組分的體積分數(shù)）

由1表可知，人體呼出的氣體中，氧氣的含量只降低了4%，但二氧化碳的含量卻增加了一百倍左右，水蒸氣含量更是增加了兩百倍左右。雖然水蒸氣改變量也很大，但若車內(nèi)情況潮濕，則會對結(jié)果產(chǎn)生很大的負面影響，因此，可將二氧化碳濃度變化量作為空氣指標，通過檢測車內(nèi)二氧化碳濃度改變量來判斷是否有人，若車內(nèi)的二氧化碳濃度增高超過一定的值，控制器就會做出有人遺留車內(nèi)的判斷，同時通過振動傳感器，檢測車內(nèi)座位上是否有振動信號產(chǎn)生，把振動檢測作為輔助判斷依據(jù)。

探測器還要監(jiān)測車內(nèi)環(huán)境的變化。夏天車內(nèi)溫度對人體的影響是最大的，冬天或夜晚溫度對人體的影響就相對減弱，雖然氧氣含量對人的影響增大，但車內(nèi)的空間只是相對封閉的，人能夠在車內(nèi)依然能待上很長一段時間都不會有什么危險。且在這段時間能，系統(tǒng)便早就發(fā)出了警報信號。濕度雖然有一定的影響，但相對兩者來說，便顯得更不那么重要了。因此我們把溫度作為評價車內(nèi)環(huán)境的指標。利用溫度傳感器，可以判斷車內(nèi)環(huán)境的惡化程度。當(dāng)外界氣溫達到35℃時，陽光照射15分鐘后，封閉車廂里的溫度就會升至65℃，在這樣的環(huán)境下待上半小時就能致命；而在陽光直射下，密閉車廂內(nèi)的溫度1小時內(nèi)約上升20℃，因此即便車內(nèi)最初溫度是最舒適的26℃，一小時后也會超過40℃。同時溫度升高，更加容易導(dǎo)致人體的窒息[6]。

2.4 探測結(jié)果處理器

圖3 系統(tǒng)硬件設(shè)計圖

探測結(jié)果處理器包括電話模塊和自動救援模塊。電話模塊利用 GSM 模塊接收到控制器的求救指令后，向儲存單元中讀取車主電話，進行報警。當(dāng)車內(nèi)溫度達到臨界狀態(tài)時觸發(fā)第一級短信提示，系統(tǒng)每隔一段時間向車主發(fā)送一次，提示車內(nèi)環(huán)境參數(shù)值。若車內(nèi)環(huán)境一直處于持續(xù)惡化狀態(tài)，但尚未達到惡化極限，在發(fā)送短信一段時間后觸發(fā)第二級電話報警提示。救援模塊控制車窗的升降，當(dāng)環(huán)境達到極限值時車內(nèi)乘客將會有生命危險，單片機控制車窗上的步進電機降下車窗，進行通風(fēng)換氣，使車內(nèi)環(huán)境改善。同時以便于路人發(fā)現(xiàn)險情，并實施救援。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

圖3 系統(tǒng)設(shè)計流程圖

當(dāng)車門汽車處于未發(fā)動狀態(tài)的時候，系統(tǒng)隨即上電進行初始化設(shè)置二氧化碳傳感器測定當(dāng)前環(huán)境二氧化碳含量通過AD轉(zhuǎn)換傳給單片機并初值設(shè)為a，開始延時，同時振動傳感器作為中斷程序也開始啟動。當(dāng)振動傳感器檢測到振動信號，并產(chǎn)生中斷的時候，單片機便通過AT指令向GSM模塊發(fā)送短信指令。二氧化碳傳感器每隔兩分鐘便測量一次信號設(shè)為b，將a值與b的值進行比較：若ab，或a=b，則系統(tǒng)會繼續(xù)循環(huán)下去，直到系統(tǒng)電源被切斷。

4 結(jié)語

該系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡單，可維護性好，以STC89C52芯片為核心控制，通過車輛啟停探測器、活動跡象探測器和探測結(jié)果處理器能有效的防止幼兒被遺留在車內(nèi)造成的傷亡，具有廣闊的市場空間與發(fā)展前景。傳感器的靈敏度以及安裝位置對測試結(jié)果有一定的影響，后期研究可以繼續(xù)改善系統(tǒng)的靈敏度，將元件集成，作為汽車附屬設(shè)備安裝在車內(nèi)。

參考文獻

[1] 毛亮.胡健.楊慶繁.基于 MCS_51單片機的車內(nèi)防窒息報警智能控制系統(tǒng)[J].信息系統(tǒng)工程,2016.10∶25.

[2] 宋玉峰.宋金城.嬰幼兒遺忘轎車內(nèi)自動警報系統(tǒng)的研究與探討[J].軟件, 2016,37,(12)∶48-50.

[3] 王誠祺,陳望,鹿蒙,陳常豪,陳睿等.一種防幼兒窒息的汽車報警系統(tǒng)[P].中國專利∶CN205103990U,2016-03-23.

[4] 陳敏行.一種保護車內(nèi)人員的檢測報警裝置[P].中國專利∶ CN205 871865U, 2017-01-11.

[5] 劉巖“吸人的空氣和呼出的氣體中水蒸氣含量比較”的實驗改進[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考,2007(10)∶38-38

[6] 張小明,探究基于單片機的溫度控制系統(tǒng)[J].電子制作,2015,01∶271-272.