王清

（國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，山東濟(jì)南，250000）

0 前言

近年來，汽車安全問題的關(guān)注度大大提高，人們對汽車的安全性能也看得非常重要。所以在設(shè)計(jì)汽車時要考慮各方面的情況，不僅要在事故發(fā)生時最大限度地降低乘車人員的受傷概率，而且還要在輕松舒適的駕駛條件下幫助駕駛?cè)藛T避免交通事故的發(fā)生。

目前確保駕駛?cè)藛T安全的保障措施有主動安全技術(shù)以及被動安全技術(shù)，大部分的設(shè)計(jì)師們把主要精力放在了主動安全設(shè)計(jì)，他們認(rèn)為讓汽車主動采取安全措施，可以大大提高汽車安全系數(shù)，卻忽略了對于車內(nèi)遺留人員的安全問題，有必要設(shè)計(jì)一種當(dāng)有人員被遺留在車內(nèi)時的自動報警系統(tǒng)防止類似的意外發(fā)生。例如在車內(nèi)安裝一個可以防止兒童被遺留的駕駛員報警器，在駕駛員離開汽車后，該裝置能自動檢測到車內(nèi)如有人員遺留就會報警避免此類悲劇的發(fā)生。

從國內(nèi)市場來看，停車安全問題的正處在研究階段，該研究的目的是為了解決在車輛駐停后車內(nèi)遺留兒童人身安全沒有得到保護(hù)措施的問題。停車安全報警裝置可以使駕駛?cè)藛T離開車后發(fā)出報警聲音，從而去提醒駕駛?cè)藛T不要把兒童遺忘在車內(nèi)。特別是，當(dāng)系統(tǒng)對車內(nèi)環(huán)境進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)有兒童遺留時，蜂鳴器就會向外面發(fā)出報警聲并要求駕駛?cè)藛T及時進(jìn)行救助，從而可以達(dá)到保障乘車兒童人身安全的目的。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架

本文設(shè)計(jì)的防止人員被遺留在車內(nèi)的檢測與報警系統(tǒng)工作過程如下：當(dāng)車輛駐停后，如果聲音檢測模塊、常閉震動檢測模塊、人體紅外檢測模塊的任一模塊檢測到有人員遺留時，便會發(fā)出報警信號，并且通過GSM模塊第一時間發(fā)送短信給駕駛員進(jìn)行求救。該檢測與報警系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框架如圖1所示。

硬件電路的設(shè)計(jì)是整個系統(tǒng)的核心內(nèi)容，整個裝置由STM32F103C8T6單片機(jī)、聲音檢測模塊、常閉震動檢測模塊、人體紅外感應(yīng)模塊、GSM模塊以及蜂鳴器六部分組成，其中STM32F103C8T6單片機(jī)作為控制器，進(jìn)行信號分析和處理；聲音模塊、常閉震動模塊、人體紅外模塊為三個模塊檢測模塊，對車內(nèi)所遺留人員的活動變化跡象進(jìn)行檢測；GSM模塊用于對所述活動跡象檢測獲得的信息發(fā)送給接收端；蜂鳴器用于提示和報警。

當(dāng)車輛駐停，車門上鎖后，聲音傳感器、震動傳感器和人體紅外傳感器三個檢測模塊自行啟動，整個系統(tǒng)開始工作。當(dāng)這三個模塊其中的一個模塊檢測到有人員遺留后，將其檢測到的信號通過主控模塊使喇叭發(fā)出聲音(響四聲)，然后繼續(xù)檢測，當(dāng)這三個模塊累計(jì)四次檢測到信號發(fā)出聲音時，便會通過GSM模塊將信號傳輸給手機(jī)發(fā)送短信進(jìn)行報警，當(dāng)檢測到無人員遺留時，系統(tǒng)則不會啟用警報模塊進(jìn)行報警。

1.1 聲音檢測模塊設(shè)計(jì)

圖2 聲音檢測模塊

聲音檢測模塊主要用于檢測周圍環(huán)境的聲音強(qiáng)度，并可以通過調(diào)節(jié)靈敏度來檢測聲音的強(qiáng)弱，它的輸出形式是數(shù)字開關(guān)量輸出。其主要有三個接口，分別是VCC接口、GND接口以及OUT接口，如圖2所示，接口1接信號輸出端，接口2接電源負(fù)極，接口3用來接電源正極，需將電壓控制在5V。

1.2 常閉震動檢測模塊設(shè)計(jì)

常閉震動傳感器主要依靠滾軸來檢測周圍環(huán)境的活動跡象。當(dāng)模塊沒有檢測到震動時，其開關(guān)閉合導(dǎo)通輸出為低電平，指示燈亮；當(dāng)模塊檢測到震動時，開關(guān)便會瞬間斷開變?yōu)楦唠娖?，這時指示燈熄滅。

圖3 常閉震動檢測原理圖

1.3 人體紅外感應(yīng)模塊設(shè)計(jì)

人體紅外感應(yīng)模塊是一種傳感器，它可以檢測人體或者動物發(fā)出的紅外線并且輸出電信號，它的工作原理是當(dāng)這個傳感器檢測到某個人在這個感應(yīng)范圍內(nèi)時，傳感器就會輸入一個高電平，當(dāng)人超出感應(yīng)范圍傳感器檢測不到的時候，便會自動延時關(guān)閉高電平同時輸出低電平人體紅外感應(yīng)傳感器采用的控制單元是BISS0001芯片，它是一種高性能信號處理集成電路的傳感器，配備了由人體紅外傳感器和少量外部元件組成的無緣超濾器開關(guān)，它可以快速自動開啟各種白熾燈和蜂鳴器等設(shè)備，特別適用于各種敏感區(qū)域，或者是需要照明和報警的安全區(qū)域。它不僅能很好的匹配于人體的紅外傳感器，而且還能與其他類型的傳感器相匹配。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 程序描述

程序中主要用到的知識點(diǎn)包括單片機(jī)的外部中斷、串口通信、LED燈的點(diǎn)亮和熄滅操作以及蜂鳴器等。其中外部中斷尤為重要，當(dāng)聲音檢測模塊、常閉震動檢測模塊、人體紅外檢測模塊檢測到有異常時，就會觸發(fā)中斷并進(jìn)行報警，其次是GSM模塊，通過GSM模塊連接到手機(jī)上，使車主第一時間了解車內(nèi)的情況。

2.2 程序設(shè)計(jì)流程

當(dāng)車輛駐停，分為三種情況，一種是看聲音檢測模塊是否檢測到有聲音，另一種是看常閉震動檢測模塊是否能檢測到有震動，還有一種情況就是看人體紅外檢測模塊是否能檢測到有人體靠近，一旦有任何一個模塊檢測到信號時，此時觸發(fā)中斷，蜂鳴器執(zhí)行一次報警，如此循環(huán)，如果蜂鳴器連續(xù)四次發(fā)出聲音，則觸發(fā)GSM模塊，打電話給車主進(jìn)行報警。程序流程圖如圖4所示。

圖4 程序流程圖

3 系統(tǒng)調(diào)試

設(shè)計(jì)實(shí)物圖如圖5所示。

圖5 實(shí)物圖

首先對系統(tǒng)電路進(jìn)行焊接，包括單片機(jī)的電源電壓和外圍電路、聲音檢測電路、常閉震動檢測電路、人體紅外檢測電路、蜂鳴器報警電路、GSM通信電路、其他接口電路及輔助電路和三極管。焊接結(jié)束后，檢查是否存在焊接錯誤、焊接不良和虛焊，確認(rèn)無誤后對電路板進(jìn)行接線，再檢查有無錯誤接線，在準(zhǔn)備工作完成后，開始為單片機(jī)燒寫程序，最后通電并測試系統(tǒng)功能。

若焊接好后，給電路板通電測試，聲音檢測模塊和常閉震動檢測模塊的電源指示燈亮，說明電路板各器件連接正常。如果周圍環(huán)境有聲音或者是有震動，但是模塊檢測不到，便說明模塊靈敏度不夠，需要調(diào)節(jié)聲音檢測模塊以及常閉震動檢測模塊上面的電位器。

給電路板通電，若電路板連接正常，當(dāng)聲音檢測模塊、常閉震動檢測模塊、人體紅外檢測模塊連續(xù)四次檢測到信號，但是GSM模塊沒有打電話進(jìn)行報警，不排除一種原因是手機(jī)卡沒安裝好或者信號比較弱，需要斷電重新進(jìn)行測試，或者換個位置測試。