李芯怡，孫夢(mèng)茹，郭思薔，姜雪松

（東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江哈爾濱 150040）

近些年，兒童被鎖車內(nèi)的意外事故頻發(fā)，兒童因家長(zhǎng)疏忽被鎖車內(nèi)的安全防護(hù)問題不容忽視。為減少此類事故的發(fā)生，研制并開發(fā)一種車載兒童報(bào)警防護(hù)裝置十分必要。

公開發(fā)表的文獻(xiàn)中涉及的車內(nèi)兒童報(bào)警裝置主要將檢測(cè)車內(nèi)是否有人作為裝置啟動(dòng)報(bào)警與否的唯一標(biāo)準(zhǔn)[1-2]，啟動(dòng)條件單一，容易出現(xiàn)虛假報(bào)警；部分裝置對(duì)上述的設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)，在此基礎(chǔ)上增添了氣體與溫度檢測(cè)模塊[3-4]，車廂中心溫度的檢測(cè)可實(shí)現(xiàn)性強(qiáng)，但車廂內(nèi)氣體濃度的檢測(cè)實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，因?yàn)闅怏w濃度檢測(cè)要求精準(zhǔn)，對(duì)監(jiān)測(cè)器要求高，且氣體濃度變化較慢，檢測(cè)周期較長(zhǎng)。

為達(dá)到報(bào)警準(zhǔn)確性、及時(shí)性以及保護(hù)兒童定向性的目的，設(shè)計(jì)了一種既可檢測(cè)車內(nèi)溫度及是否有兒童存在，還可以識(shí)別檢測(cè)兒童因身體不適所發(fā)出聲音的新型報(bào)警裝置。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案

新型車載護(hù)童報(bào)警裝置的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。該裝置系統(tǒng)由主控制器、太陽(yáng)能蓄電系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)及反饋系統(tǒng)組成，其中主控制器為STM32F103 型單片機(jī)，可控制系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)模塊；太陽(yáng)能蓄電系統(tǒng)為整個(gè)裝置供電，包括太陽(yáng)能電板和磷酸鐵鋰電池；檢測(cè)系統(tǒng)為主控制器提供輸入信息，包括溫度監(jiān)測(cè)模塊、熱釋電紅外檢測(cè)模塊、語(yǔ)音識(shí)別檢測(cè)模塊；反饋系統(tǒng)接收主控制器處理后的輸出信息并進(jìn)行報(bào)警，包括GSM（全球移動(dòng)通信系統(tǒng)，Global System for Mobile Communications）用戶傳輸系統(tǒng)和聲報(bào)警器。

圖1 新型車載護(hù)童報(bào)警裝置系統(tǒng)

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 太陽(yáng)能蓄電系統(tǒng)

太陽(yáng)能蓄電系統(tǒng)由太陽(yáng)能電板和磷酸鐵鋰電池組成。

太陽(yáng)能蓄電系統(tǒng)分為太陽(yáng)能充電蓄電和USB式接口充電，太陽(yáng)能電板的主要材質(zhì)為非晶硅面板。非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池具有高透光性、弱光發(fā)電、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，所以陰天時(shí)該系統(tǒng)也可正常進(jìn)行蓄電[5-6]。

所用鐵鋰電池為磷酸鐵鋰電池，該電池具有循環(huán)壽命長(zhǎng)、耐高溫、體積小、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)能領(lǐng)域[7]。電池蓄電可通過非晶硅面板把光能轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行儲(chǔ)能，也可通過USB接口進(jìn)行蓄電。只要在有光照的地方，太陽(yáng)能電板就可蓄電，避免用戶由于忘記充電而導(dǎo)致裝置停止工作。兩種充電方式的存在保證了裝置工作的持久性。

2.2 檢測(cè)系統(tǒng)

檢測(cè)系統(tǒng)由溫度監(jiān)測(cè)模塊、熱釋電紅外檢測(cè)模塊和語(yǔ)音識(shí)別檢測(cè)模塊組成。

裝置檢測(cè)系統(tǒng)開始工作的前提是車門已關(guān)閉。部分裝置檢測(cè)車門關(guān)閉的方式是通過單片機(jī)來識(shí)別發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過轉(zhuǎn)速信息來判斷車輛是否處于熄火狀態(tài)[8]?？紤]到此種檢測(cè)方法實(shí)現(xiàn)起來較為復(fù)雜且普遍性較弱，所以文中裝置采用3144E 開關(guān)型霍爾傳感器來檢測(cè)車門是否關(guān)閉。

當(dāng)車門關(guān)閉時(shí)，觸發(fā)3144E 開關(guān)型霍爾傳感器，傳感器將檢測(cè)到的信號(hào)傳輸給主控制器。霍爾傳感器工作原理圖如圖2 所示[9]。

圖2 霍爾傳感器工作原理圖

2.2.1 溫度監(jiān)測(cè)模塊

溫度監(jiān)測(cè)模塊將設(shè)定兩個(gè)溫度上限值。研究人員通過實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，在室外溫度處于33 °C 時(shí)，將汽車停在室外，汽車熄火停放35 分鐘后，車內(nèi)溫度可達(dá)到63 °C。此外，在汽車停放15 分鐘后，車內(nèi)溫度達(dá)到50 ℃時(shí)，乘車人開始有胸悶感；在汽車停放23 分鐘后，車內(nèi)溫度達(dá)到55 °C 時(shí)，乘車人開始頭暈?zāi)垦?、全身乏力；在汽車停?5 分鐘后，車內(nèi)溫度達(dá)到63 °C 時(shí)，乘車人呼吸困難心臟不適。由此可知，當(dāng)車內(nèi)溫度達(dá)到65 °C 以上時(shí)，乘車人會(huì)有生命危險(xiǎn)。參與該實(shí)驗(yàn)的測(cè)試者為一名成年人，而高溫下，兒童體溫上升和體內(nèi)水分流失的速度遠(yuǎn)比成人快，且報(bào)警器發(fā)出警報(bào)再到救援還需要一定的時(shí)間，所以溫度監(jiān)測(cè)模塊設(shè)定的溫度監(jiān)測(cè)值應(yīng)低于上述實(shí)驗(yàn)中人體開始感到不適的溫度。

溫度監(jiān)測(cè)模塊將設(shè)定兩個(gè)溫度監(jiān)測(cè)值，該模塊在監(jiān)測(cè)到車內(nèi)溫度達(dá)到48°C 即第一上限溫度時(shí)，熱釋電紅外檢測(cè)模塊與語(yǔ)音識(shí)別模塊開始工作；當(dāng)車內(nèi)溫度達(dá)到53°C 即第二上限溫度時(shí)，裝置直接發(fā)出警報(bào)聲進(jìn)行報(bào)警。

溫度監(jiān)測(cè)模塊采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20。DS18B20 溫度傳感器具有微型化、集成化的特點(diǎn)，可以將采集到的環(huán)境溫度直接轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)輸出[10]。具體電路圖如圖3 所示[11]。

某一文獻(xiàn)的被引頻次一定程度上能反映其學(xué)術(shù)張力和學(xué)術(shù)價(jià)值,也能體現(xiàn)其在某一研究領(lǐng)域的重要性和影響力。譯界普遍認(rèn)為,國(guó)內(nèi)首篇將女性主義批評(píng)范式應(yīng)用于翻譯研究的論文誕生于2002年,發(fā)表于四川外語(yǔ)學(xué)院學(xué)報(bào),題名為《重寫神話:女性主義與翻譯研究》[1],女性主義與翻譯研究的結(jié)合使“傳統(tǒng)的翻譯認(rèn)識(shí)論、翻譯實(shí)踐論和翻譯方法論之基礎(chǔ)發(fā)生了根本性動(dòng)搖”[2],因而被認(rèn)為是“翻譯觀念和翻譯思想上的一場(chǎng)革命”[1],《中國(guó)翻譯》2004年第4期推出的4篇女性主義翻譯研究論文加速了國(guó)內(nèi)此方面的研究,影響力巨大。直至今日,以上6篇論文的下載與被引頻次依然名列前茅,見表2。

圖3 溫度傳感器電路圖

2.2.2 熱釋電紅外檢測(cè)模塊

熱釋電紅外檢測(cè)模塊包括熱釋電紅外傳感器，該傳感器可以探測(cè)人體持續(xù)性發(fā)出的10 μm 波長(zhǎng)左右的紅外線[12]。該模塊采用BISS0001 熱釋電紅外處理模塊，BISS0001 是一款高性能的傳感信號(hào)處理集成電路，具有放大信號(hào)、加強(qiáng)干擾能力以及比較的功能[13-14]。

當(dāng)溫度監(jiān)測(cè)模塊檢測(cè)到車內(nèi)溫度達(dá)到48°C 時(shí)，該模塊開始工作，若傳感器未檢測(cè)出人體發(fā)出的紅外線，則模塊不會(huì)繼續(xù)向下傳輸電信號(hào)。

2.2.3 語(yǔ)音識(shí)別檢測(cè)模塊

該模塊采用LD3320 芯片，LD3320 內(nèi)含儲(chǔ)存器，使用前可將設(shè)定好的語(yǔ)音內(nèi)容存儲(chǔ)于此芯片[15]。

在該裝置中，語(yǔ)音對(duì)比檢測(cè)的內(nèi)容為兒童啼哭聲或兒童說出的如“救命”、“熱”、“出去”等敏感詞匯。語(yǔ)音識(shí)別模塊開始工作后，LD3320 可對(duì)比識(shí)別聲音內(nèi)容是否與存儲(chǔ)內(nèi)容一致，并將判斷結(jié)果傳輸至主控制器。

2.3 反饋系統(tǒng)

GSM 系統(tǒng)采用用戶識(shí)別模塊SIM（Subscriber Identity Module）將模塊做成信用卡的形式[16]。該裝置采用SIM900A 模塊，SIM900A 是一款緊湊型無線模塊產(chǎn)品，可低功耗實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、SMS（短信、彩信）、數(shù)據(jù)和傳真信息的傳輸[17]。

聲報(bào)警器為市面上常用的蜂鳴器，配合擴(kuò)音孔使用，擴(kuò)音孔可對(duì)蜂鳴器的聲音再一次放大，以便于更好地吸引路人的注意。

2.4 主控制器

主控制器采用STM32F103 型單片機(jī)，STM32 系列單片機(jī)是一款基于Coretex-M3 內(nèi)核與ARMv7 的32 位微控制器芯片，且向外擴(kuò)展了許多性能高的外圍設(shè)備[18]。STM32 單片機(jī)與51 單片機(jī)相比，其功能更為強(qiáng)大且其內(nèi)核擁有高性能、低成本、低功耗等優(yōu)點(diǎn)，而STM32F103 型單片機(jī)是STM 單片機(jī)器件中使用頻率最高的器件之一。

STM32F103 型單片機(jī)可識(shí)別、接收檢測(cè)系統(tǒng)的輸入信息，并將綜合處理后的指示信息輸出至GSM用戶傳輸系統(tǒng)，以發(fā)送遠(yuǎn)程報(bào)警信息。若此報(bào)警信息未被用戶在時(shí)限內(nèi)接收或車內(nèi)溫度條件繼續(xù)惡化至第二上限，則主控制器直接指示聲報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警。

在主控制器對(duì)各系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)節(jié)控制下，該報(bào)警裝置可實(shí)現(xiàn)被鎖車內(nèi)兒童實(shí)情的精確報(bào)警及多重而全面的檢測(cè)，可有效保障車內(nèi)兒童安全。

3 系統(tǒng)運(yùn)行過程

新型車載護(hù)童報(bào)警裝置的具體實(shí)施過程如圖4所示。新型車載護(hù)童報(bào)警裝置在車門落鎖后會(huì)觸發(fā)3144E 開關(guān)型霍爾傳感器，霍爾傳感器會(huì)將檢測(cè)到的信息反饋給主控制器。當(dāng)車門落鎖后，主控制器控制太陽(yáng)能蓄電系統(tǒng)與溫度監(jiān)測(cè)模塊開始工作。當(dāng)車內(nèi)溫度達(dá)到第一上限值時(shí)，熱釋電紅外檢測(cè)模塊開始工作。若熱釋電紅外傳感器檢測(cè)到車內(nèi)有人，則語(yǔ)音識(shí)別檢測(cè)模塊開始檢測(cè)，若語(yǔ)音對(duì)比成功，則GSM 用戶傳輸系統(tǒng)向用戶手機(jī)發(fā)送信息。若聲報(bào)警器無直接報(bào)警或語(yǔ)音對(duì)比不成功，則直接進(jìn)入第二上限溫度監(jiān)測(cè)。當(dāng)車內(nèi)溫度達(dá)到第二上限溫度值時(shí)，聲報(bào)警器直接報(bào)警，以及時(shí)對(duì)被鎖兒童進(jìn)行救援。

圖4 新型車載護(hù)童報(bào)警裝置系統(tǒng)運(yùn)行圖

4 結(jié)束語(yǔ)

1）新型車載護(hù)童報(bào)警裝置在車門落鎖后即啟動(dòng)車內(nèi)溫度監(jiān)測(cè)，在測(cè)溫達(dá)到第一上限時(shí)才繼續(xù)啟動(dòng)下一環(huán)節(jié)熱釋電紅外檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)電量上的節(jié)約。

2）太陽(yáng)能蓄電系統(tǒng)中既可通過光能蓄電也可通過USB 式接口充電，雙重充電方式的存在保證了裝置能夠長(zhǎng)時(shí)間續(xù)航。

3）溫度監(jiān)測(cè)模塊設(shè)置有兩個(gè)溫度上限，特有的雙重溫度上限在控制整體裝置啟動(dòng)運(yùn)行的同時(shí)又保證可及時(shí)報(bào)警。

4）語(yǔ)音識(shí)別檢測(cè)模塊可對(duì)比識(shí)別兒童因身體不適發(fā)出的特定聲音，突出該裝置對(duì)兒童定向保護(hù)的設(shè)計(jì)目的。

5）GSM 用戶傳輸系統(tǒng)與主控制器合作運(yùn)行的模式，為用戶提供立即報(bào)警與否的選擇，在保證兒童安全的同時(shí)又避免不必要的報(bào)警，滿足用戶現(xiàn)實(shí)需求。

新型車載護(hù)童報(bào)警裝置中各檢測(cè)系統(tǒng)是分析實(shí)際情況后所設(shè)定的，力求做到全面而有效地檢測(cè)主要影響因素。各檢測(cè)系統(tǒng)在主控制器的控制下有序地工作，可最大限度地保障車內(nèi)被鎖兒童的生命安全。