張浩，尹睿，刁威，王晉

（1.西京學(xué)院，陜西西安，710123；2.德創(chuàng)未來汽車科技有限公司，陜西西安，713700）

0 引言

隨著人們生活水平的不斷提高，汽車保有量逐年上升，在人們?nèi)粘Ｉ钪衅鹬e足輕重的作用。科技發(fā)展日新月異，汽車智能化發(fā)展已成為行業(yè)共識。汽車在給我們出行帶來便利的同時(shí)，也存在一些安全隱患不容忽視。比如因疏忽或安全意識淡薄，將小孩不慎遺忘車內(nèi)、或在車內(nèi)開空調(diào)睡覺的情況時(shí)有發(fā)生。這種情形下，一旦車內(nèi)溫度過高，或氧氣不足、有害氣體濃度過高，極易導(dǎo)致車內(nèi)人員的中毒窒息死亡，這是除了交通事故之外的又一大隱形殺手。目前汽車安全系統(tǒng)不夠成熟，功能并不完善，存在嚴(yán)重的缺陷，智能化、人性化水平有待提高。因此，本文設(shè)計(jì)了一種汽車智能維生自救安全報(bào)警系統(tǒng)，可以自動監(jiān)測車內(nèi)情況，能夠及時(shí)提醒報(bào)警和方便解救車內(nèi)被困人員。本系統(tǒng)能夠?yàn)槌鲂卸嗉右环莅踩瑸楹⒆?、老人和家人多加一份保障，具有一定的?shí)際應(yīng)用價(jià)值和可觀的市場前景。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)將單片機(jī)作為主控制器，采用速度傳感器檢測汽車是否停止；通過人體感應(yīng)模塊，準(zhǔn)確識別判斷出車輛內(nèi)是否有人滯留并加以判斷人體溫是否正常；溫度氣體傳感器組件，用來監(jiān)測車內(nèi)溫度和有害氣體的含量，當(dāng)檢測到車內(nèi)溫度或有害氣體濃度超過安全值時(shí)，電機(jī)模塊使車窗自動下降，保證車內(nèi)人員能夠處于安全的環(huán)境，同時(shí)自動開鎖裝置工作，使車輛的中控鎖失靈，車門禁止被鎖。通過設(shè)置強(qiáng)制關(guān)機(jī)按鍵，用于手動關(guān)閉報(bào)警模塊和電機(jī)模塊，使車窗下降。當(dāng)人為通過強(qiáng)制關(guān)機(jī)按鍵關(guān)閉了系統(tǒng)的報(bào)警模塊，但由于車內(nèi)溫度或有害氣體濃度繼續(xù)升高，已經(jīng)危及車內(nèi)人員生命時(shí)，可自動啟用應(yīng)急措施，如啟動GSM通訊模塊，將接收定位模塊的定位信息，及時(shí)報(bào)警告知車輛實(shí)時(shí)位置?？傮w結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 總體結(jié)構(gòu)框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)主控電路

選用STC89C52作為主控芯片，XTAL1與XTAL2端口之間外接一個(gè)12MHz的晶振，起輔助起振的作用。RST為單片機(jī)的復(fù)位端口，在RST端口外接一個(gè)上拉電阻，再連接到一個(gè)按鍵上，就可以通過手動方式使單片機(jī)復(fù)位。電源接口注意正負(fù)極，單片機(jī)的I/O口外接所要控制的硬件或是檢測元件。

2.2 速度傳感器模塊電路

選用Risym品牌的速傳感器模塊，使用進(jìn)口槽光耦傳感器。速度傳感器模塊中使用寬電壓LM393比較器，模塊的工作電壓為3.3～5V，輸出的形式是數(shù)字開關(guān)輸出（0或1）。速度傳感器模塊進(jìn)口槽中無遮擋時(shí)，模塊D0口輸出低電平0，遮擋時(shí)，DO輸出高電平1。DO輸出接口可以與單片機(jī)I/O口直接相連，單片機(jī)接收到速度傳感器的輸出高低電平來判判斷汽車是否啟動。

2.3 人體感應(yīng)模塊電路

考慮成本，實(shí)際模型搭建時(shí)，選用HCSR501人體感應(yīng)模塊，該模塊基于紅外線技術(shù)，采用LH1788探頭設(shè)計(jì)、靈敏度高、可靠性強(qiáng)，低電壓工作模式，廣泛應(yīng)用于各類自動感應(yīng)電器設(shè)備，尤其是干電池供電的自動控制產(chǎn)品。工作電壓為4.5～20V，具有兩種觸發(fā)模式：L不可重復(fù)觸發(fā)，H可重復(fù)觸發(fā)，默認(rèn)為H。其中L模式感應(yīng)輸出高電平后，延時(shí)時(shí)間一結(jié)束，輸出將自動從高電平變?yōu)榈碗娖剑籋模式感應(yīng)輸出高電平后，在延時(shí)時(shí)間段內(nèi)，如果有人體在其感應(yīng)范圍內(nèi)活動，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才延時(shí)將高電平變?yōu)榈碗娖健?/p>

2.4 氣體傳感器模塊電路

選用MQ-9一氧化碳傳感器模塊和RBY-CO2傳感器模塊。其中MQ-9有電源指示，并具有DO開關(guān)信號（TTL信號輸出）和AO模擬信號輸出。工作電壓5V，電流150mA。當(dāng)DO輸出有效信號為低電壓時(shí)電源指示燈亮，可直接與單片機(jī)或繼電器模塊相連；模擬量輸出電壓隨著濃度升高而增大。RBY-CO2傳感器模塊用于檢測CO2的濃度，工作電壓為5V。有數(shù)字量輸出端口DOUT和模擬量輸出端口AOUT。當(dāng)為數(shù)字量輸出時(shí)，DO口輸出高電平模塊自帶的LED燈亮，DO口輸出低電平時(shí)LED燈滅；當(dāng)為模擬量輸出時(shí)，與可調(diào)電阻的電壓值比較，經(jīng)過運(yùn)放，判斷濃度是否超過閾值，再轉(zhuǎn)化為數(shù)字量與單片機(jī)連接。

2.5 溫度傳感器電路

選用DS18B20作為測量溫度的芯片，該芯片是單總線溫度傳感器，數(shù)據(jù)線是漏極開路,若DS18B20接有電源，則需要一個(gè)上拉電阻即可穩(wěn)定的工作。若溫度傳感器DS18B20開路或沒接電源時(shí)，上拉電阻使其為高電平，為DS18B20溫度檢測元件供電。因此在溫度檢測電路中DS18B20接有電源，其只需一個(gè)4.7k上拉電阻即可穩(wěn)定工作，而通訊接口DQ經(jīng)上拉電阻直接與單片機(jī)P11端口連接。

2.6 報(bào)警模塊電路

報(bào)警模塊中控制車窗電機(jī)選用15A直流電機(jī)驅(qū)動板模塊。該模塊穩(wěn)定可靠，可驅(qū)動12/24/36V的電機(jī)；工作電壓為9～36V，可直接與單片機(jī)相連，也可為單片機(jī)提供5V電源。三線控制（PWM/IN1/IN2）調(diào)速，其中PWM控制范圍為0.1%～100%，IN1和IN2控制車窗電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，IN1高電平，IN2低電平，電機(jī)正轉(zhuǎn)；IN1低電平，IN2高電平，電機(jī)反轉(zhuǎn)；IN1和IN2均為低電平，電機(jī)制動（或剎車）。車窗電機(jī)可以直接與該模塊相連，進(jìn)行控制驅(qū)動，方便簡單。語音模塊與燈光模塊可直接利用車載音響和車身自帶照明設(shè)備，將其開關(guān)和電機(jī)模塊相連，當(dāng)車窗下降時(shí)，語音模塊和燈光模塊同時(shí)啟動。

2.7 顯示電路

顯示模塊選用LCD1602，其接口電路中VO與GND必須直接接電阻來提供偏壓，否則LCD1602顯示屏無法正常工作，其他的端口只需按照要求，接到電源端口或者相應(yīng)的I/O口即可。以實(shí)現(xiàn)顯示溫度預(yù)設(shè)值，顯示一氧化碳和二氧化碳值，顯示是否車內(nèi)有人等。

系統(tǒng)總體電路原理圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)電路原理圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)程序采用C語言編寫，整體程序由主程序和速度檢測、人體檢測、氣體檢測、溫度檢測、報(bào)警、顯示模塊等子程序組成。利用Keil uVision4平臺對程序進(jìn)行編譯、調(diào)試，實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊對應(yīng)的功能。具體程序流程如下：上電后，系統(tǒng)進(jìn)入初始化程序，讀取速度傳感器數(shù)據(jù)，判斷汽車當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，若汽車處于運(yùn)行狀態(tài)，則繼續(xù)監(jiān)測；若汽車處于停止?fàn)顟B(tài)，則進(jìn)入人體檢測子程序。單片機(jī)根據(jù)人體感應(yīng)傳感器檢測的數(shù)據(jù)做出判斷，車內(nèi)是否有人，若沒人，則程序返回繼續(xù)監(jiān)測；若車內(nèi)有人，則進(jìn)入氣體檢測子程序、溫度檢測子程序，判斷溫度，CO和CO2濃度是否超過閾值。若未超過閾值，則繼續(xù)監(jiān)測；若溫度、CO、CO2濃度任一參數(shù)超過閾值，則執(zhí)行電機(jī)控制子程序，啟動車窗電機(jī)使車窗降下。執(zhí)行報(bào)警子程序，控制語音和燈光，引起路人和車內(nèi)人員注意。執(zhí)行定時(shí)子程序，繼續(xù)進(jìn)行車內(nèi)環(huán)境監(jiān)測，若在定時(shí)時(shí)間內(nèi)未能使車內(nèi)溫度、CO和CO2濃度降低到安全值范圍內(nèi)，則車門自動開鎖，可啟用遠(yuǎn)程報(bào)警功能，方便解救車內(nèi)被困人員。系統(tǒng)程序流程圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)程序流程圖

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一種以STC89C52單片機(jī)為主控制器的一種汽車智能維生自救安全報(bào)警系統(tǒng)，利用人體感應(yīng)模塊、溫度傳感器、一氧化碳和二氧化碳傳感器等采集數(shù)據(jù)，自動監(jiān)測車內(nèi)情況，通過單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與控制，從而對車內(nèi)是否有人、是否存在高溫、氧氣不足、有害氣體濃度過高等安全隱患做出判斷，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)通過語音、燈光等方式進(jìn)行現(xiàn)場報(bào)警提醒，同時(shí)降下車窗，還可增加緊急遠(yuǎn)程報(bào)警功能，利用GSM通訊與GPS定位及時(shí)遠(yuǎn)程報(bào)警，方便解救車內(nèi)被困人員。本系統(tǒng)能夠?yàn)槌鲂卸嗉右环莅踩?，為孩子、老人和家人多加一份保障，還可與智能家居系統(tǒng)結(jié)合，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和可觀的市場前景。