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(jìn)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(jī)會(huì)也在隨之增多，一些家長由于安全意識(shí)欠缺或是懷有僥幸心理，將幼兒單獨(dú)留在密閉的車內(nèi)?，F(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(jìn)入車內(nèi)，特別是在炎熱夏天的室外，車內(nèi)環(huán)境惡化會(huì)更加嚴(yán)重，由于幼兒不具備開窗通氣，電話報(bào)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(bào)警裝置[1]-[4]，但這些報(bào)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(gè)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(huì)被加速度傳感器判斷為靜止，實(shí)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(bào)警救援車內(nèi)幼兒是沒有意義的。因此有必要設(shè)計(jì)一種識(shí)別報(bào)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(jí)報(bào)警救援。

1 總體設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)具有車內(nèi)人員識(shí)別功能和報(bào)警救援功能。系統(tǒng)是以單片機(jī)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(dòng)傳感器進(jìn)行車內(nèi)人員識(shí)別，溫度傳感器進(jìn)行采集車內(nèi)環(huán)境信號(hào)，根據(jù)環(huán)境惡化程度選擇報(bào)警級(jí)別，并利用GSM模塊進(jìn)行報(bào)警。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)、車輛啟停探測器、活動(dòng)跡象探測器和探測結(jié)果處理器，其中，單片機(jī)作為控制器，進(jìn)行信號(hào)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(shí)發(fā)生的運(yùn)行狀態(tài)變化進(jìn)行探測；活動(dòng)跡象探測器用于在車輛處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)對車內(nèi)乘客活動(dòng)所產(chǎn)生的環(huán)境變化進(jìn)行探測；探測結(jié)果處理器用于根據(jù)從所述活動(dòng)跡象探測器獲得的探測信號(hào)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(jī)模塊

采用STC89C52作為系統(tǒng)控制器，期體積小，功耗低，存儲(chǔ)容量大，硬件比較容易實(shí)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(diǎn)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(shí)發(fā)生在車載點(diǎn)煙器電路上的電信號(hào)變化，從而做出汽車是否處于啟動(dòng)狀態(tài)的判斷。汽車熄火后，車載點(diǎn)煙器斷由蓄電池供電，對于一般轎車而言，汽車蓄電池的標(biāo)準(zhǔn)電壓值為12V，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，車載點(diǎn)煙器的電壓一般在13V以上，發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，車載點(diǎn)煙器的電壓一般低于12.5V，因此只要車載點(diǎn)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(jī)已經(jīng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，即發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行，此時(shí)向控制器傳輸信號(hào)。

2.3 活動(dòng)跡象探測器

活動(dòng)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(dòng)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?jǐn)?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(huì)對結(jié)果產(chǎn)生很大的負(fù)面影響，因此，可將二氧化碳濃度變化量作為空氣指標(biāo)，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(huì)做出有人遺留車內(nèi)的判斷，同時(shí)通過振動(dòng)傳感器，檢測車內(nèi)座位上是否有振動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生，把振動(dòng)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(shí)間都不會(huì)有什么危險(xiǎn)。且在這段時(shí)間能，系統(tǒng)便早就發(fā)出了警報(bào)信號(hào)。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(jià)車內(nèi)環(huán)境的指標(biāo)。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(dá)到35℃時(shí)，陽光照射15分鐘后，封閉車廂里的溫度就會(huì)升至65℃，在這樣的環(huán)境下待上半小時(shí)就能致命；而在陽光直射下，密閉車廂內(nèi)的溫度1小時(shí)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(shí)后也會(huì)超過40℃。同時(shí)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(jì)圖

探測結(jié)果處理器包括電話模塊和自動(dòng)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(chǔ)存單元中讀取車主電話，進(jìn)行報(bào)警。當(dāng)車內(nèi)溫度達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí)觸發(fā)第一級(jí)短信提示，系統(tǒng)每隔一段時(shí)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(dá)到惡化極限，在發(fā)送短信一段時(shí)間后觸發(fā)第二級(jí)電話報(bào)警提示。救援模塊控制車窗的升降，當(dāng)環(huán)境達(dá)到極限值時(shí)車內(nèi)乘客將會(huì)有生命危險(xiǎn)，單片機(jī)控制車窗上的步進(jìn)電機(jī)降下車窗，進(jìn)行通風(fēng)換氣，使車內(nèi)環(huán)境改善。同時(shí)以便于路人發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情，并實(shí)施救援。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

圖3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖

當(dāng)車門汽車處于未發(fā)動(dòng)狀態(tài)的時(shí)候，系統(tǒng)隨即上電進(jìn)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(jī)并初值設(shè)為a，開始延時(shí)，同時(shí)振動(dòng)傳感器作為中斷程序也開始啟動(dòng)。當(dāng)振動(dòng)傳感器檢測到振動(dòng)信號(hào)，并產(chǎn)生中斷的時(shí)候，單片機(jī)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(hào)設(shè)為b，將a值與b的值進(jìn)行比較：若ab，或a=b，則系統(tǒng)會(huì)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(hù)性好，以STC89C52芯片為核心控制，通過車輛啟停探測器、活動(dòng)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(xiàn)

[1] 毛亮.胡健.楊慶繁.基于 MCS_51單片機(jī)的車內(nèi)防窒息報(bào)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(dòng)警報(bào)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(bào)警系統(tǒng)[P].中國專利∶CN205103990U,2016-03-23.

[4] 陳敏行.一種保護(hù)車內(nèi)人員的檢測報(bào)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(shí)驗(yàn)改進(jìn)[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(jī)的溫度控制系統(tǒng)[J].電子制作,2015,01∶271-272.