基于单片机的防止儿童车内窒息智能报警系统

基于单片机的防止儿童车内窒息智能报警系统

魏程程 张雯雯 郭一霏

滕州市产品质量监督检验所 山东 滕州 277500

摘要：儿童被家长或亲友独自留在车内受到伤害并非个案，全球各地儿童被困车内窒息闷死、车辆曝晒致儿童脏器衰竭等事件频频发生。对于15岁以下的孩子，除去车祸外，车内中暑已成为车辆相关死亡事件的第二位，由此可见解决儿童被误锁车内有着重要的现实意义。

关键词：智能报警系统；传感器；GSM通信模块

引言

在当今社会，许多父母或其他监护人忙于工作和生活。由于粗心大意或难免或遗忘或有意将孩子锁在车内。家长将孩子锁在车内，本以为这样做很让人放心，却多次地造成孩子窒息发生不幸。即使冬季大人在密闭车内开空调小憩也偶有窒息危险发生。更让人心痛的是幼儿园校车司机将孩子遗忘在校车内，造成孩子的窒息悲剧。此类问题的发生引起了人们的深思。通过大量的仿真实验，作者对监控电路进行了创新，开发出一种新型的车用智能防窒息监控装置。不仅在检测到窒息风险时，自动打开单面防盗门窗，是为了预防车内人员呼吸不畅造成危险。而且还预留各种扩展功能接口，将在车内有人的情况下监测各项车内环境参数，并进行处理使环境达到最舒适的状态。目前，国内科研人员也在对汽车窒息情况进行科学研究。办法是探测儿童是否坐在安全座椅上，如果检测结果是，则检测车门是打开还是关闭状态，如果车门未关闭，装置就会发出报警。当门关闭时，检测车辆中的乘员的座椅状态，并且当没有人在车内乘坐时，发出连续警报。当没有人在车内乘坐时，再次检测车门的打开和关闭状态。由以上叙述可知，本作品能探测的只是安装了安全座椅的汽车，并且探测的方式不多样。因此，团队成员使用各种传感器来避免误判。

1设计思路与创新点

本文是以互联网为操作平台的汽车内儿童安全预警系统，主要设计思路与创新点如下：1）本系统采用TMS320F28335高性能微处理单元作为主控制器，可省略外部数模转换单元，实现精确检测和平稳控制；采用速度传感器作为车速检测单元，保证了检测信号和整机启动时间的准确性，即只有车速为零时才开始计时和测温，避免了行车过程中该系统启动工作，节约电能。2）本系统采用分秒计时器和温度传感器，防止因停车时间过长或车内温度过高而导致车内儿童窒息现象发生；红外扫描仪和无线通信仪的搭配使用，既可提高红外扫描图像的识别准确度，又可缩短图片传输时间，实现最佳预警效果。3）本系统采用安装于车身外部的语音报警器和危险报警闪光灯，用于向路人发出预警信息，可实现多重预警和及时救援的目的；本系统安装于车内顶部正中间位置，并采用360度检测方式，便于全方位检测车内图像，不留死角。4）本系统供电模块采用轿车自身发电系统，停车亦可供电，并与行车记录仪、导航仪、倒车映像等车身自带系统属完全并列关系，彼此电路相互隔离，互不影响，可避免出现线路混乱现象。5）本系统按照计时时间进行30分钟间隔检测，既可以节约电能，又可以防止儿童重复进入车内；此外，本系统所采用的器件价格比较适中，因此具有制作成本低、投资开发合理等优点。

2单片机的防止儿童车内窒息智能报警系统

2.1系统硬件设计

（一）供电模块该系统供电方式采用自带锂离子可充电池为自身供电，汽车点烟器亦可为锂离子电池充电，电源电路将点烟器12V的端口电压变压成5V，给锂离子电池供电并提供电压信号。（二）信息采集模块电压感应模块通过线束将点烟器端口电压信号输入单片机，判断汽车是否处于熄火状态；霍尔接近开关为磁性接近开关，当车门关闭时，车门上的磁铁会与车柱子上的感应器接近，从而触发产生车门关闭信号发送给单片机；CO2浓度检测使用性能稳定、高灵敏的TGS4160CO2浓度传感器；温度传感器采用输出数字信号的DS18B20型号，体积小，精度高；人体热释红外传感器采用HC-SR501模块，高灵敏度，性能稳定；检测人体的传感器采用了HFS-DC06F微波人体感应模块，抗干扰能力强；重力感应模块采用高精度低功耗的HX711重力传感器。（三）中央控制模块采用STC89C52单片机，STC89C52单片机是一种高速、低功耗、强抗干扰的单片机。（四）报警自救模块通信模块采用SIM900A无线模块来拨打电话，发送短信；声光报警模块则使用外壳安有发光二极管的压电式蜂鸣器，通过声音和各种光的示警信号引起车辆周围的人的注意；通风模块由单片机根据二氧化碳浓度的大小输出电压信号驱动步进电机，控制空调风口开度，同时单片机产生车窗控制信号，控制车窗的步进电机，打开车窗。

2.2感应装置

在传感器装置方面，传感原理可从相关研究中获知：将一个带滤光镜的窗口安装在传感器的最上面。除人体以外的红外辐射都被吸收，只检测人体辐射。这样，此红外传感器就不会在检测人体辐射时被其他红外辐射干扰。这项工作包括两部分：硬件和软件设计。划分为传感器数据收集，按钮开关，警报等模块。使用热电元件制成红外传感源，当它们接收人体向外发射温度的变化时会导致电荷由内向外释放，发出报警信号。

2.3控制与检测模块

控制与检测模块包括速度传感器、分秒计时器、温度传感器，速度传感器采用DJS11机车速度传感器，当检测出车速为零时，整个系统开始工作，当车起动时，停止工作；分秒计时器采用DS1302时钟芯片，用于计时停车时间和检测时间；温度传感器采用DS18B20温度传感器，当停车超过十分钟或车温超过38度时，自动启动红外扫描仪和无线通信仪，当检测时间超过10分钟或车内无儿童时，系统自动关闭，30分钟后重新启动。

2.4系统调试与实验

实验主要测试儿童滞留车中的时长对实现报警产生影响的问题，实验中使用SUV轿车、1名儿童。放置在轿车后座的儿童滞留车中的时长（5分钟、10分钟、20分钟）。记录儿童滞留车中时长、实验结果。测试数据记录：人员滞留检测、温度阈值达标和二氧化碳阈值达标情况、声光报警、打开车窗和空调自救。实验数据统计显示：该系统人员滞留检测、短信电话警告、声光报警、开车窗和空调的正确率达98%，人员检测、温度和二氧化碳浓度不会出现错误报警，儿童的二氧化碳吞吐量可能会影响二氧化碳传感器的检测速度快慢。实验中假设系统因为儿童呼出二氧化碳浓度在阈值之内而出现误警情况，则系统会直接跳过二氧化碳浓度检测这一步。假设系统误报还声光报警并打开车窗和空调时，为了起到防护财产问题，驾驶员可以远程关闭车窗。该装置能够有效辨别多种情况，预防儿童被锁车内。

结语

本平台可以完成车内温度检测、停车时间计时、车内全景动态视频扫描、手机终端APP远程监控和阈值溢出时短信提醒与现场报警功能，较好的解决车内遗留儿童因封闭高温、氧气不足、无人救治而窒息死亡的问题，满足了市场对车内遗留儿童安全预警的需求。因此，设计一种环保、高效、便捷的车内儿童安全预警智能服务平台，移动跟踪检测停车时车内状况，融合互联网进行车内儿童及时预警已迫在眉睫，且具有广阔的应用前景。

参考文献

［1］李洁.互联网汽车发展及关键技术分析[J].电信科学,2016,32（8）:34-38.

［2］欣迪.实现“互联网+汽车+智能硬件”的创新变革[J].汽车与配件,2015(28):52-53.

［3］郑晓鹏,时芝勇.试论互联网+汽车模式下汽车通信研究[J].中国新通信,2016,18(18):15-16.

［4］王金平,崔灵智,崔维群，等.基于移动无线公网服务的汽车防盗预警装置[J].中国科技信息,2006(16):125-127.

［5］刘军,陶昌岭,余节发，等.基于汽车主动安全的车载嵌入式平台的研究[J].电子技术应用,2014,40（7）:21-23,26.