保護人體生命安全的車載式遠程智能警報器研究

李沖沖 馬曉錄 熊彥昭

（河南工業大學機電工程學院，河南 鄭州 450000）

保護人體生命安全的車載式遠程智能警報器研究

李沖沖 馬曉錄 熊彥昭

（河南工業大學機電工程學院，河南 鄭州 450000）

本文基于保護人體生命安全的目的，開發一種車載式遠程智能警報器。該警報器以單片機為控制核心，結合C語言編程，實現主控端與各個元器件的相互通信并協調工作。具體思路是通過溫度傳感器和CO濃度傳感器對車內環境進行監測和信息的采集，然后將信號反饋到單片機，當接收到的數據超過預設數值，報警電路會發出警報，同時GSM模塊會向用戶發送短信息和撥打電話，及時通知用戶采取措施，營救誤鎖在車內的小孩或寵物，避免悲劇發生。警報解除后，可手動對本裝置進行恢復。增加人體紅外傳感器，車廂內沒有人或者寵物時，報警器不工作。

警報器；單片機；傳感器；GSM模塊

目前，隨著科技進步和人民生活水平的提高，機動車成為了必不可少的交通工具。然而，許多人不注意把小孩留在車內，因為不通風和氧氣含量不足等原因，導致車內溫度升高，CO含量升高，會嚴重威脅車內兒童的生命安全，最終導致悲劇的發生。每年這種事件數不勝數，無數家庭會因為這樣的小失誤失去自己的親人，從而導致家庭悲劇頻生。

調查發現，市場上現有的車載警報器大多功能和用途比較單一，大部分都只是考慮汽車防盜和汽車定位方面的功能，幾乎沒有考慮到車內乘員安全問題。現有的車載防盜警報系統只包括3個部分電路，即震動檢測電路、單片機控制電路和報警電路。當有振動時，檢測電路產生數字脈沖信號，傳送給單片機控制電路，單片機接收到信號，通過編好的程序處理和控制報警電路，接收到低電平，報警電路保持關閉狀態，接收到脈沖信號時開啟報警器，發出光和聲音兩種警報；另外一種是車載定位警報器，通過手機通訊網絡傳輸信息，結合全球定位，進行手機與汽車的智能聯動報警。這是目前市場上比較普遍的車載警報器。但是，他們沒有考慮到在車內乘員的安全問題。一旦車內乘員行動能力不便，長期被困在密閉的車內，導致車內溫度升高和缺氧，從而容易發生意外。因此，充分考慮到行動能力不便而被放在車內的乘員的問題，從車內空氣溫度、車內含氧量方面考慮，設計一種保護車內乘員生命安全的車載式智能警報器，通過這種警報器可以大大降低車內人員發生危險的概率。

1 功能與結構

本文設計的警報器主要實現以下功能：①利用人體紅外傳感器探測車廂內是否存在生命體；②當車內存在生命體時，單片機會命令溫度傳感器和CO濃度傳感器進行工作；③溫度傳感器和CO濃度傳感器測出來的數據在LCD顯示模塊上清晰可見；④一旦車廂內的溫度和CO含量超出設定的數值，就會將信號反饋給單片機進行信號處理，單片機控制報警器發出報警聲；⑤當警報器發出報警聲后，通過GSM模塊撥打系統內設定的電話號碼，向用戶報告警情；⑥行列式鍵盤可以實現向計算機輸入數據，傳達命令的功能，是人工干預的重要手段；⑦警報解除后，可實現手動復位的功能。

2 總體設計思路

綜合本警報器的實現功能和實際用途，本警報器的控制核心采用單片機，配備有手動復位裝置、看門狗電路、溫度傳感器、氣體濃度傳感器、人體紅外探測器、GSM模塊、三極管、LCD顯示器和行列式鍵盤等。

人體紅外探測模塊采集到信號后，通過無線收發模塊把信號送給單片機，單片機接收到信號以后開始進行處理，如果確認有車廂內有生命體存在，則通過單片機給溫度傳感器和CO濃度傳感器發出工作信號，開始進行工作，車廂內的溫度和CO含量清晰顯示在LCD顯示模塊上，超出設定的數值時，警報器的報警裝置發出報警聲音，同時GSM模塊撥打系統內設定的電話號碼，向用戶發送短信和撥打電話。警報接觸后，可手動關閉開關，繼續對車內情況進行監測。

3 系統硬件設計

3.1 主控單元設計

該系統的控制核心是單片機［1，2］，在電子行業中有著廣泛的應用。,可以通過編程來控制人體紅外傳感器、溫度傳感器和CO濃度傳感器的數據采集和數據處理，并通過控制LCD顯示模塊進行數據顯示。該程序主要采取循環的方式，不斷對車廂內的溫度和CO濃度進行監測。工作過程為上電，單片機進入工作狀態會對各個模塊進行控制且初始化。傳感器自動采集周圍溫度數據和CO濃度數據，最后將數據通過單片機在顯示模塊上顯示出來。

3.2 檢測單元設計

3.2.1 人體紅外傳感器。采用傳感器為主動式紅外傳感器，車廂內有乘員時，紅外線經人體反射，被紅外接收處理電路接收處理，輸出高電平；當車廂內無人時，紅外接收處理電路保持低電平［3-6］。紅外感應的范圍為約1.5m，完全能夠滿足家庭用車的車廂內放置此傳感器。

3.2.2 溫度傳感器。溫度傳感器選擇DS18B20傳感器［7，8］，優點是：此傳感器適用于多點溫度檢測系統，占用端口較少，可節省大量引線和邏輯電路，使測溫裝置與各傳感器的接口變得簡單，由于成本低、體積小、可靠性高等特點，能較好地解決傳統測溫裝置普遍存在的易受干擾、攜帶不便、易損壞等問題，可廣泛應用于工業生產中的各種溫度監控。

3.2.3 CO濃度傳感器。采用的是MQ-7的CO濃度傳感器［9，10］，當CO氣體在內部半導體表面吸附后，會引起電學特性的變化，導致阻抗相應的發生變化，產生不同的模擬電壓信號，采用并行的8位A/D轉換器，將電壓信號轉換成數字信號，之后傳送到單片機上。

3.3 報警單元設計

報警電路由報警裝置和三極管兩部分組成，當有電流通過時，從VCC到蜂鳴器到集電極也會有電流通過，這樣會讓SP1報警裝置發出報警聲音，如果來自單片機外接端的信號使三極管基極和發射極沒有導通，則無電流通過，SP1不發聲音。

3.4 顯示電路設計

采用的顯示電路是LCD12864液晶顯示器［11］，可以通過程序控制128×64個點中的任一個點顯示或不顯示。由于液晶體積小，功耗低，操作簡單，而且12864液晶串行接口與并行接口共用，所以可以很好地顯示出車廂內溫度數值和CO濃度數值。

3.5 鍵盤控制電路設計

使用鍵盤主要功能是向計算機輸入數據、傳達命令，是人工干預的重要手段。人們需要的是鍵數較多的場合，由于行列式鍵盤可以節省下許多I/O口，所以選擇行列式鍵盤。行列式鍵盤工作方式是先由列線發送掃描字，后讀取行線狀態，查看是否有按鍵被按下。鍵盤提供掃描，能對鍵盤進行不間斷的掃描、自動識別按下的鍵，并給出編碼，能對多個鍵同時按下的情況實行保護。

3.6 GSM模塊的設計

GSM在通訊行業中是一種比較成熟完善的系統，我國應用范圍極廣。GSM模塊標準串行接口［12，13］與單片機系統通過串口連接，GSM模塊的外接引腳經過變換放大與單片機串行通信口連接，進行通信和控制。

由于GSM技術的飛速發展，為數據采集與監視控制系統的數據傳輸［14-16］提供了更多的幫助。利用無線通訊技術可以對設備進行監控［17］，又由于其覆蓋范圍廣、能耗低的特點，GSM模塊與單片機相結合，可以使無線數據采集和傳輸技術運用于很多行業。

4 控制軟件系統設計

4.1 主程序設計

所有元器件都連接在一塊電路板上，電路板置于車內，直接與空氣接觸，通過數據線與車內電源連接，提前通過單片機編譯好溫度臨界數值和氣體濃度臨界數值。先通過紅外線探頭探測車內是否有生命體存在，探測出不存在生命體，則GSM模塊、溫度探測器、氣體濃度探測器不進行工作，否則就開始工作。紅外線探測器檢測出車內有生命時，溫度傳感器和氣體濃度傳感器開始工作，溫度傳感器感應出車內溫度通過電信號傳給單片機，單片機通過編譯，把信號轉變為數字信號傳給LCD顯示屏，上面能夠準確地顯示出車內當時的溫度度數，超過設置的數值，溫度傳感器將信號傳給單片機，單片機通過編譯，將數字信號轉變為電信號通過三極管的放大作用傳給報警器，然后報警器發出報警聲。氣體濃度傳感器的應用效果與溫度傳感器一樣。主程序的設計是系統工作穩定的關鍵，總體設計思路控制核心，對各個電路模塊進行中斷和初始化；然后有單片機控制，允許各個元器件按照既定程序進行工作。

4.2 GSM模塊

GSM模塊通過串口利用AT指令控制模塊實現初始化［18］，然后GSM模塊開機和復位。發送“AT”監測通信是否正常，然后保存書記初始化完成，開始進行工作。由于發送的指令可能不會一次成功，需要通過多次發送進行調試，以避免在使用的過程中發生故障。

其他部分不再一一介紹。

5 結語

目前，私家車已成為現代家庭必不可少的出行工具，每年我國新增機動車超過千萬量，但是如何保護遺留在車內的小孩或者寵物，是一個急需解決的現實問題。本警報器的設計主要是通過GSM模塊發送短信和撥打電話給司機，解決了一個當車內兒童因為車廂內溫度、CO濃度太高而造成生命威脅的大難題。本設計目的明確，工藝簡單，成本較低，具有很強的實用性和經濟價值。相信隨著群眾安全意識的提高，車載智能報警器必將具有廣闊的市場應用前景。

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Research on Vehicle Mounted Remote Intelligent Alarm for Human Life Safety

Li ChongchongMa XiaoluXiong Yanzhao
（College of Mechanical and Electrical Engineering，Henan University of Technology，Zhengzhou Henan 450000）

Based on the purpose of protecting human life safety,this paper developed a vehicle-based remote intelligent alarm.The alarm is controlled by a single chip microcomputer,and it is programmed with C language to realize the mutual communication and coordination between the main control unit and each component.The specific idea is through the temperature sensor and CO concentration sensor to monitor the environment and information collection, and then the signal back to the micro-controller,when the

data exceeds the preset value,the alarm circuit will issue an alarm,while the GSM module will users send text messages and make phone calls,promptly notify the user to take measures to rescue the mistaken lock in the car children or pets,to avoid tragedy.After the alarm is released,the unit can be restored manually.Increase the body of infrared sensors,no one inside the car or pet,the alarm does not work.

alarm；single chip；sensor；GSM module

TP277

A

1003-5168（2017）05-0043-03

2017-04-21

河南省高等學校青年骨干教師培養計劃（2016GGJS-067）。

李沖沖（1991-），男，碩士在讀，研究方向：機械機電方面的研究。