基于STC89C52的車內幼兒遺留識別報警系統設計

楊煒程，楊浩

（成都紡織高等專科學校，四川 成都 611731 ）

引言

隨著汽車行業的迅猛發展和人民物質生活水平的提高，汽車逐漸走進普通家庭，成為人們日常生活中不可或缺的重要工具，兒童乘車的機會也在隨之增多，一些家長由于安全意識欠缺或是懷有僥幸心理，將幼兒單獨留在密閉的車內。現代汽車對車內靜音和隱私效果的要求較高，汽車的密閉性也越來越好，但汽車內部空間狹小，車內氣體不易流通，外界的新鮮空氣很難進入車內，特別是在炎熱夏天的室外，車內環境惡化會更加嚴重，由于幼兒不具備開窗通氣，電話報警燈能力，由此導致的幼兒窒息傷亡事件屢有發生。

目前已有一些車內環境檢測報警裝置[1]-[4]，但這些報警裝置大多數沒有考慮汽車是否處于靜止狀態，或考慮到這個問題，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，也會被加速度傳感器判斷為靜止，實際上，在這種情況下，駕駛員一般都在車內，檢測車內環境并報警救援車內幼兒是沒有意義的。因此有必要設計一種識別報警系統，能車內是否有幼兒被遺留，且在環境不斷惡化的情況下，分級報警救援。

1 總體設計

該系統具有車內人員識別功能和報警救援功能。系統是以單片機為控制核心，分別通過電壓傳感器判斷汽車狀態，二氧化碳傳感器、振動傳感器進行車內人員識別，溫度傳感器進行采集車內環境信號，根據環境惡化程度選擇報警級別，并利用GSM模塊進行報警。系統總體設計框圖如圖1所示。

圖1 系統總體設計框圖

2 系統硬件設計

整個系統由單片機、車輛啟停探測器、活動跡象探測器和探測結果處理器，其中，單片機作為控制器，進行信號分析和處理；車輛啟停探測器用于對車輛在行駛狀態與停止狀態之間轉換時發生的運行狀態變化進行探測；活動跡象探測器用于在車輛處于停止狀態時對車內乘客活動所產生的環境變化進行探測；探測結果處理器用于根據從所述活動跡象探測器獲得的探測信號做出是否有人員遺留的判斷，并采取應對措施。

2.1 單片機模塊

采用STC89C52作為系統控制器，期體積小，功耗低，存儲容量大，硬件比較容易實現。

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煙器相連，探測車輛在行駛狀態與停止狀態之間轉換時發生在車載點煙器電路上的電信號變化，從而做出汽車是否處于啟動狀態的判斷。汽車熄火后，車載點煙器斷由蓄電池供電，對于一般轎車而言，汽車蓄電池的標準電壓值為12V，發動機運轉過程中，車載點煙器的電壓一般在13V以上，發動機停止運轉時，車載點煙器的電壓一般低于12.5V，因此只要車載點煙器的電壓低于某一閾值（一般設置為低于 12.5V）即表明發電機已經停止運轉，即發動機停止運行，此時向控制器傳輸信號。

2.3 活動跡象探測器

活動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數）

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，但若車內情況潮濕，則會對結果產生很大的負面影響，因此，可將二氧化碳濃度變化量作為空氣指標，通過檢測車內二氧化碳濃度改變量來判斷是否有人，若車內的二氧化碳濃度增高超過一定的值，控制器就會做出有人遺留車內的判斷，同時通過振動傳感器，檢測車內座位上是否有振動信號產生，把振動檢測作為輔助判斷依據。

探測器還要監測車內環境的變化。夏天車內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，但車內的空間只是相對封閉的，人能夠在車內依然能待上很長一段時間都不會有什么危險。且在這段時間能，系統便早就發出了警報信號。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車內環境的指標。利用溫度傳感器，可以判斷車內環境的惡化程度。當外界氣溫達到35℃時，陽光照射15分鐘后，封閉車廂里的溫度就會升至65℃，在這樣的環境下待上半小時就能致命；而在陽光直射下，密閉車廂內的溫度1小時內約上升20℃，因此即便車內最初溫度是最舒適的26℃，一小時后也會超過40℃。同時溫度升高，更加容易導致人體的窒息[6]。

2.4 探測結果處理器

圖3 系統硬件設計圖

探測結果處理器包括電話模塊和自動救援模塊。電話模塊利用 GSM 模塊接收到控制器的求救指令后，向儲存單元中讀取車主電話，進行報警。當車內溫度達到臨界狀態時觸發第一級短信提示，系統每隔一段時間向車主發送一次，提示車內環境參數值。若車內環境一直處于持續惡化狀態，但尚未達到惡化極限，在發送短信一段時間后觸發第二級電話報警提示。救援模塊控制車窗的升降，當環境達到極限值時車內乘客將會有生命危險，單片機控制車窗上的步進電機降下車窗，進行通風換氣，使車內環境改善。同時以便于路人發現險情，并實施救援。

3 系統軟件設計

圖3 系統設計流程圖

當車門汽車處于未發動狀態的時候，系統隨即上電進行初始化設置二氧化碳傳感器測定當前環境二氧化碳含量通過AD轉換傳給單片機并初值設為a，開始延時，同時振動傳感器作為中斷程序也開始啟動。當振動傳感器檢測到振動信號，并產生中斷的時候，單片機便通過AT指令向GSM模塊發送短信指令。二氧化碳傳感器每隔兩分鐘便測量一次信號設為b，將a值與b的值進行比較：若ab，或a=b，則系統會繼續循環下去，直到系統電源被切斷。

4 結語

該系統電路結構簡單，可維護性好，以STC89C52芯片為核心控制，通過車輛啟停探測器、活動跡象探測器和探測結果處理器能有效的防止幼兒被遺留在車內造成的傷亡，具有廣闊的市場空間與發展前景。傳感器的靈敏度以及安裝位置對測試結果有一定的影響，后期研究可以繼續改善系統的靈敏度，將元件集成，作為汽車附屬設備安裝在車內。

參考文獻

[1] 毛亮.胡健.楊慶繁.基于 MCS_51單片機的車內防窒息報警智能控制系統[J].信息系統工程,2016.10∶25.

[2] 宋玉峰.宋金城.嬰幼兒遺忘轎車內自動警報系統的研究與探討[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警系統[P].中國專利∶CN205103990U,2016-03-23.

[4] 陳敏行.一種保護車內人員的檢測報警裝置[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”的實驗改進[J].中學化學教學參考,2007(10)∶38-38

[6] 張小明,探究基于單片機的溫度控制系統[J].電子制作,2015,01∶271-272.