基于熱釋電紅外線傳感器的汽車安全報警系統研究

摘 要：近幾年發生了多起小孩子被遺留在車上而由高溫引起窒息身亡的悲劇，為此，筆者設計了一個自動報警系統，該系統包括熱釋電紅外傳感器、菲涅爾透鏡、語音警示報警電路及自動開門裝置組成。當車停下來，發動機熄火，車門上鎖，如果車上有人，車就會自動發出警報，確保小孩不會被遺忘留在車上的問題，并自動解鎖門鎖，確保外面人員施救。如果人在車上休息而車上鎖，可通過解鎖鍵取消報警。

關鍵詞：汽車，熱釋電紅外線傳感器，安全報警系統

前言

近幾年，發生了多起小孩子被遺留在車上而由高溫引起窒息身亡的悲劇，給很多家庭帶來了無限的悲痛。為了解決駕駛者由于疏忽帶來的嚴重問題，筆者研究了一款基于紅外線傳感器的報警器，能夠及時報警，并解鎖小車的電子鎖，引起駕駛者和周圍行人的注意，及時將孩子救出來，從而避免悲劇。

1 熱輻射概述

物體由于具有溫度而輻射電磁波的現象叫做熱輻射。一切溫度高于絕對零度的物體都能產生熱輻射，既不依靠分子之間的碰撞，又不依靠氣體或液體的流動，物體因自身的溫度直接向外發射能量的方式。物體的溫度越高，輻射的總能量就越大，短波成分就越多。一般來說，所有物體都是紅外輻射源，只是由于溫度和物體不同而發射的紅外光波長不同。

物體發射紅外線的輻射能，其峰值波長和溫度關系滿足λm*T=2989（μm.k）（其中λm為最大波長，T為絕對溫度）。而人體正常體溫為36°C～37.5°C，即309K～310.5K，輻射的最強的紅外線波長λm=2989/（309～310.5）=9.64μm～9.67μm。中心波長為9.65μm。本文正是利用人體紅外輻射的這種特性和熱釋電紅外線傳感器可探測人體所輻射出的紅外光的特性，設計一套安全報警系統。

2人體熱釋電紅外傳感器的工作特點

人體熱釋電紅外線傳感器是基于熱電效應的熱電型紅外傳感器。它主要由傳感探測元。干涉濾光片和場效應管匹配器三部分組成？其內部的熱電元由高熱電系數的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以及鉭酸鋰。硫酸三甘鐵等配合濾光鏡片窗口組成，其極化隨溫度的變化而變化。為了抑制因自身溫度變化而產生的干擾，該傳感器在工藝上將兩個特征一致的熱電元反向串聯或接成差動平衡電路方式，因而能以非接觸式檢測出物體放出的紅外線能量變化，并將其轉換為電信號輸出。設計時應將高熱電材料制成一定厚度的薄片，并在它的兩面鍍上金屬電極，然后加電對其進行極化，這樣便制成了熱釋電探測元。

目前，紅外報警器一般包括光學系統、熱釋電紅外傳感器、信號濾波和放大、信號處理和報警電路等幾部分。菲涅爾透鏡的主要作用是將人體輻射的紅外線聚焦到熱釋電紅外探測元上，同時也會產生交替變化的紅外輻射高靈敏區和盲區，用于適應熱釋電探測元要求信號不斷變化的特性；熱釋電紅外傳感器是報警器設計中的核心器件，它將人體的紅外輻射信號轉換為電信號以供后續的信號處理電路使用；信號處理主要是把傳感器輸出的微弱電信號進行放大、濾波、延遲、比較，為報警功能的提供電信號。

3 汽車安全報警系統的設計

3.1汽車安全報警系統的結構設計

該汽車安全報警系統是基于人體熱輻射特點以及熱釋電式紅外線傳感器原理進行設計，主要包括熱釋電紅外傳感器、菲涅爾透鏡、語音警示報警電路及自動開門裝置基本部分。基本思路是：當駕駛者停車熄火后，離開汽車，自動鎖車或者遙控鎖車，傳感器進行檢測，如果車內還有人，則5s之后開始自動報警，報警聲用錄音好的特色語音，提醒駕駛者及時回去施救或者引起行人注意，同時汽車電子鎖自動解鎖，避免車內有人而行人通過破壞汽車施救帶來的損失。如果車內人員鎖車休息，則可以通過按鈕解除報警，避免誤報。如圖1所示。

3.2汽車安全報警系統的硬件設計

3.2.1汽車安全報警系統的報警模塊設計

此模塊所設計的控制電路以人作為被測對象，可檢測的范圍覆蓋整個車廂范圍，一般特指家庭用車或者幼兒園接送車型。圖2是采用熱釋電紅外線傳感器的安全報警電路，電路中的熱釋電紅外線傳感器采用LH1778，在接通電源后，若LH1778沒有接收到紅外線，則檢測電路輸出5V信號。當有人在車內時，LH1778收到人體輻射的紅外線，輸出信號經LM358放大，再經三極管放大，發出警報信號。

3.3.2語音報警模塊電路

該模塊所設計的是控制電路采用語音芯片ISD1820，ISD1820p是一種使用方便單片8s至20s語音錄放芯片，外接電阻調整錄音時間，內置喇叭驅動放大電路，直接驅動8w0.5Ω的喇叭進行報警。

3.3.4整合模塊

將信號交給汽車電腦單片機處理有，單片機向語音報警模塊發出驅動信號，發出語音警示，提醒駕駛者和周圍的的人，車上仍有人，須及時處理。單片機在向語音報警模塊發出驅動信號同時，將門鎖自動解鎖。

3.3.3自動解鎖車門設計

安全系統除了語音報警外，還需要一些合理的信號處理，所以該系統還設計了自動解鎖模塊，主要是預防車主在特定的環境沒有注意到報警而忽略車上的情況，方便周圍的人在不損壞車的情況下能夠及時解救車內小孩，減少損失。

汽車所使用的門鎖基本都是電機式的自動車門鎖，該鎖是通過可逆式電動機、傳動裝置及鎖體總成構成。其工作過程的原理是：通過電動機帶動齒輪齒條，進而驅動鎖體總成以實現鎖緊或開啟車門。所以，門鎖模塊子節點的功能主要是通過驅動電路控制可逆式電動機的正轉或反轉，實現開/關鎖。

因此，該設計利用自動門鎖原理，當紅外線傳感器發送出信號報警同時，也同時給門鎖節點發送信號。實現可逆式電機正轉，實現門鎖自動打開。從而為施救車內的小孩提供便利。

3.3.5手動解除報警設計

當駕駛者或者車上的人想在車上鎖車休息時，安全報警系統也會進行檢測，因此這種情況也會產生報警。手動解除報警的主要功能是為了解除誤報的情況下，合理解除報警。該設計解除報警的方法是直接切斷紅外線傳感器發送的信號，報警系統沒有接受到信號而不產生報警，并且門鎖也沒有自動打開，確保車內人員休息安全。

4 結束語

熱釋電紅外線傳感器安全報警系統結構簡單，成本低廉，經濟性好。而且該系統工作穩定，安裝在車內部，可有效的避免小孩子不被發現或者忽略而關在車內引發的事故。另外該系統不應有隔蔽，周圍不應放置強電磁波。

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作者簡介：

歐趙福（1982-），男，民族：瑤族，籍貫：廣西來賓，職業：講師，學歷：碩士研究生，研究方向：機械制造機及其自動化。