車輛生命安全監(jiān)測報警系統(tǒng)

趙艷清 李金柏 馬雪林 武宏姍

摘 要：對近年來車輛安全事故的調(diào)查與分析，我們發(fā)現(xiàn)由于家長的疏忽大意，把孩子單獨留在車內(nèi)發(fā)生意外的事故并不少見，基于此，設(shè)計了一種監(jiān)測孩子生命安全情況的語音報警系統(tǒng)。該報警系統(tǒng)運用移動通訊系統(tǒng)、人體感應(yīng)模塊、CO傳感器、DS18B20溫度傳感器和單片機相結(jié)合的原理，實現(xiàn)報警功能。文章主要研究通過監(jiān)測車內(nèi)溫度和有害氣體濃度變化，使車輛可以實現(xiàn)自動報警功能，從而能夠減少車輛安全事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：車輛安全；傳感器；單片機；報警系統(tǒng)

中圖分類號：TP277 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）22-0042-03

Abstract： Based on the investigation and analysis of vehicle safety accidents in recent years， we find that accidents that happen when children are left alone in a car are not uncommon because of parents' carelessness. Based on this， a voice alarm system is designed to monitor the safety of children's lives. The alarm system uses the principle of mobile communication system， human body induction module， CO sensor， DS18B20 temperature sensor and single-chip microcomputer to realize the alarm function. This paper mainly studies how to monitor the change of the temperature and the concentration of harmful gas in the vehicle， so that the vehicle can realize the function of automatic alarm， so as to reduce the occurrence of the vehicle safety accident.

Keywords： vehicle safety； sensor； single chip microcomputer； alarm system

近年來科技的飛速發(fā)展，車輛已經(jīng)成了人們出行必不可少的代步工具，校車作為新一類的校園專屬交通運輸工具，有了很大的發(fā)展，但與此同時帶來的牽連著家庭幸福，社會穩(wěn)定的安全問題更值得我們深思。調(diào)查了解，市面上普通的報警系統(tǒng)形式單一，成本高，而該系統(tǒng)正好克服了這兩大缺點，本著在時時監(jiān)測孩子生命安全的原則，以單片機為中心和傳感電路相聯(lián)系，通過進行信號轉(zhuǎn)換，并與特定手機用戶綁定實現(xiàn)隨時能夠了解車內(nèi)環(huán)境情況，達到及時報警的目的。

1 背景

讓人揪心的是每年都會因為一部分家長的粗心大意，發(fā)生孩子被長時間遺忘在車內(nèi)而導(dǎo)致死亡這種事故。據(jù)了解從1990年至2016年，全球至少有793名兒童，由于被父母有意或無意的單獨留在車內(nèi)而導(dǎo)致的死亡。從1998年開始，全球每年平均有37例這樣的兒童死亡時間發(fā)生，也就是平均每9天就會有一個孩子因為這樣事故而死亡。下表是近八年來全球類似事件的死亡人數(shù)統(tǒng)計圖（圖1）。

通過上述數(shù)據(jù)分析，我們可以形象直觀的看出市場對于這種報警器的迫切需求，在對生命感到惋惜同時我們更多的應(yīng)該思考如何能夠減少事故的發(fā)生。

2 報警器報警

2.1 環(huán)境分析

（1）車內(nèi)溫度變化。有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，一個密閉空間的車廂，在太陽連續(xù)一個小時的直射下，車內(nèi)溫度可提升20攝氏度以上，即使車輛的外圍溫度只有26攝氏度，經(jīng)過30分鐘的暴曬，車內(nèi)溫度完全可能達到40攝氏度以上。在這樣的高溫下，孩子體溫上升，水份散失的速度遠遠比成人快的多，這樣更容易因為中暑甚至引起火災(zāi)而導(dǎo)致死亡。表1為車內(nèi)溫度隨時間變化情況。據(jù)研究在一輛溫度高于正常溫度的車內(nèi)，僅僅15分鐘就可以讓一個孩子的大腦和腎臟遭到輕度損傷。而當(dāng)體溫達到40攝氏度時，孩子的體內(nèi)器官就會停止運行，如果對于發(fā)育不完全的孩子來說，體溫調(diào)節(jié)功能很容易失去平衡，這時候這種狹小密閉不透風(fēng)的空間，很容易導(dǎo)致孩子出現(xiàn)缺氧、脫水昏迷，甚至窒息死亡。

（2）車內(nèi)CO濃度分析。我們知道車廂內(nèi)部相對封閉，孩子在車內(nèi)滯留的時間越長，氧氣逐漸耗盡，而且得不到補充，車輛經(jīng)過30分鐘的暴曬，車內(nèi)的一氧化碳濃度上升，并且隨著氧氣的減少，車內(nèi)有害氣體的增加，車?yán)锏暮⒆泳蜁a(chǎn)生缺氧的現(xiàn)象，長時間會嚴(yán)重損傷孩子的身體機能。根據(jù)車內(nèi)環(huán)境的分析，可見車內(nèi)溫度和氣體的變化對孩子健康的影響，為了避免類似事故的發(fā)生，需要在車內(nèi)安裝能夠時時監(jiān)測車內(nèi)環(huán)境并可以進行報警的報警系統(tǒng)。

2.2 基本原理

該系統(tǒng)基于單片機的一種語音報警系統(tǒng)，警情信號監(jiān)測由一氧化碳感應(yīng)器與溫度傳感器兩路信號采集電路組成，報警方式的實現(xiàn)通過與特定的手機用戶相結(jié)合的方式實現(xiàn)。

車輛熄火后，如果駕駛員離開，車門關(guān)上后會觸動報警系統(tǒng)開關(guān)，該系統(tǒng)會在1分鐘，3分鐘和6分鐘時對車內(nèi)環(huán)境進行監(jiān)測，根據(jù)車內(nèi)一氧化碳濃度、車內(nèi)溫度的變化，通過與兩個指定的手機用戶綁定，以手機短信和撥號的方式向用戶傳達報警信息。

（1）單片機原理。如今單片機的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，大到航空航天領(lǐng)域，小到家用電器領(lǐng)域，都隨處可見單片機的身影，該系統(tǒng)是基于單片機的研究，足可見其重要性。該單片機由晶振電路、復(fù)位電路組成，集電源供電模塊，溫度采集模塊，人體感應(yīng)模塊，液晶顯示模塊為一體，處理功能強具備通信接口，可以方便進行數(shù)據(jù)通訊，簡化了電路，降低損壞率及錯誤率。該系統(tǒng)用的STC89C52RC單片機是在8051單片機上進行升級改進，它是新一代高速/低功耗/超強抗干擾的單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機，12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可以任意選擇。該單片機為了滿足測量溫度的要求，在片內(nèi)集成ADC接口等功能的溫度及氣體測量控制電路，準(zhǔn)確實現(xiàn)其報警功能。

（2）CO傳感器工作原理。MQ-7傳感器采用半導(dǎo)體氣敏元件，對一氧化碳具有很高的靈敏度和良好的選擇性，雙路信號輸出，輸出0-5V電壓，具有長期的使用壽命和可的穩(wěn)定性。采用高低溫循環(huán)檢測方式檢測一氧化碳，使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。當(dāng)車內(nèi)一氧化碳濃度達到一定值時，一氧化碳氣體會經(jīng)過報警器外殼上的氣孔到達傳感器，傳感器將檢測到的濃度通過芯片轉(zhuǎn)換，輸出電壓值然后由STC89C52RC單片機進行數(shù)據(jù)處理。原理圖如下圖2。

當(dāng)車內(nèi)一氧化碳濃度達到100ppm時，傳感器感應(yīng)轉(zhuǎn)化成電信號，蜂鳴器報警，報警燈閃爍進行報警提醒，當(dāng)車內(nèi)濃度超過130ppm時，該系統(tǒng)進行報警同時給特定手機用戶發(fā)送消息并進行撥號提醒，如果濃度超過100ppm時，該系統(tǒng)會給同時兩個特定手機用戶進行短信和報警提醒。

（3）溫度傳感器的原理與應(yīng)用。該系統(tǒng)采用的是DS18B20溫度傳感器，其工作周期可分為兩個部分，即溫度檢測和數(shù)據(jù)處理。將溫度檢測和數(shù)據(jù)輸出集中在一個芯片上，極大的增強了抗干擾的能力。普通的熱敏電阻硬件電路復(fù)雜，通過測出的電壓轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度進行測溫，而這里采用的是全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出的溫度傳感器，它的檢測溫度范圍為-55°C～+125°C（-67°F～+257°F），最高12位分辨率，精度可達土0.5攝氏度，采用先進的單總線數(shù)據(jù)通信，內(nèi)置EEPROM，限溫報警功能。當(dāng)車內(nèi)溫度超過30攝氏度時，系統(tǒng)啟用人感雷達搜索，如果發(fā)現(xiàn)有人遺留蜂鳴器和閃爍等報警提醒；當(dāng)溫度超過35攝氏度時，會給特定的手機用戶發(fā)送消息并進行電話提醒；當(dāng)車內(nèi)溫度超過40攝氏度時，蜂鳴器瘋狂鳴叫，閃爍燈一直閃爍，系統(tǒng)會兩個特定的手機用戶發(fā)送報警信息會給另一個特定用戶撥號提醒。溫度傳感器的結(jié)構(gòu)如下圖3所示。

3 結(jié)束語

在每個孩子成長的過程中，每個家長和老師都有責(zé)任在生活和學(xué)習(xí)上引導(dǎo)他們，更重要的是應(yīng)該營造一個安全健康的環(huán)境，尤其是在容易被忽視的情況下。車輛生命監(jiān)測報警系統(tǒng)從時間、溫度、CO濃度等三個面進行監(jiān)測，可以很好做到在這種被忽視的情況下做到隨時與手機特定的用戶進行聯(lián)系，在特定情況下達到準(zhǔn)確、快速的了解車內(nèi)情況，實現(xiàn)第一時間解救孩子。隨著計劃生育政策的改變，孩子和車輛數(shù)量在逐年增多，為了減少事故的發(fā)生，生命監(jiān)測語音報警系統(tǒng)會成為以后車輛不可缺少的一部分。

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