基于樹莓派的避免兒童誤鎖車內(nèi)報警系統(tǒng)的設(shè)計

公妍蘇 趙 宏

（東北林業(yè)大學(xué)交通學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150040）

科學(xué)研究表明，停放在夏日陽光下的汽車，車內(nèi)溫度可以在短短幾十分鐘上升到50℃以上，容易造成車內(nèi)被困兒童的缺水、窒息，甚至死亡。為避免這種情況的發(fā)生，很多學(xué)者致力于避免兒童誤鎖車內(nèi)預(yù)警系統(tǒng)的研究，依照現(xiàn)在的文獻(xiàn)來看，這些系統(tǒng)動用了許多復(fù)雜的傳感器，甚至動用了人臉識別的技術(shù)。一方面由于這些傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容易出錯誤，從而導(dǎo)致高故障率；另一方面，采用復(fù)雜的傳感器，必定會使整套系統(tǒng)的造價上升，造價高但是設(shè)備的易用性不高，導(dǎo)致整個系統(tǒng)性價比下降。這里設(shè)計的基于樹莓派的兒童被誤鎖車內(nèi)報警系統(tǒng)，將從提升設(shè)備的可靠性和易用性及降低成本兩方面闡述此報警系統(tǒng)的組成與原理。

1 報警系統(tǒng)的組成

1.1 系統(tǒng)的總體組成及各模塊的分成

本系統(tǒng)由監(jiān)測模塊、控制模塊、執(zhí)行模塊三大部分組成。監(jiān)測模塊由傳感器承擔(dān)起數(shù)據(jù)信號的采集工作，作為整個系統(tǒng)的眼睛。此模塊采用了三套傳感器以及汽車車門傳感器的鎖止信號組成監(jiān)測系統(tǒng)，增加了整個系統(tǒng)的可靠性；控制模塊由樹莓派作為中樞，不僅對傳感器的信號進(jìn)行簡單的分析判斷，還承擔(dān)起邏輯分析的功能，對超過閾值的信號及時反饋，內(nèi)置于模塊的自檢算法還承擔(dān)起整個系統(tǒng)初始化以及故障報錯的功能，此外控制模塊還包括一些輔助外設(shè)按鈕，用以對特定情況下人工輔助控制，進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的可靠性以及當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤時的人工干預(yù)能力；執(zhí)行模塊則由汽車?yán)龋瑹艄庀到y(tǒng)，語音端，車窗的升降機構(gòu)等執(zhí)行機構(gòu)組成，用以監(jiān)測兒童被困于車內(nèi)時的執(zhí)行反饋，以引起駕駛員及路人的注意，便于及時發(fā)現(xiàn)危險情況。

1.2 監(jiān)測模塊的組成

該系統(tǒng)的監(jiān)測模塊由紅外傳感器，內(nèi)置于汽車坐墊以及靠背的壓力傳感器，CO2濃度傳感器和車門傳感器組成。置于車廂內(nèi)部的紅外傳感器，用于感受車內(nèi)人員輻射的紅外信號，判斷車內(nèi)人員的有無，這是判定車內(nèi)人員有無的一個重要的手段。內(nèi)置于汽車坐墊以及靠背的壓力傳感器將感受到的壓力信號，按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成電信號，供控制模塊作為執(zhí)行判斷的依據(jù)；CO2濃度傳感器將判斷汽車熄火鎖門后，車內(nèi)的CO2濃度，設(shè)置這個傳感器的目的是考慮到如果有孩子在車內(nèi)睡著后家長粗心大意將孩子落在車內(nèi)，此時紅外傳感器以及壓力傳感器不能監(jiān)測到動態(tài)的信號，導(dǎo)致控制機構(gòu)做出錯誤的判斷，設(shè)置CO2傳感器將起到一個雙保險的作用；車門傳感器是整個系統(tǒng)的核心，只有監(jiān)測到車門有鎖止信號時，系統(tǒng)才能預(yù)警，主要執(zhí)行器才可以根據(jù)控制模塊的判斷，進(jìn)行相應(yīng)的動作。

1.3 控制模塊和執(zhí)行模塊的組成

系統(tǒng)的控制模塊是樹莓派，承擔(dān)信號的輸入與輸出，對輸入的信號進(jìn)行對比與判斷，決定是否激發(fā)執(zhí)行器。控制模塊還包含兩個獨立的按鈕，按鈕1 置于汽車儀表面析處，用于控制整個系統(tǒng)的電源的通斷，按鈕2 置于靠近汽車駕駛位A 柱的內(nèi)側(cè)，用于系統(tǒng)誤判后的歸位。執(zhí)行模塊的汽車?yán)龋瑹艄庀到y(tǒng)，語音端以及車窗的升降機構(gòu)，都是為了能及早的引起駕駛?cè)藛T以及路人的注意。此外，執(zhí)行模塊還包括系統(tǒng)工作狀態(tài)指示燈，用于樹莓派對輸入信號的監(jiān)測判斷，對系統(tǒng)工作狀態(tài)的實時顯示，當(dāng)系統(tǒng)工作故障時，作為執(zhí)行模塊的工作狀態(tài)指示燈將根據(jù)樹莓派的指示，亮起紅燈。

2 報警系統(tǒng)的工作原理

本系統(tǒng)主要是監(jiān)測車內(nèi)是否有兒童被困，并據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時做出預(yù)警。系統(tǒng)采用模塊化的思路，有三個模塊：監(jiān)測模塊、控制模塊、執(zhí)行模塊，他們之間的運行關(guān)系如下。

2.1 整個系統(tǒng)的供電來源于汽車電瓶，并且由按鈕1 控制整個系統(tǒng)的電源通斷，該按鈕為常開按鈕，每一次接通樹莓派會自動的控制整個系統(tǒng)的電源通閉情況。引入汽車鑰匙開關(guān)檔位中的ACC 檔作為系統(tǒng)啟動的觸發(fā)條件，一旦監(jiān)測到這個觸發(fā)條件，樹莓派則控制著對整個系統(tǒng)的自檢工作，自檢狀態(tài)良好，控制執(zhí)行機構(gòu)中的系統(tǒng)工作狀態(tài)指示燈亮起綠燈，系統(tǒng)可以正常工作。否則，監(jiān)測到系統(tǒng)中的任何一環(huán)出現(xiàn)問題，系統(tǒng)工作狀態(tài)指示燈亮起紅燈并且語音端提示錯誤，此時可以按下按鈕1對系統(tǒng)進(jìn)行手動關(guān)閉以待檢修。

2.2 當(dāng)駕駛員完成駕駛動作，汽車鑰匙開關(guān)檔位處于LOCK狀態(tài)，且樹莓派控制模塊監(jiān)測到車門傳感器的鎖止信號時，樹莓派控制模塊向紅外傳感器以及內(nèi)置于汽車坐墊以及靠背的壓力傳感器發(fā)出工作命令，控制兩個傳感器持續(xù)工作監(jiān)測時間為15s，在這15s 內(nèi)兩傳感器的數(shù)據(jù)經(jīng)由樹莓派分析判斷后，因車內(nèi)疑似有人而造成這兩個數(shù)據(jù)之中任何一個數(shù)據(jù)波動，則執(zhí)行報警命令，控制執(zhí)行器中的汽車?yán)乳g歇鳴響5s，燈光常亮警示，語音端播報預(yù)警，提示駕駛員注意車內(nèi)情況，同時車窗的升降機構(gòu)執(zhí)行車窗降下命令，方便駕駛員查看車內(nèi)情況；如果在15s 內(nèi)兩傳感器沒有監(jiān)測到異常數(shù)據(jù)，則樹莓派控制模塊下發(fā)CO2濃度傳感器和內(nèi)置于汽車坐墊以及靠背的壓力傳感器持續(xù)工作30min 的命令，紅外傳感器關(guān)閉命令（關(guān)閉紅外傳感器是防止夏天汽車暴曬引起紅外傳感器誤判），用以監(jiān)測孩子睡著時，家長誤鎖，導(dǎo)致系統(tǒng)因無法檢測到動態(tài)信號而出現(xiàn)不提示情況，此舉可以增強系統(tǒng)的可靠性，此時系統(tǒng)判斷預(yù)警的觸發(fā)條件為兩者的數(shù)據(jù)都出現(xiàn)異常波動，才觸發(fā)執(zhí)行器喇叭，燈光，語音端，車窗升降機構(gòu)相應(yīng)的動作，提示駕駛員和路人注意車內(nèi)被困兒童。

2.3 考慮到紅外傳感器和內(nèi)置于汽車坐墊以及靠背的壓力傳感器監(jiān)測精度和故障概率（尤其是兩者其中一個出現(xiàn)數(shù)據(jù)波動就作為報警依據(jù)，提高靈敏度的同時也增大了誤報的幾率），對車內(nèi)沒有兒童卻出現(xiàn)誤報的情況，設(shè)計靠近汽車駕駛位A 柱內(nèi)側(cè)的按鈕2，用于解決誤報后，駕駛員可以便捷的通過因報警自動降下的車窗按下按鈕2，解除誤報，關(guān)閉系統(tǒng)和報警提示，車窗升降機構(gòu)在按下按鈕后5s 自動升起關(guān)閉。系統(tǒng)關(guān)閉后，不再進(jìn)行第二階段30min 的監(jiān)測，提高了整個系統(tǒng)的易用性。

2.4 系統(tǒng)經(jīng)過第二階段監(jiān)測后，系統(tǒng)會自動關(guān)閉以節(jié)省汽車電瓶的電量，系統(tǒng)下次開啟自檢將在收到汽車鑰匙開關(guān)檔位ACC 信號后開啟。

3 結(jié)論

本系統(tǒng)借助樹莓派和各類傳感器，能夠及時地察覺兒童被誤鎖在車內(nèi)的情況，并及時地向兒童父母和路過車邊的行人發(fā)出警報，保障兒童的安全，有效減少此類事故的發(fā)生。在兒童睡覺時，很多傳感器可能會檢測不到兒童，而本系統(tǒng)中的CO2濃度傳感器，則為兒童的安全設(shè)立了二道防線。

本系統(tǒng)價格便宜，可靠性高，節(jié)能環(huán)保。但本系統(tǒng)還在設(shè)計階段，希望能夠得到更多意見，更加完善，更好地保障兒童的安全。