車內紅外乘員探測及有害氣體監測報警裝置

孫彤彤 朱寶全* 馬小涵 林海濤 孫偉群 毛一鳴

（東北林業大學 交通學院，黑龍江 哈爾濱150000）

1 研究背景及現實意義

隨著國家經濟的騰飛，人民的汽車擁有量呈現爆發式增長，但人們與之配套的安全意識并沒有提高太多, 因車內遺留乘員致死傷或因車內有害氣體中毒的情況時有發生。這會導致直接的人員傷亡和經濟損失。此設計為了提高有害氣體濃度檢測及時靈敏性，保證乘員的健康，更為了防止車內遺留乘員致死，達到提醒駕駛員的目的，降低意外死亡率，增加乘客的舒適性和安全性。

利用單片機和多種傳感器系統實現汽車的車內有害氣體監測及乘員檢則,通過傳感器的實時檢測與單片機的分析，既能實現實時的有害氣體濃度監則與預警，保障車內空氣質量,保障乘員人身健康，又能檢測車內乘員及其它生命體的存在情況，防止其遺忘車內致死。基于這些性能要求，本文提出了一種車輛車內紅外乘員探測及有害氣體監測報警裝置的設計方法。

2 系統構架設計

設計框架如圖1 所示，該系統由啟動/熄火檢測裝置、紅外傳感器、二氧化碳傳感器、車鎖狀態檢測裝置、空氣質量檢測裝置、單片機、車內外蜂鳴器、顯示器(綠、黃、紅)組成。

3 系統工作原理

整個系統的工作原理為: 在汽車后座車門上裝有紅外感應傳感器，車廂內裝有紅外二氧化碳傳感器、空氣質量傳感器(可監測車內PM2.5、PM10、甲醛、TVOC、00、濕度、溫度)（轉下頁）和車內蜂鳴器及顯示器，車身外裝有車外蜂鳴器，在汽車的內部裝有單片機模塊。預先在單片機處理器中設定好各種有害氣體的正常濃度和危險濃度參數，及判定車內活物存在的二氧化碳最低濃度變化范圍參數。單片機可以接收由特定檢測裝置檢測的汽車的啟動熄火信號及車門上鎖信號，以及來自紅外感應傳感器、紅外二氧化碳傳感器和空氣質量傳感器發出的特定信號，并可以控制顯示器、車內蜂鳴器和車外蜂鳴器的工作狀態。

工作狀態一:當單片機接收到車輛的啟動信號或熄火信號a 后，紅外感應傳感器檢測到車內是否有乘員，有乘員則向單片機發送信號b;紅外二氧化碳傳感器監測二氧化碳濃度，二氧化碳濃度變化達到預定范圍則向單片機發送信號c。單片機同時接收到這三個信號a,b,c 后，向車內蜂鳴器發送信號1,使車內蜂鳴器報警提示。報警3 到五秒即停，提醒車主注意車內乘員情況。

工作狀態二:當單片機接收到車門上鎖信號d 后:紅外感應傳感器檢測車內是否有乘員，有乘員則向單片機發送信號b;紅外二氧化碳傳感器檢測二氧化碳濃度，二氧化碳濃度變化達到預定范圍則向單片機發送信號c,單片機同時檢測到這三個信號d,b,c 后，向車外蜂鳴器發送信號2,使車外蜂鳴器持續報警，提醒車主車內有乘員，待信號解除后復位。

工作狀態三:空氣質量傳感器持續監測車內有害氣體濃度。當有害氣體濃度符合標準時，向單片機發送信號A，單片機向空氣質量顯示器發送信號3,使顯示器高綠燈;當有害氣體濃度略高于標準時，向單片機發送信號B;單片機向空氣質量顯示器發送信號4,使顯示器亮黃燈;當有害氣體濃度達到危險濃度時，向單片機發送信號C;單片機向空氣質量顯示器發送信號5,使顯示器亮紅燈，并向車內蜂鳴器發送信號6 使其報警。

4 硬件設計

Arduino 單片機是微控制器的核心，由于汽車運行狀態檢測與有害氣體監測分析需要啟動/熄火和車鎖狀態檢測裝置、空氣質量傳感器的信號輸入與車內外蜂鳴器、顯示器(綠、黃、紅)的輸出，同時還要有輸入信號的分析、處理及之后結果的分析，對系統的實時性要求很高，且系統運算大，因此選擇Arduino 單片機，該芯片構建于開放源代碼simple I/O 介面版，并且具有使用類似Java、C 語言的Processing/W 開發環境。Arduino 能通過各種各樣的傳感器來感知環境，通過控制燈光、馬達和其他的裝置來反饋、影響環境。

裝置的電源供給裝置采用獨立電源供電，當電量低于20%時自動由汽車蓄電池充電。

空氣質量傳感器采用深圳滕威環保科技有限公司生產的TW70ST 七合一傳感器，TW70ST 七合一傳感器模塊是一款高性價比的數字串口輸出傳感器模塊，它同時采用RS485 數據總線和UART 串口TTL 電平兩種輸出模式，集CO2，甲醛，TVOC，激光PM2.5,PM10，溫度,濕度于一體。它可對所處環境進行實時全面的檢測，具有良好的穩定性。它檢測溫度精確到0.1℃，濕度精確到0.1%。該傳感器每秒自動通過RS485 接口輸出這七組監測數據，還帶有電源反接保護功能。其S485 接口定義：5V 接電源5V，B 為RS485 數據口D-/B，A 為RS485 數據口D+/A，GND 為電源；UART 接口定義：5V 接電源5V，TXD 為UART 數據輸出腳，N/A 為懸空，GND 接電源地。

圖1

結束語

本文進行了車輛車內紅外乘員探測及有害氣體監測報警裝置的系統構架和硬件電路的設計，并完成了該報警裝置系統的研制，通過實際測試模擬汽車的有害氣體檢測和乘員被遺忘在車內的情況，系統達到了預期的功能實現，但仍存在可優化的問題，例如如何提高檢測乘員存在情況的精度等。車輛車內紅外乘員探測及有害氣體監測報警裝置的下一步完善和優化將使其走向真正的實際應用