太陽能車載智能報警系統設計

張麗萍，朱堯富

(臺州職業技術學院 機電工程學院，浙江 臺州 318000)

0 引 言

現代電子技術的迅速發展和廣泛應用，為人們的生活帶來更多便利。當前，隨著“互聯網+”的推進，電子技術進入智能化時代，電子產品對人們生產生活的影響越來越大。報警器就是人們日常生活中常見的電子產品之一，市場上的煙霧報警器和火災報警器等現已日漸完善和成熟[1-3]。針對汽車消費群體的報警系統也不斷受到關注和重視[4-6]。

據國家統計局發布2019年國民經濟和社會發展統計公報數據顯示，2019年末全國民用汽車保有量26 150萬輛，比上年末增加2 122萬輛，其中私人汽車保有量22 635萬輛，增加1 905萬輛，中國汽車市場具有較大的發展空間和潛力。汽車消費需求依然旺盛的同時，隨著全面二孩政策的實施，至2019年中國0～3歲嬰幼兒群體預計超過5 000萬名，兒童乘車安全問題受到社會和家庭廣泛關注。據統計，中國每年有超過1萬余名14歲以下的兒童死于交通安全事故，其死亡率高居世界第一位，對于這些孩子來說，除去車禍外，車內中暑已經成為車輛相關死亡事件的第二位。

本文針對孩子被困車內無法自救這一問題，設計一個基于溫度和人體檢測的報警系統，以單片機為主控芯片，結合GSM無線移動通信和電子技術，實時監測車內的狀態，車主可通過手機掌控車內的情況，接收報警短信[7]，不需要復雜操作，安裝方便，小巧美觀，作為汽車配件能隨時守護車輛與人員安全。

1 系統組成

系統組成如圖1所示，由太陽能電源模塊、汽車狀態檢測、紅外探測器、溫度檢測電路、主處理模塊、報警電路以及其他接口構成。

圖1 智能車載報警系統組成框圖

系統同時檢測車內人員情況和溫度值，發現車內有人或車內溫度超過設定值，系統向車主手機發送報警短信，以便車主及時處理，同時系統直接發出聲光報警信號通知車外人員，防止兒童長時間滯留車內無人知曉。

2 硬件設計

2.1 檢測控制電路

主控芯片單片機采用STC89C52RC，該單片機功耗低、成本低和接口豐富，可滿足設計要求，最小系統由電源電路、時鐘電路和復位電路構成[8-9]。溫度檢測模塊采用改進型智能溫度傳感器DS18B20作為檢測元件，比傳統的溫度計減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點，經過單線接口送入單片機[10-11]。人體檢測模塊采用基于紅外線技術的自動控制模塊HC-SR501，人進入自動感應區域范圍時，輸出高電平；人離開感應范圍則自動延時關閉高電平，輸出低電平，輸出信號一般是3.3 V～0 V電平，和單片機相連時需要進行電平轉換，檢測元件與單片機連接原理圖如圖2所示。

圖2 檢測控制電路原理圖

2.2 電源模塊

系統電源模塊由太陽能板、鋰電池和穩壓電路組成，電路如圖3所示。選用聚合物鋰電池供電，體積小且安全性高，本文利用太陽能板將光能轉化為電能，為鋰電池充電[12]。太陽能板選用6 V 1 W的單晶太陽能板，單晶太陽能板光電轉換效率最高，堅固耐用，使用壽命一般可達15年。

圖3 電源模塊電路原理圖

2.3 通信模塊

通信模塊選用高性能工業級GSM/GPRS模塊SIM800，以GSM模塊和單片機為核心，利用GSM短信息系統的通信平臺，通過串口與單片機進行通信，控制手機收發短信[13-15]。基于GSM的短信息服務，是目前基于時分多址技術的移動通信體制中比較成熟、完善和應用最廣泛的一種系統，也是我國公眾移動通信網的主要方式。

SIM800模塊通過AT命令設置工作模式等，連接電路如圖4所示，系統+ 5V電源經過二極管降壓為4.3 V作為模塊供電電壓，電容起到穩壓濾波的作用，與單片機的串口通信就是將單片機串口的RXD、TXD分別接到SIM800的RXD、TDX端。

圖4 GSM模塊連接原理圖

3 軟件設計

本次系統軟件設計主要以C語言編程完成[16]，主程序流程如圖5所示。單片機上電初始化，液晶屏顯示“TZVTC”“SIM Initialize!”，初始化完成，讀取并顯示當前溫度值，按鍵掃描程序設置報警溫度上下限值，檢測程序檢測傳感器信號是否異常，根據需要發出報警信號。用GSM短信息系統進行無線通信具有雙向數據傳輸功能，用指定電話打入，程序判斷是否為車主注冊號碼:是,則掛機和結束報警;否,則直接掛機。

圖5 主程序流程圖

4 系統調試

軟硬件設計完成，可利用Proteus軟件實現單片機仿真模擬，仿真結果如圖6所示。系統開始仿真后，LCD1602顯示屏上顯示當前測量溫度值NOW Wd和設定的報警溫度值SET Wd，并在第一行溫度值后顯示是否有人信息，“NOTE”表示紅外人體檢測有人報警，顯示屏仿真如圖6(a)所示，當紅外人體檢測無人時顯示屏相應位置將顯示“OK”字符。報警電路仿真如圖6(b)所示，單片機P1.3作為控制信號，當紅外人體檢測到有人時P1.3為高電平，LED燈亮并伴隨蜂鳴器發聲報警，檢測無人時P1.3為低電平不報警，當測量溫度高于設定值，同樣發出聲光報警。

圖6 Proteus仿真結果

設計實物如圖7所示，SIM800模塊內插入SIM卡，該SIM卡可向車主電話發送報警短信，車主電話也可通過撥打該SIM卡號結束報警獲取車內溫度值。短信發送不受距離限制，提醒車主車內溫度和人員情況。GSM模塊的短信模式有2種：第1種是TEXT模式，第2種是PDU模式。PDU模式可以采用unicode編碼發送英文、漢字，但合成PDU碼比較復雜，而TEXT模式只能發送英文，但無須編碼，本設計采用TEXT模式。車主手機收到報警短信和獲取車內溫度內容如圖8所示。

圖7 實物圖 圖8 車主手機接收信息

5 結束語

本文基于市場痛點研發了一款電子產品，作為汽車配件產品，便宜實用是它的主要特點。設計選用低成本高性能的元件模塊，鋰電池供電，不需要另外接車內電源。鋰電池充電可用太陽能板，正常情況下也不需要用戶頻繁更換電池，而且安裝方便，不需要外部接線，無安裝條件限制，可以在新車安裝，也可以在已使用的汽車上安裝，不改動車輛其他裝置，沒有改裝后遺癥。不僅可以作為車內兒童安全報警器，還可以作為汽車安全報警器，對人身和車輛安全都有重要的意義。