基于ESP32的車載防遺忘兒童報警器設計與實現

胡智 周文

摘要：針對車載報警器領域，設計了一種基于ESP32的防遺忘兒童報警器。以ESP32為核心，利用人體紅外傳感器、薄膜壓力傳感器，判斷是否有兒童被遺忘在車內，當檢測到被遺忘的兒童時，ESP-32控制自帶攝像頭拍照，并通過GSM模塊向用戶手機APP推送告警信息和現場圖片，使其達到防遺忘兒童的報警作用。該系統成本低、可靠性高、操作簡單，具有一定的實用價值。

關鍵詞：ESP32，防遺忘兒童，車載報警，GSM

引言

隨著人們物質生活水平提高，汽車普及率也逐漸增加，人們在享受使用汽車帶來便利的同時，也面臨著各種各樣的安全問題。近年來，媒體報道了多起兒童被鎖或被遺忘在車內，從而導致兒童意外死亡的事件，讓人們感覺到觸目驚心。為防止遺忘兒童在車內，有必要設計一種自動監測報警裝置，起到預警提示作用。目前，市場上防遺忘兒童產品較少，其中Starfish智能傳感器較成熟[1]，通過安裝在兒童安全座椅上，起到自動監測報警作用，但該產品存在一定局限性，對放置了雜物的兒童座椅會產生誤判。因此，本文設計的報警器，同時監測人體紅外輻射和座椅壓力，當兩個傳感器同時超過設定閾值，才會觸發報警機制，并通過攝像頭拍照，向用戶手機微信推送告警信息和車內現場圖片，起到防遺忘兒童的作用。

1.系統總體設計

系統原理框圖如圖1所示，整個系統以樂鑫公司生產的ESP32為核心，分為監測部分、電源部分、報警部分。監測部分通過安裝在主駕駛的薄膜壓力傳感器，判斷司機是否離座，當司機離座后，啟動乘客座椅壓力傳感器和人體紅外傳感器，監測是否有兒童被遺忘在車內。電源部分采用太陽能電池板、充電電路和鋰電池為系統提供電能，避免從車載電瓶取電造成的漏電風險。報警部分分為網絡通信、云服務、客戶端三個部分，ESP32通過GSM模塊與云服務器建立TCP連接，當發生告警時，利用MQTT協議向云服務推送信息，云服務收到設備側告警后，向用戶微信關注的公眾號推送信息，從而實現報警提醒功能。

2.具體實施方案

2.1系統核心

ESP32是樂鑫科技生產的，專為物聯網應用場景而設計的低功耗產品，其具有240Mhz主頻和，448KB的ROM，520KB的SRAM，性能強大，ESP32只需極少的外圍器件，即可實現強大的處理性能、可靠的安全性能[2]。本設計中，使用的ESP32-CAM是一款基于ESP32芯片，具有攝像功能的微型模組，同時配備了OV2640 攝像頭、連接外設的GPIO，起到報警推送現場圖片的作用，幫助用戶二次確認車內兒童狀況。

2.2遺忘兒童監測

被遺忘兒童一般處于運動或者靜止（如睡眠）狀態，為準確監測車內狀態，本系統在車內5個座椅和對應的地面安裝了FSR402薄膜壓力傳感器，在內部車頂上安裝HC-SR05人體紅外感應，當監測到主駕駛座椅無人時間超過1分鐘，系統通過其他薄膜傳感器和紅外傳感器監測是否有觸發信號，只有二者同時觸發，才會發出報警指令，防止系統誤判。

2.3設備供電設計

本設計基于馬斯電流曲線[3]，利用TP4056芯片設計了防過充、防過放的鋰電池充電電路，其電路如圖2所示。該電路充電電流可通過RPROG串聯的電阻改變，當為10K時，充電電流典型值約為130mA。該電路檢測到電池電壓低于2.5V時，停止放電，并對電池預充電;當電池電壓高于3V時，采取恒流充電;當電池電壓超過4.2V相近時，自動停止充電，起到防止過充的作用。本電路中采用5.5V，1W的太陽能電池最為輸入元件，兩節18650電池作為儲能元件。

2.4微信報警設計

當監測到告警信號后，ESP32通過GSM模塊接入互聯網，MQTT通信在TCP連接成功之后開始執行。設備連接MQTT服務器，并向訂閱的主題發送JSON數據包，服務器判斷收到告警信息后，通過公眾號向用戶綁定的微信推送告警信息[4]。MQTT數據發送接收流程如圖3所示。

3.系統模擬測試

系統設計完成后，選取了一輛5座SUV汽車進行測試。其中HC-SR05人體紅外感應安裝在內部車頂，FSR402薄膜壓力傳感器安裝在5個座椅和對應地毯下。測試時將一名4歲的兒童留在車上，并告訴幼兒可以坐、躺、站在車內不同位置[5]。通過100次測試發現，如果只用人體紅外感應傳感器檢測遺忘幼兒，成功率只有 63% ，這主要是由于兒童可能靜止不動或者躺在座椅下方;只使用薄膜壓力傳感器，成功率只有56%，這主要是兒童可能踩在兩個傳感器之間，薄膜開關無法監測到壓力;通過人體紅外感應傳感器和多個薄膜壓力傳感器多次疊加判斷，則可以將成功率提高到95%，監測效果顯著提升，達到實驗測試預期。其微信報警界面如圖4所示。

4.結論

（1）針對兒童被遺忘在車內而產生的安全問題，設計了一種車載裝置，通過薄膜壓力傳感器和人體紅外感應傳感器，以監測是否有兒童被遺忘在車內。

（2）利用GSM模塊和云服務器，開發了具有監測、報警、拍照功能的微信公眾號，用戶可以通過綁定微信，第一時間收到遺忘兒童告警信息，提升兒童乘車的安全性。

（3）所設計的報警裝置安裝在車內，通過太陽能板給電池充電，可長期免維護使用，提升了該裝置的實用性和便捷性。

參考文獻

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[2]楊麗，馮娟，盧秀麗，等.基于物聯網智能家居安全監控系統設計[J].現代電子技術，2019，42（08）：55-58.

[3]謝信奇，秦會斌.一種新型鋰電池充電技術[J].傳感器與微系統，2018，37（4）：73-76.

[4]俞楊建.大數據應用中的個人隱私安全風險[J].網絡安全技術與應用，2019（03）：45-46.

[5]劉勇軍，彭華.幼兒遺落校車安全事故預警技術研究與系統設計[J].河南理工大學學報，2020，39（2）：116-121.