一種車載報警自救裝置的設計與研究

宋君君

（德州職業技術學院，山東德州 253034）

0 引言

隨著社會不斷的發展、人們生活水平的提高，越來越多的人將汽車作為出行的代步工具。汽車為人們的出行做出了重要的貢獻，同時也存在眾多的安全隱患。例如，長時間呆在汽車密閉狹小的空間內，由于車輛內部不通風、汽車燃油產生的廢氣、車內裝飾等原因，導致車內空氣質量下降，車內環境釋放的有毒有害物質對人們的身體健康帶來嚴重的危害，甚至危及生命。據統計，我國每年冬、夏季都會發生多起空調車內中暑、氧氣過低窒息導致死亡的事件，是必須警惕的危險案例。如何有效防止汽車內部環境過熱、氧含量過低等問題是刻不容緩的，現在市面上急需一種防止車內溫度過高及車內氧含量過低對生命造成威脅的裝置，以此為出發點設計了本報警自救儀。

1 報警自救儀

本產品主要用于防止車內有人時內外空氣不流通，造成車內氧含量過低或溫度過高對人體造成的傷害。當測試車內氧氣含量減少未達到設定值時，實時監測數據；當測試車內氧氣含量減少達到設定值時，檢測是否誤報。非誤報時，驅動車窗下降一定高度并報警，同時傳出手機警告信號。若車窗落下幾分鐘后車內氧氣值數值仍然低于設定數值，則氧氣包釋放氧氣。主要研究內容包括：汽車內部可以維持生命體各因素的極限值，控制系統主控制器的選型，各傳感器（包括紅外定向檢測熱源、氧氣傳感器、溫度傳感器）的選型和裝調，自動預警及網絡求救的實時性和準確性，網絡通信問題等。

2 總體架構

報警自救儀安裝在汽車駕駛室內，當汽車鎖車后，系統采用紅外定向熱源實時檢測生命體，如果車內沒有生命體存在，本系統不啟動，自動處于休眠狀態。檢測到有生命體存在時，啟動氧氣傳感器和溫度傳感器，實時監測氧氣含量和車內溫度。當車內氧氣含量或車內溫度，接近預設的生命極限值時，降落車窗，啟動報警裝置，同時向車主和家人撥打求救電話。車主可以通過手機軟件查看車內情況，定位車輛位置以便快速救援。經特定時間后，若降低的氧氣含量沒有改善，則釋放氧氣包，實現自動救援。該自救儀從多方面提高安全系數。

本產品的控制系統是由微處理器、傳感器、互聯網通信模塊3 個部分組成。在汽車鎖車甚至熄火情況下，利用汽車電瓶電源以低能耗方式實時預警，啟動雙級應急措施，完成車內空氣交換，改善溫度和缺氧環境，保障車內生命安全，并利用互聯網技術實時監控車內環境狀況。總體構架如圖1 所示。

圖1 總體構架

3 系統設計

3.1 硬件設計

報警自救儀控制系統是由微處理器、傳感器、互聯網通信模塊3 大部分組成：互聯網通信是基于Atmel89s52 單片機為核心，利用軟件程序與傳感器反饋信號進行處理，連接所有硬件，達到控制硬件反應目的；通信部分由GPRS 模塊實現互聯網通信功能，GPRS 模塊直接由單片機發來的信號進行協調控制，使信息發送到用戶設定號碼。

（1）微處理器采用工業級單片機Atmel89s52。單片機作為硬件I/O 通信系統的核心，該單片機工作性能可靠，工作穩定性強，可在苛刻環境下正常運行和正常使用，有著最高工作頻率即有著更高的工作效率。

（2）網絡和通信硬件運用GPRS 模塊。此硬件具有實時監控能力強、工作穩定性強、開機時間極快、數據安全性極好、價格較低、靈活性非常高等特點，長期開機工作穩定，即使系統出現錯誤也可在1～2 s 快速重啟復位，達到快速反應的目的。

（3）溫度傳感器采用DS18-20 數字檢測探頭。DS18-20 集溫度測量和A/D 轉換于一體，直接輸出數字量，所以硬件電路結構簡單，與單片機接口幾乎不需要外圍元件的轉換。同時還具有傳輸距離遠，同步多點測量等優點。

（4）氧氣傳感器采用4OXV。該傳感器是一款高性能電化學式氧氣傳感器，主要特點和優勢是消除了誤報，高可靠性確保達到指定壽命，優越的環境性能，提高了在極端應用中的反應速度。

（5）紅外人體傳感模塊采用SR501 傳感器。用于檢測車內是否有人。

（6）聲光報警模塊采用TGSG-110 報警模塊。光報警采用高性能LED，有能耗低、壽命長等特點。報警系統采用高分貝、中功率且有源的蜂鳴器，最高可調至110 dB。此報警器可在極端條件下正常使用。TMOD 計時電路采用高精度11.059 2 MHz 晶振時鐘電路。

3.2 軟件設計

單片機軟件采用復合式反饋閉環控制系統和動態程序，有效避免了單次信號誤報，不動作和軟件方面引起的死機，同時軟件采用了TMOD 計時法有著精確的計時系統使程序在運行時更加可靠，在通信方面軟件程序還加入了加密系統，讓傳輸數據可在安全的環境下進行傳輸。軟件工作流程如圖2 所示。

圖2 軟件工作流程

本設計的特點包括以下方面：

（1）自動預險。紅外線實時檢測生命體，如果車內沒有生命體存在，本系統不啟動，自動處于休眠狀態。檢測到有生命體存在時，啟動氧氣傳感器和溫度傳感器，實時監測氧氣含量和車內溫度。

（2）雙重報警。當車內氧氣含量或車內溫度，接近預設的生命極限值時，降落車窗，啟動報警裝置，同時向車主和家人撥打求救電話。

（3）精確定位。車主可以通過手機APP 查看車內情況，同時確定車的具體位置。

（4）遠程監聽的功能。車主可以通過手機軟件實時監聽車內情況，還可以實現通話。

（5）智能省電。本產品是利用汽車電瓶電源以低能耗方式供電，實現智能省電。

4 推廣應用價值

4.1 可行性分析

本產品以保障生命安全為出發點，儀器功能新穎，具有溫度、氧氣含量檢測和報警求救的功能，還可通過手機軟件實時監控車內的情況，能有效避免因車內氧氣缺失造成的疲勞駕駛、窒息等安全隱患。通過市場調查，目前國內并無同類產品，因制作成本低廉，所以售價比較低廉，可以讓大多數人接受，有市場可行性。

4.2 推廣前景

隨著家庭汽車保有量的增多，因疏忽導致人員在車內窒息身亡等事件不在少數，由此引發的安全問題成為關注的焦點。本產品以保障生命安全為出發點，能有效避免因車內氧氣減少造成的窒息等安全隱患。相較傳統的氣體檢測儀器，本產品的功能更加人性化，當O2含量過低或CO 含量超過人體承受范圍時自動采取保護措施，降下車窗釋放氧氣向固定手機發送求救短信，可以有效減少此類案件的發生，使司乘人員可以安全放心地在汽車內休息，不用再擔心此類安全問題。通過大量的市場調查，市面上并無同類產品，且本產品制作成本低廉，有較強的推廣優勢。本產品還能推廣應用于校車、倉儲等存在安全隱患的密閉場所。