基于STC89C52的車(chē)內(nèi)幼兒遺留識(shí)別報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊煒程，楊浩

（成都紡織高等專(zhuān)科學(xué)校，四川 成都 611731 ）

引言

隨著汽車(chē)行業(yè)的迅猛發(fā)展和人民物質(zhì)生活水平的提高，汽車(chē)逐漸走進(jìn)普通家庭，成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡闹匾ぞ?，兒童乘?chē)的機(jī)會(huì)也在隨之增多，一些家長(zhǎng)由于安全意識(shí)欠缺或是懷有僥幸心理，將幼兒?jiǎn)为?dú)留在密閉的車(chē)內(nèi)?，F(xiàn)代汽車(chē)對(duì)車(chē)內(nèi)靜音和隱私效果的要求較高，汽車(chē)的密閉性也越來(lái)越好，但汽車(chē)內(nèi)部空間狹小，車(chē)內(nèi)氣體不易流通，外界的新鮮空氣很難進(jìn)入車(chē)內(nèi)，特別是在炎熱夏天的室外，車(chē)內(nèi)環(huán)境惡化會(huì)更加嚴(yán)重，由于幼兒不具備開(kāi)窗通氣，電話報(bào)警燈能力，由此導(dǎo)致的幼兒窒息傷亡事件屢有發(fā)生。

目前已有一些車(chē)內(nèi)環(huán)境檢測(cè)報(bào)警裝置[1]-[4]，但這些報(bào)警裝置大多數(shù)沒(méi)有考慮汽車(chē)是否處于靜止?fàn)顟B(tài)，或考慮到這個(gè)問(wèn)題，卻只使用單純是利用加速度傳感器判斷汽車(chē)是否靜止。若汽車(chē)處于怠速狀態(tài)，也會(huì)被加速度傳感器判斷為靜止，實(shí)際上，在這種情況下，駕駛員一般都在車(chē)內(nèi)，檢測(cè)車(chē)內(nèi)環(huán)境并報(bào)警救援車(chē)內(nèi)幼兒是沒(méi)有意義的。因此有必要設(shè)計(jì)一種識(shí)別報(bào)警系統(tǒng)，能車(chē)內(nèi)是否有幼兒被遺留，且在環(huán)境不斷惡化的情況下，分級(jí)報(bào)警救援。

1 總體設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)具有車(chē)內(nèi)人員識(shí)別功能和報(bào)警救援功能。系統(tǒng)是以單片機(jī)為控制核心，分別通過(guò)電壓傳感器判斷汽車(chē)狀態(tài)，二氧化碳傳感器、振動(dòng)傳感器進(jìn)行車(chē)內(nèi)人員識(shí)別，溫度傳感器進(jìn)行采集車(chē)內(nèi)環(huán)境信號(hào)，根據(jù)環(huán)境惡化程度選擇報(bào)警級(jí)別，并利用GSM模塊進(jìn)行報(bào)警。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)、車(chē)輛啟停探測(cè)器、活動(dòng)跡象探測(cè)器和探測(cè)結(jié)果處理器，其中，單片機(jī)作為控制器，進(jìn)行信號(hào)分析和處理；車(chē)輛啟停探測(cè)器用于對(duì)車(chē)輛在行駛狀態(tài)與停止?fàn)顟B(tài)之間轉(zhuǎn)換時(shí)發(fā)生的運(yùn)行狀態(tài)變化進(jìn)行探測(cè)；活動(dòng)跡象探測(cè)器用于在車(chē)輛處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)對(duì)車(chē)內(nèi)乘客活動(dòng)所產(chǎn)生的環(huán)境變化進(jìn)行探測(cè)；探測(cè)結(jié)果處理器用于根據(jù)從所述活動(dòng)跡象探測(cè)器獲得的探測(cè)信號(hào)做出是否有人員遺留的判斷，并采取應(yīng)對(duì)措施。

2.1 單片機(jī)模塊

采用STC89C52作為系統(tǒng)控制器，期體積小，功耗低，存儲(chǔ)容量大，硬件比較容易實(shí)現(xiàn)。

2.2 車(chē)輛啟停探測(cè)器

車(chē)輛啟停探測(cè)器主要由電壓傳感器模塊組成。電壓傳感器與車(chē)載點(diǎn)煙器相連，探測(cè)車(chē)輛在行駛狀態(tài)與停止?fàn)顟B(tài)之間轉(zhuǎn)換時(shí)發(fā)生在車(chē)載點(diǎn)煙器電路上的電信號(hào)變化，從而做出汽車(chē)是否處于啟動(dòng)狀態(tài)的判斷。汽車(chē)熄火后，車(chē)載點(diǎn)煙器斷由蓄電池供電，對(duì)于一般轎車(chē)而言，汽車(chē)蓄電池的標(biāo)準(zhǔn)電壓值為12V，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，車(chē)載點(diǎn)煙器的電壓一般在13V以上，發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，車(chē)載點(diǎn)煙器的電壓一般低于12.5V，因此只要車(chē)載點(diǎn)煙器的電壓低于某一閾值（一般設(shè)置為低于 12.5V）即表明發(fā)電機(jī)已經(jīng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，即發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行，此時(shí)向控制器傳輸信號(hào)。

2.3 活動(dòng)跡象探測(cè)器

活動(dòng)跡象探測(cè)器主要由二氧化碳檢測(cè)模塊、溫度檢測(cè)模塊和振動(dòng)檢測(cè)模塊組成。一般情況下，人體呼出氣體中部分氣體的含量和空氣中部分氣體的含量如下表示[5]。

表1 空氣及人體呼氣中各氣體含量（含量均指各組分的體積分?jǐn)?shù)）

由1表可知，人體呼出的氣體中，氧氣的含量只降低了4%，但二氧化碳的含量卻增加了一百倍左右，水蒸氣含量更是增加了兩百倍左右。雖然水蒸氣改變量也很大，但若車(chē)內(nèi)情況潮濕，則會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生很大的負(fù)面影響，因此，可將二氧化碳濃度變化量作為空氣指標(biāo)，通過(guò)檢測(cè)車(chē)內(nèi)二氧化碳濃度改變量來(lái)判斷是否有人，若車(chē)內(nèi)的二氧化碳濃度增高超過(guò)一定的值，控制器就會(huì)做出有人遺留車(chē)內(nèi)的判斷，同時(shí)通過(guò)振動(dòng)傳感器，檢測(cè)車(chē)內(nèi)座位上是否有振動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生，把振動(dòng)檢測(cè)作為輔助判斷依據(jù)。

探測(cè)器還要監(jiān)測(cè)車(chē)內(nèi)環(huán)境的變化。夏天車(chē)內(nèi)溫度對(duì)人體的影響是最大的，冬天或夜晚溫度對(duì)人體的影響就相對(duì)減弱，雖然氧氣含量對(duì)人的影響增大，但車(chē)內(nèi)的空間只是相對(duì)封閉的，人能夠在車(chē)內(nèi)依然能待上很長(zhǎng)一段時(shí)間都不會(huì)有什么危險(xiǎn)。且在這段時(shí)間能，系統(tǒng)便早就發(fā)出了警報(bào)信號(hào)。濕度雖然有一定的影響，但相對(duì)兩者來(lái)說(shuō)，便顯得更不那么重要了。因此我們把溫度作為評(píng)價(jià)車(chē)內(nèi)環(huán)境的指標(biāo)。利用溫度傳感器，可以判斷車(chē)內(nèi)環(huán)境的惡化程度。當(dāng)外界氣溫達(dá)到35℃時(shí)，陽(yáng)光照射15分鐘后，封閉車(chē)廂里的溫度就會(huì)升至65℃，在這樣的環(huán)境下待上半小時(shí)就能致命；而在陽(yáng)光直射下，密閉車(chē)廂內(nèi)的溫度1小時(shí)內(nèi)約上升20℃，因此即便車(chē)內(nèi)最初溫度是最舒適的26℃，一小時(shí)后也會(huì)超過(guò)40℃。同時(shí)溫度升高，更加容易導(dǎo)致人體的窒息[6]。

2.4 探測(cè)結(jié)果處理器

圖3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)圖

探測(cè)結(jié)果處理器包括電話模塊和自動(dòng)救援模塊。電話模塊利用 GSM 模塊接收到控制器的求救指令后，向儲(chǔ)存單元中讀取車(chē)主電話，進(jìn)行報(bào)警。當(dāng)車(chē)內(nèi)溫度達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí)觸發(fā)第一級(jí)短信提示，系統(tǒng)每隔一段時(shí)間向車(chē)主發(fā)送一次，提示車(chē)內(nèi)環(huán)境參數(shù)值。若車(chē)內(nèi)環(huán)境一直處于持續(xù)惡化狀態(tài)，但尚未達(dá)到惡化極限，在發(fā)送短信一段時(shí)間后觸發(fā)第二級(jí)電話報(bào)警提示。救援模塊控制車(chē)窗的升降，當(dāng)環(huán)境達(dá)到極限值時(shí)車(chē)內(nèi)乘客將會(huì)有生命危險(xiǎn)，單片機(jī)控制車(chē)窗上的步進(jìn)電機(jī)降下車(chē)窗，進(jìn)行通風(fēng)換氣，使車(chē)內(nèi)環(huán)境改善。同時(shí)以便于路人發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情，并實(shí)施救援。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

圖3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖

當(dāng)車(chē)門(mén)汽車(chē)處于未發(fā)動(dòng)狀態(tài)的時(shí)候，系統(tǒng)隨即上電進(jìn)行初始化設(shè)置二氧化碳傳感器測(cè)定當(dāng)前環(huán)境二氧化碳含量通過(guò)AD轉(zhuǎn)換傳給單片機(jī)并初值設(shè)為a，開(kāi)始延時(shí)，同時(shí)振動(dòng)傳感器作為中斷程序也開(kāi)始啟動(dòng)。當(dāng)振動(dòng)傳感器檢測(cè)到振動(dòng)信號(hào)，并產(chǎn)生中斷的時(shí)候，單片機(jī)便通過(guò)AT指令向GSM模塊發(fā)送短信指令。二氧化碳傳感器每隔兩分鐘便測(cè)量一次信號(hào)設(shè)為b，將a值與b的值進(jìn)行比較：若ab，或a=b，則系統(tǒng)會(huì)繼續(xù)循環(huán)下去，直到系統(tǒng)電源被切斷。

4 結(jié)語(yǔ)

該系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可維護(hù)性好，以STC89C52芯片為核心控制，通過(guò)車(chē)輛啟停探測(cè)器、活動(dòng)跡象探測(cè)器和探測(cè)結(jié)果處理器能有效的防止幼兒被遺留在車(chē)內(nèi)造成的傷亡，具有廣闊的市場(chǎng)空間與發(fā)展前景。傳感器的靈敏度以及安裝位置對(duì)測(cè)試結(jié)果有一定的影響，后期研究可以繼續(xù)改善系統(tǒng)的靈敏度，將元件集成，作為汽車(chē)附屬設(shè)備安裝在車(chē)內(nèi)。

參考文獻(xiàn)

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[6] 張小明,探究基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)[J].電子制作,2015,01∶271-272.