基于熱釋電紅外線傳感器的汽車安全報(bào)警系統(tǒng)研究

摘 要：近幾年發(fā)生了多起小孩子被遺留在車上而由高溫引起窒息身亡的悲劇，為此，筆者設(shè)計(jì)了一個(gè)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括熱釋電紅外傳感器、菲涅爾透鏡、語音警示報(bào)警電路及自動(dòng)開門裝置組成。當(dāng)車停下來，發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，車門上鎖，如果車上有人，車就會自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，確保小孩不會被遺忘留在車上的問題，并自動(dòng)解鎖門鎖，確保外面人員施救。如果人在車上休息而車上鎖，可通過解鎖鍵取消報(bào)警。

關(guān)鍵詞：汽車，熱釋電紅外線傳感器，安全報(bào)警系統(tǒng)

前言

近幾年，發(fā)生了多起小孩子被遺留在車上而由高溫引起窒息身亡的悲劇，給很多家庭帶來了無限的悲痛。為了解決駕駛者由于疏忽帶來的嚴(yán)重問題，筆者研究了一款基于紅外線傳感器的報(bào)警器，能夠及時(shí)報(bào)警，并解鎖小車的電子鎖，引起駕駛者和周圍行人的注意，及時(shí)將孩子救出來，從而避免悲劇。

1 熱輻射概述

物體由于具有溫度而輻射電磁波的現(xiàn)象叫做熱輻射。一切溫度高于絕對零度的物體都能產(chǎn)生熱輻射，既不依靠分子之間的碰撞，又不依靠氣體或液體的流動(dòng)，物體因自身的溫度直接向外發(fā)射能量的方式。物體的溫度越高，輻射的總能量就越大，短波成分就越多。一般來說，所有物體都是紅外輻射源，只是由于溫度和物體不同而發(fā)射的紅外光波長不同。

物體發(fā)射紅外線的輻射能，其峰值波長和溫度關(guān)系滿足λm*T=2989（μm.k）（其中λm為最大波長，T為絕對溫度）。而人體正常體溫為36°C～37.5°C，即309K～310.5K，輻射的最強(qiáng)的紅外線波長λm=2989/（309～310.5）=9.64μm～9.67μm。中心波長為9.65μm。本文正是利用人體紅外輻射的這種特性和熱釋電紅外線傳感器可探測人體所輻射出的紅外光的特性，設(shè)計(jì)一套安全報(bào)警系統(tǒng)。

2人體熱釋電紅外傳感器的工作特點(diǎn)

人體熱釋電紅外線傳感器是基于熱電效應(yīng)的熱電型紅外傳感器。它主要由傳感探測元。干涉濾光片和場效應(yīng)管匹配器三部分組成？其內(nèi)部的熱電元由高熱電系數(shù)的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以及鉭酸鋰。硫酸三甘鐵等配合濾光鏡片窗口組成，其極化隨溫度的變化而變化。為了抑制因自身溫度變化而產(chǎn)生的干擾，該傳感器在工藝上將兩個(gè)特征一致的熱電元反向串聯(lián)或接成差動(dòng)平衡電路方式，因而能以非接觸式檢測出物體放出的紅外線能量變化，并將其轉(zhuǎn)換為電信號輸出。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將高熱電材料制成一定厚度的薄片，并在它的兩面鍍上金屬電極，然后加電對其進(jìn)行極化，這樣便制成了熱釋電探測元。

目前，紅外報(bào)警器一般包括光學(xué)系統(tǒng)、熱釋電紅外傳感器、信號濾波和放大、信號處理和報(bào)警電路等幾部分。菲涅爾透鏡的主要作用是將人體輻射的紅外線聚焦到熱釋電紅外探測元上，同時(shí)也會產(chǎn)生交替變化的紅外輻射高靈敏區(qū)和盲區(qū)，用于適應(yīng)熱釋電探測元要求信號不斷變化的特性；熱釋電紅外傳感器是報(bào)警器設(shè)計(jì)中的核心器件，它將人體的紅外輻射信號轉(zhuǎn)換為電信號以供后續(xù)的信號處理電路使用；信號處理主要是把傳感器輸出的微弱電信號進(jìn)行放大、濾波、延遲、比較，為報(bào)警功能的提供電信號。

3 汽車安全報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1汽車安全報(bào)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該汽車安全報(bào)警系統(tǒng)是基于人體熱輻射特點(diǎn)以及熱釋電式紅外線傳感器原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括熱釋電紅外傳感器、菲涅爾透鏡、語音警示報(bào)警電路及自動(dòng)開門裝置基本部分?；舅悸肥牵寒?dāng)駕駛者停車熄火后，離開汽車，自動(dòng)鎖車或者遙控鎖車，傳感器進(jìn)行檢測，如果車內(nèi)還有人，則5s之后開始自動(dòng)報(bào)警，報(bào)警聲用錄音好的特色語音，提醒駕駛者及時(shí)回去施救或者引起行人注意，同時(shí)汽車電子鎖自動(dòng)解鎖，避免車內(nèi)有人而行人通過破壞汽車施救帶來的損失。如果車內(nèi)人員鎖車休息，則可以通過按鈕解除報(bào)警，避免誤報(bào)。如圖1所示。

3.2汽車安全報(bào)警系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

3.2.1汽車安全報(bào)警系統(tǒng)的報(bào)警模塊設(shè)計(jì)

此模塊所設(shè)計(jì)的控制電路以人作為被測對象，可檢測的范圍覆蓋整個(gè)車廂范圍，一般特指家庭用車或者幼兒園接送車型。圖2是采用熱釋電紅外線傳感器的安全報(bào)警電路，電路中的熱釋電紅外線傳感器采用LH1778，在接通電源后，若LH1778沒有接收到紅外線，則檢測電路輸出5V信號。當(dāng)有人在車內(nèi)時(shí)，LH1778收到人體輻射的紅外線，輸出信號經(jīng)LM358放大，再經(jīng)三極管放大，發(fā)出警報(bào)信號。

3.3.2語音報(bào)警模塊電路

該模塊所設(shè)計(jì)的是控制電路采用語音芯片ISD1820，ISD1820p是一種使用方便單片8s至20s語音錄放芯片，外接電阻調(diào)整錄音時(shí)間，內(nèi)置喇叭驅(qū)動(dòng)放大電路，直接驅(qū)動(dòng)8w0.5Ω的喇叭進(jìn)行報(bào)警。

3.3.4整合模塊

將信號交給汽車電腦單片機(jī)處理有，單片機(jī)向語音報(bào)警模塊發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號，發(fā)出語音警示，提醒駕駛者和周圍的的人，車上仍有人，須及時(shí)處理。單片機(jī)在向語音報(bào)警模塊發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號同時(shí)，將門鎖自動(dòng)解鎖。

3.3.3自動(dòng)解鎖車門設(shè)計(jì)

安全系統(tǒng)除了語音報(bào)警外，還需要一些合理的信號處理，所以該系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了自動(dòng)解鎖模塊，主要是預(yù)防車主在特定的環(huán)境沒有注意到報(bào)警而忽略車上的情況，方便周圍的人在不損壞車的情況下能夠及時(shí)解救車內(nèi)小孩，減少損失。

汽車所使用的門鎖基本都是電機(jī)式的自動(dòng)車門鎖，該鎖是通過可逆式電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置及鎖體總成構(gòu)成。其工作過程的原理是：通過電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪齒條，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)鎖體總成以實(shí)現(xiàn)鎖緊或開啟車門。所以，門鎖模塊子節(jié)點(diǎn)的功能主要是通過驅(qū)動(dòng)電路控制可逆式電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)開/關(guān)鎖。

因此，該設(shè)計(jì)利用自動(dòng)門鎖原理，當(dāng)紅外線傳感器發(fā)送出信號報(bào)警同時(shí)，也同時(shí)給門鎖節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號。實(shí)現(xiàn)可逆式電機(jī)正轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)門鎖自動(dòng)打開。從而為施救車內(nèi)的小孩提供便利。

3.3.5手動(dòng)解除報(bào)警設(shè)計(jì)

當(dāng)駕駛者或者車上的人想在車上鎖車休息時(shí)，安全報(bào)警系統(tǒng)也會進(jìn)行檢測，因此這種情況也會產(chǎn)生報(bào)警。手動(dòng)解除報(bào)警的主要功能是為了解除誤報(bào)的情況下，合理解除報(bào)警。該設(shè)計(jì)解除報(bào)警的方法是直接切斷紅外線傳感器發(fā)送的信號，報(bào)警系統(tǒng)沒有接受到信號而不產(chǎn)生報(bào)警，并且門鎖也沒有自動(dòng)打開，確保車內(nèi)人員休息安全。

4 結(jié)束語

熱釋電紅外線傳感器安全報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，經(jīng)濟(jì)性好。而且該系統(tǒng)工作穩(wěn)定，安裝在車內(nèi)部，可有效的避免小孩子不被發(fā)現(xiàn)或者忽略而關(guān)在車內(nèi)引發(fā)的事故。另外該系統(tǒng)不應(yīng)有隔蔽，周圍不應(yīng)放置強(qiáng)電磁波。

參考文獻(xiàn)：

[1]艾禮貌.淺談熱釋電紅外線傳感器報(bào)警系統(tǒng)[J].中國科技財(cái)富.2009（4）：15-16.

[2]姚彥茹.熱釋電紅外傳感器在放到系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].信息技術(shù).2007（5）：87-88.

[3]王均福.熱釋電紅外傳感器在防入侵方面的研究[J].哈爾濱師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào).2008.24（1）：31-34.

[4]李靜.基于熱釋電紅外線傳感器的人防警報(bào)防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].《電腦開發(fā)與應(yīng)用》.2010.（12）：26-27.

作者簡介：

歐趙福（1982-），男，民族：瑤族，籍貫：廣西來賓，職業(yè)：講師，學(xué)歷：碩士研究生，研究方向：機(jī)械制造機(jī)及其自動(dòng)化。