基于單片機(jī)的車輛生命監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)研究

王婧 魏欣欣 金宇

摘 要：近些年，意外將兒童鎖在車內(nèi)導(dǎo)致死亡的問題不斷發(fā)生，為了避免此類事故，研發(fā)了基于單片機(jī)的車輛生命監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)，采用單個(gè)傳感器來分別檢測一氧化碳濃度、溫度、人離開車內(nèi)時(shí)間。產(chǎn)品內(nèi)安裝了兩個(gè)移動(dòng)4G卡，即讓此裝置與兩部手機(jī)相連通。這樣，當(dāng)車內(nèi)兒童遇險(xiǎn)時(shí)可以向2個(gè)人求救。保證了當(dāng)其中一位家長無法及時(shí)接通手機(jī)時(shí)，可以向4G卡中的另一位監(jiān)護(hù)人求救。利用上述手段，可以有效避免兒童車內(nèi)窒息死亡事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：車輛生命監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)；單片機(jī)；兒童窒息

中圖分類號(hào)：TP368 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）22-0069-02

Abstract： In recent years， the problem of accidental death of children in the car has occurred continuously. In order to avoid this kind of accident， a vehicle life monitoring and alarming system based on single-chip microcomputer has been developed. A single sensor is used to detect the concentration of carbon monoxide， temperature， and the time people leave the car. Two mobile 4G cards are installed in the product to connect the device to two mobile phones. In this way， when a child in the car is in danger， two people can be called for help. This ensures that if one of the parents is unable to connect to his cell phone in time， he can call the other guardian on the 4G card for help. Using the above means， we can effectively avoid the occurrence of suffocation death accidents in children's cars.

Keywords： vehicle life monitoring alarm system； single chip microcomputer； asphyxiation of children

引言

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長，人們的生活越來越富有，很多家庭都開始以汽車作為主要的交通工具。但是隨之而來的，除了汽車出行的方便快捷，還存在著一些安全問題。夏天出行，室外溫度高，有的家長攜帶孩子出行，為了防止孩子受到太陽的暴曬，往往會(huì)將兒童放置在車內(nèi)，自己獨(dú)自出去辦事，這樣雖然方便了許多，但是卻造成了另外一種更加致命的危險(xiǎn)。由于室外的溫度高，在太陽的照射下，車內(nèi)溫度會(huì)上升的很快，被鎖在汽車內(nèi)的兒童由于家長將車門鎖上而無法及時(shí)向外呼救，導(dǎo)致孩子在車內(nèi)窒息死亡。美國研究表明，當(dāng)氣溫達(dá)到35℃時(shí)，陽光照射15分鐘，封閉車廂里溫度就能升至65℃，在這樣的環(huán)境里呆上半小時(shí)就能致命。因此，解決兒童滯留車輛導(dǎo)致死亡的安全問題刻不容緩。美國研究調(diào)查表明，美國對(duì)于過去10年間發(fā)生的339起兒童死于車內(nèi)的案件，無論是父母還是教師都受到了不同形式的懲罰。這一點(diǎn)也值得中國借鑒，懲罰不是撕裂親情而是為了讓此類事件不再發(fā)生，讓父母不再犯同樣的錯(cuò)誤。對(duì)此，我們團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一項(xiàng)車輛生命監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)來解決此類問題。

1 產(chǎn)品概述

我們團(tuán)隊(duì)是基于單片機(jī)來研發(fā)本產(chǎn)品的，單片機(jī)是將具有數(shù)據(jù)處理作用的中央處理器，只讀存儲(chǔ)器，計(jì)時(shí)器和多種接口等一起集成在電路芯片上的一種小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)在我們的生活中處處可見，如攝像機(jī)，錄像機(jī)等。此產(chǎn)品采用單片機(jī)控制用的是51單片機(jī)，51單片機(jī)是由美國公司研發(fā)的一種可編程存儲(chǔ)器，具有低電壓，高性能，可編程的優(yōu)點(diǎn)。單片機(jī)的只讀存儲(chǔ)器可以使數(shù)據(jù)反復(fù)擦除，并且長時(shí)間保存。模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片接收經(jīng)過運(yùn)算放大器傳來的的一氧化碳傳感器、溫度傳感器、紅外人體感應(yīng)器等檢測結(jié)果，經(jīng)過處理后才傳給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，單片機(jī)進(jìn)行判斷是否需要進(jìn)行報(bào)警。

傳感器是指能把非電量轉(zhuǎn)換成電量的器件，傳感器實(shí)質(zhì)是一種功能模塊，它的作用是將來自外界的各種信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，是實(shí)現(xiàn)測試與自動(dòng)控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。傳感器主要由敏感元件、傳感元件和測量電路、輔助電源四部分組成。結(jié)構(gòu)圖如圖2。

2 產(chǎn)品組成

我們的產(chǎn)品采用單個(gè)傳感器來分別檢測一氧化碳濃度，溫度，人離開車內(nèi)時(shí)間。分別是紅外人體感應(yīng)模塊，有毒氣體感應(yīng)器，溫度傳感器，移動(dòng)4G模塊和北斗導(dǎo)航模塊。該裝置的紅外人體感應(yīng)模塊主要用于感應(yīng)是否有兒童在車內(nèi)，當(dāng)有人進(jìn)入感應(yīng)范圍內(nèi)人體紅外光譜會(huì)發(fā)生變化，紅外傳感器會(huì)接通負(fù)載，只要人在傳感器的感應(yīng)范圍內(nèi)，裝置就會(huì)持續(xù)報(bào)警，當(dāng)人離開感應(yīng)范圍，紅外傳感器就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉負(fù)載，報(bào)警結(jié)束；移動(dòng)4G模塊的安裝，使產(chǎn)品相當(dāng)于一個(gè)電話，可以向外界呼救。并且我們的產(chǎn)品內(nèi)安裝了兩個(gè)移動(dòng)4G卡，即讓此裝置與兩部手機(jī)相連通。這樣，當(dāng)車內(nèi)兒童遇險(xiǎn)時(shí)可以向2個(gè)人求救。保證了當(dāng)其中一位家長無法及時(shí)接通手機(jī)時(shí)，可以向4G卡中的另一位監(jiān)護(hù)人求救。

溫度感應(yīng)模塊用于測定車內(nèi)溫度，對(duì)于兒童車內(nèi)致死事件，溫度有很大的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)表明，在周圍環(huán)境溫度僅有27℃的情況下，人坐在陽光直射的汽車內(nèi)2分鐘后就會(huì)使人感到胸悶不適，此時(shí)溫度已達(dá)到34℃，10分鐘就可以達(dá)到人體體溫的37℃，1小時(shí)后溫度可高達(dá)50℃，足可以蒸熟雞蛋！本產(chǎn)品主要實(shí)現(xiàn)當(dāng)車內(nèi)溫度大于30℃時(shí)，裝置報(bào)警；溫度大于35℃時(shí)，給第一個(gè)人發(fā)消息打電話；溫度大于40℃時(shí)，給第一個(gè)人和第二個(gè)人發(fā)消息，并且給第二個(gè)人打電話。

下面我和大家介紹一下有毒氣體感應(yīng)模塊。有毒氣體報(bào)警器主要采用具有高穩(wěn)定性的一氧化碳?xì)怏w傳感器來檢測車內(nèi)氣體濃度，檢測結(jié)果通過高精度的運(yùn)算放大器放大后送入模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片中轉(zhuǎn)換，從而讓51單片機(jī)來判斷是否需要報(bào)警。大家也許會(huì)有疑問，當(dāng)車內(nèi)開空調(diào)時(shí)車內(nèi)溫度降低為什么也會(huì)引發(fā)窒息？首先車內(nèi)循環(huán)有兩種模式內(nèi)循環(huán)模式和外循環(huán)模式，當(dāng)車門和車窗關(guān)閉時(shí)，車內(nèi)形成了一個(gè)封閉的內(nèi)循環(huán)模式，即關(guān)閉了車內(nèi)與車外的氣流交換通道，從而使氣流循環(huán)只是在車輛內(nèi)部進(jìn)行。開空調(diào)的時(shí)候如果開啟的是內(nèi)循環(huán)模式，那么，在密閉條件下車內(nèi)的空氣是不能與外界新鮮的空氣進(jìn)行交換的，這樣會(huì)導(dǎo)致車內(nèi)一氧化碳濃度越來越高，同時(shí)，車內(nèi)兒童吸收氧氣呼出大量二氧化碳，導(dǎo)致車內(nèi)氧氣減少，會(huì)使人感到惡心、昏迷甚至窒息死亡。

一氧化碳是一種無色，無味的氣體，容易在無形中致人死亡，并且它與血紅蛋白結(jié)合的能力是氧氣與血紅蛋白結(jié)合能力的200-300倍。一氧化碳?xì)怏w進(jìn)入人體血液后與人體內(nèi)的血紅蛋白結(jié)合，形成碳氧血紅蛋白，導(dǎo)致血紅蛋白不能與氧氣結(jié)合，當(dāng)碳氧血紅蛋白的含量超過5%時(shí)，就會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生傷害，達(dá)到60%時(shí)，人體就會(huì)昏迷，達(dá)到90%時(shí)，人體就會(huì)因?yàn)槿毖醵鴮?dǎo)致窒息死亡。血紅蛋白與氧氣和一氧化碳結(jié)合的方程式如下：

Hb+CO=HbCO Hb+O2=HbO2 （1）

當(dāng)一氧化碳含量為100ppm時(shí)，人在此環(huán)境中呆2至3個(gè)小時(shí)，會(huì)造成輕微的頭痛。在含量為200ppm的環(huán)境中呆3個(gè)小時(shí)會(huì)令人失去判斷能力。當(dāng)CO含量達(dá)到1600ppm時(shí)2小時(shí)內(nèi)可致命。并且由于孩子呼吸速率比成人更快，每千克體重吸入的一氧化碳含量會(huì)更多，所以兒童比成人一氧化碳中毒的危害更大。我們產(chǎn)品的有毒氣體感應(yīng)器主要是對(duì)車內(nèi)一氧化碳?xì)怏w濃度的識(shí)別。對(duì)此，我們團(tuán)隊(duì)利用打火機(jī)來釋放一氧化碳，用一氧化碳測試筆來測定此時(shí)一氧化碳的含量來證明，當(dāng)車內(nèi)CO氣體含量大于100ppm時(shí)，此裝置報(bào)警。當(dāng)氣體含量大于130ppm時(shí)，給第一人發(fā)消息并打電話。當(dāng)氣體含量大于160ppm時(shí)，給第一人和第二人都發(fā)消息，并給第二人打電話。

3 項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)和發(fā)展前景

我們的產(chǎn)品與以往產(chǎn)品不同的是，它是由多個(gè)感應(yīng)器組裝而成，功能具有多樣化，從溫度，一氧化碳含量等多個(gè)方面來保證車內(nèi)兒童的安全。并且它的使用方法非常簡單，利用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)報(bào)警設(shè)備，在該產(chǎn)品內(nèi)放入兩部手機(jī)的移動(dòng)4G電話卡，以此讓該裝置關(guān)聯(lián)兩部手機(jī)，之后利用該裝置便可達(dá)到解救車內(nèi)滯留兒童的問題。

隨著人們經(jīng)濟(jì)收入的不斷提高，汽車保有量越來越大，由汽車引起的安全事故也隨之而來，也越來越引起人們的重視。我們的產(chǎn)品使互聯(lián)網(wǎng)+安全+車輛達(dá)到非常好的統(tǒng)一效果。所以，我相信我們的產(chǎn)品未來發(fā)展是很可觀的。

4 結(jié)束語

本產(chǎn)品是一項(xiàng)車輛生命監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)，由紅外人體感應(yīng)模塊，有毒氣體感應(yīng)器，溫度傳感器，移動(dòng)4G模塊和北斗導(dǎo)航模塊五部分構(gòu)成，打破了以往產(chǎn)品過于單一化的特點(diǎn)?？赏ㄟ^檢測車內(nèi)溫度的變化、一氧化碳濃度、人離開車內(nèi)時(shí)間的方式來保護(hù)車內(nèi)兒童的安全。

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