基于移動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)的車載生命檢測裝置

羅 盛，朱宗玖

（安徽理工大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院，安徽 淮南 232001）

0 引 言

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其原理

該系統(tǒng)主要由如下三部分構(gòu)成：

（1）第一部分是車內(nèi)生命體征信號的檢測，主要檢測車內(nèi)CO2含量的變化和溫度，生命體的呼吸作用會(huì)產(chǎn)生CO2，利用紅外線檢測技術(shù)檢測車內(nèi)溫度，將車內(nèi)檢測到的生命體征信號轉(zhuǎn)化為電信號，方便信號傳遞；

（2）第二部分是電信號的傳輸，同時(shí)也是該裝置的核心，使用現(xiàn)有成熟的移動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)傳輸電信號到手機(jī)終端或附近基站，可方便車主采取有效措施；

（3）第三部分是處理部分，分為蜂鳴器和后期處理設(shè)備，如蜂鳴器報(bào)警和信號接收單元反饋，后期也可添加自動(dòng)打開空調(diào)等功能。

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

生命體征檢測裝置要能夠準(zhǔn)確檢測車內(nèi)CO2濃度的變化及車內(nèi)溫度的變化。在炎熱的夏季，生命體在惡劣的環(huán)境下每多待一秒就多一分危險(xiǎn)，而且在相對密閉的空間，CO2濃度在1 000 ppm左右就會(huì)引起人體的不適反應(yīng)甚至危及生命，所以對檢測裝置的靈敏度有較高要求。通過實(shí)時(shí)檢測生命體呼出的CO2以及車內(nèi)溫度的變化，將生命體征信號轉(zhuǎn)化為電信號，進(jìn)行處理后將危險(xiǎn)信號傳遞出去。

圖1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖

2 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

硬件結(jié)構(gòu)主要包括CO2檢測與溫度檢測裝置、檢測控制模塊和移動(dòng)車載4G網(wǎng)絡(luò)。

2.1 CO2檢測與溫度檢測裝置

本文采用MH-Z16紅外CO2傳感器裝置。該裝置是一款適用性比較廣泛且規(guī)模較小的傳感器，利用非色散紅外（NDIR）原理對CO2濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，能靈敏地檢測生命體征信號；內(nèi)部安裝有溫度傳感器，能夠在車內(nèi)溫度發(fā)生變化時(shí)進(jìn)行溫度補(bǔ)償；具有數(shù)字輸出與模擬電壓輸出功能，方便使用。

2.2 檢測控制模塊

檢測控制模塊的主要作用是處理數(shù)據(jù)和控制信號，采用CC2530微處理器基本電路。CC2530是一款具有全面兼容8051單片機(jī)內(nèi)核的單片機(jī)，能夠很好地處理并傳遞電信號，包括晶振電路、電源電路、射頻輸出電路和輸入設(shè)備。CC2530是本文轉(zhuǎn)置中的重要部分，優(yōu)越的接收機(jī)使其可調(diào)節(jié)范圍及編程輸出功率；在接收、發(fā)射等多種低功耗模式下具有極低的電流耗損，能夠保證較長使用時(shí)間，且成本較低。

式中：x(t)為t時(shí)刻真實(shí)電力負(fù)荷值；y(t)為測量值；w(t)，v(t)為白噪聲干擾；Tx為負(fù)荷相關(guān)系數(shù)；c為測量值與真實(shí)值的相關(guān)系數(shù)，一般取0.95～1。

2.3 移動(dòng)車載4G網(wǎng)絡(luò)

為了保證信息的良好傳輸，需增加無線網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備。根據(jù)車內(nèi)情況，本文使用移動(dòng)車載4G網(wǎng)絡(luò)。檢測終端中的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)?G網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，通過移動(dòng)車載4G網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)杰囍骰蛘吒浇幕?。這種網(wǎng)絡(luò)方式相對簡單，而且現(xiàn)有的4G網(wǎng)絡(luò)比較成熟，相較于GPRS和3G網(wǎng)絡(luò)有了更大的進(jìn)步和發(fā)展，能夠更好地實(shí)現(xiàn)信號傳輸。

3 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

軟件是系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，其性能的好壞對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性起決定性作用。本文基于C語言進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

3.1 軟件結(jié)構(gòu)的功能分析

軟件操作流程如圖2所示，其功能主要包括以下幾點(diǎn)：

（1）實(shí)時(shí)檢測車內(nèi)CO2濃度的變化和溫度的變化，并將其轉(zhuǎn)化為電信號；

（2）將采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞給處理模塊；

（3）將要傳輸?shù)碾娦盘栆蕴囟ǖ牟ㄌ芈释ㄟ^傳輸口傳送到車載4G網(wǎng)絡(luò)通信模塊；

（4）利用移動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)將信號傳遞到附近基站或車主手機(jī)。

圖2 軟件操作流程

3.2 生命體信號轉(zhuǎn)化為電信號

在對車內(nèi)的CO2濃度和溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控后，必須將檢測到的CO2濃度和溫度信息以正確的程序轉(zhuǎn)化為電信號，方便信號傳輸。

4 結(jié) 語

本文設(shè)計(jì)的基于移動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)的生命檢測裝置以檢測CO2濃度和溫度變化為基礎(chǔ)，經(jīng)過移動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)的傳輸，將車內(nèi)的生命信息及時(shí)傳輸?shù)礁浇慕邮諉挝唬軌驅(qū)崟r(shí)、精確地監(jiān)測車內(nèi)信息，實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)報(bào)警，具有安全、耗資少及安裝維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，適合在車內(nèi)使用。

在考慮傳遞信號的同時(shí)，可利用一些設(shè)備短時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)車內(nèi)的空調(diào)或換氣設(shè)備，在一定程度上增加生命體的存活率。例如，在車頂安裝太陽能電池板提供車內(nèi)電源，保證短時(shí)間內(nèi)車內(nèi)空調(diào)的運(yùn)作等。