基于兒童安全座椅的智能防遺忘安全系統(tǒng)分析

張騁

（江蘇無錫車輛與機電產(chǎn)品檢測基地，江蘇 無錫 214000）

兒童安全座椅（Child Restraint System；CRS），也稱作兒童約束安全系統(tǒng)，能夠依據(jù)兒童不同年齡、體重等，為兒童定制并安置于車輛內(nèi)部一種安全座椅，為兒童乘車提供安全防護。但是，傳統(tǒng)模式的兒童安全座椅往往各項功能較為單一化，并不能夠滿足現(xiàn)實中各方面的需求，安全防護功能效果較為薄弱。在這一背景下，此行業(yè)領(lǐng)域急需研發(fā)出一種更具安全功能性、防遺忘智能安全系統(tǒng)，以便于防止車主將兒童遺忘在車中，更好為兒童提供安全防護。因此，對以兒童安全座椅為基礎(chǔ)的一種防遺忘智能安全系統(tǒng)開展深入研究，具有極大的現(xiàn)實意義及價值。

1 設(shè)計系統(tǒng)總框架

以兒童安全座椅為基礎(chǔ)的防遺忘智能安全系統(tǒng)，內(nèi)設(shè)防遺忘兒童功能模塊、檢測車內(nèi)的環(huán)境安全功能模塊、報警及救援功能模塊。此系統(tǒng)選用FDC2214 型號電容數(shù)字高分辨率轉(zhuǎn)換裝置，采集電容傳感裝置信號，借助微型處理裝置來對于FDC2214 型號電容數(shù)字高分辨率轉(zhuǎn)換裝置所采集信號實施微處理；采用二氧化碳、一氧化碳、溫度傳感裝置采集車內(nèi)部環(huán)境的信息數(shù)據(jù)，根據(jù)車輛內(nèi)部環(huán)境具體惡化程度，及時采取報警應(yīng)對措施。此系統(tǒng)設(shè)計框架即為：全球移動通信系統(tǒng)（GSM）→車主移動手機、STM32（微型控制裝置）處理信號→藍牙→啟停發(fā)動機→電壓傳感裝置（電池電量的變化）→二氧化碳、一氧化碳實際濃度變化的檢測→溫度及電容變化檢測。

2 設(shè)計系統(tǒng)硬件

2.1 檢測防遺忘模塊

檢測防遺忘模塊內(nèi)設(shè)藍牙收發(fā)、啟停發(fā)動機檢測、報警這三個子模塊。

藍牙發(fā)射連接著車載的點煙裝置，啟動發(fā)動機，車載點煙裝置會及時為藍牙的發(fā)射系統(tǒng)模塊供應(yīng)電能，每間隔30s進行一次與檢測活動跡象模塊通信；汽車熄火后，該藍牙發(fā)射子模塊會處于斷電狀態(tài)，兩者通訊失敗，以至于觸發(fā)到峰鳴裝置報警，該峰鳴裝置將會報警約1min 左右，以向車主提示應(yīng)當(dāng)將兒童抱離車中。

2.2 檢測活動跡象模塊

檢測活動跡象模塊，內(nèi)設(shè)檢測二氧化碳及一氧化碳子模塊、檢測溫度及電容模塊。檢測電容子模塊，使用芯片為TI公司所生產(chǎn)FDC2214 型號，此類型芯片有著較強的抗干擾性能、低功率、高分辨率等應(yīng)用優(yōu)勢。傳感裝置經(jīng)電路板檢測覆蓋銅區(qū)域及人體間所形成電容實際大小情況，確定人體距離電路板具體參數(shù)，此系統(tǒng)內(nèi)自制電容的檢測子模塊具體檢測面積極為120 m2，因此，傳感裝置高分辨率為28 位。經(jīng)實測后，人體距電路板20cm，此模塊能實現(xiàn)精準(zhǔn)化檢測。故此檢測電筒子模塊能夠可靠、穩(wěn)定系檢測出兒童的安全座椅具體乘坐情況；檢測啟停發(fā)動機子模塊，在車輛處熄火狀態(tài)，把二氧化碳的濃度實際變化量當(dāng)成車內(nèi)部空氣的指標(biāo)，經(jīng)車內(nèi)部二氧化碳實際濃度檢測，便可對車輛內(nèi)部環(huán)境實況做好精準(zhǔn)檢測，如果控制裝置已檢測出兒童的安全座椅內(nèi)坐著兒童，車內(nèi)部二氧化碳已超出額定濃度參數(shù)值，則會迅速觸發(fā)到報警系統(tǒng)；檢測溫度子模塊，可借助溫度傳感裝置對車內(nèi)部環(huán)境的溫度狀況實施判斷，過高溫度狀態(tài)下，報警會被及時觸發(fā)。夏季，外部溫度35℃，經(jīng)15min 陽光照射,封閉車廂內(nèi)氣溫升到65℃，處于此環(huán)境條件下0.5h 必會失去生命體征。即使溫度環(huán)境為21℃，經(jīng)陽光直射，在1h 后車內(nèi)的溫度也將高達47℃，而因兒童年齡尚小，體溫自行調(diào)節(jié)機制處于為完全發(fā)育狀態(tài)，較弱的體溫自行調(diào)節(jié)機能，會促使兒童在車內(nèi)發(fā)生窒息的可能性較大。因夏季多數(shù)車主均會在車輛發(fā)動機處于怠速狀態(tài)將車內(nèi)空調(diào)啟動，如果車輛?？坑诿芊猸h(huán)境中，尾氣中的一氧化碳會進至車內(nèi)引發(fā)兒童一氧化碳中毒癥狀出現(xiàn)。因此，檢測啟停發(fā)動機子功能模塊，它可對車輛內(nèi)部發(fā)動機轉(zhuǎn)實際所處狀態(tài)及兒童是否已經(jīng)被抱走實施精準(zhǔn)化檢測，車輛內(nèi)部一氧化碳實際濃度屬于車輛內(nèi)部的空氣質(zhì)量重要衡量標(biāo)準(zhǔn)。如果控制裝置檢測到車輛內(nèi)部一氧化碳實際濃度已超額定參數(shù)值，則會及時觸發(fā)報警系統(tǒng)。

2.3 全球移動通信系統(tǒng)（GSM）安全報警模塊

GSM 安全報警模塊，主要是以全球移動通信系統(tǒng)（GSM）為基礎(chǔ)一個通信報警子模塊，可及時提醒車主在車輛內(nèi)部兒童極易可能存在著危險狀況。在車輛內(nèi)部環(huán)境已達臨界點，會及時觸發(fā)一級短信形式報警，該系統(tǒng)會每間隔一定時間，以短信息的形式來提醒車主。如果車輛內(nèi)部環(huán)境已持續(xù)惡化，但并未處極限狀態(tài)，則第二級的電話報警將會被觸發(fā)。

3 設(shè)計軟件主程序

如圖1 所示，為所設(shè)計的系統(tǒng)程序基本流程。系統(tǒng)內(nèi)部檢測電容子模塊如果檢測到車輛內(nèi)部兒童安全座椅中，在車輛處于啟動狀態(tài)至熄火狀態(tài)所需時間達1min，則該時刻蜂鳴器應(yīng)響應(yīng)1min，用來提醒車主將兒童從車中抱走。如果車主并未將兒童抱走，則檢測車輛內(nèi)部溫度及二氧化碳實際情況，若檢測到車內(nèi)二氧化碳實際濃度超過1000ppm，溫度超過33℃，便會及時觸發(fā)系統(tǒng)內(nèi)部一級報警，向車主的移動手機內(nèi)部發(fā)送相應(yīng)報警信息。若車輛內(nèi)部環(huán)境處于持續(xù)惡化狀態(tài)，已測得車輛內(nèi)部二氧化碳實際濃度已超1500ppm，溫度超過36℃，二級報警會被觸發(fā)，系統(tǒng)會及時撥打車主的電話以示警告。因檢測車輛啟停發(fā)動機子模塊，經(jīng)點煙裝置狀態(tài)檢測，以判斷車輛發(fā)動機具有啟停狀態(tài)，并不能夠檢測到發(fā)動機可處怠速的狀態(tài)。故如果車輛發(fā)動，兒童坐在安全座椅上，一氧化碳的傳感裝置處于間歇運行狀態(tài)。一氧化碳實際濃度超50ppm，一級報警觸發(fā)，發(fā)動報警短信；一氧化碳實際濃度超200ppm，二級報警觸發(fā)，撥打車主電話發(fā)出警報。

4 系統(tǒng)運行測試及實現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)運行IIR 濾波測試及實現(xiàn)

電容傳感裝置檢測到了原始信號，通過IIR 濾波裝置處理數(shù)據(jù)，經(jīng)比較分析了解到，與原始數(shù)據(jù)相比，經(jīng)濾波處理過后數(shù)據(jù)平滑度突出，抗干擾能力較強，系統(tǒng)的安全性能極高，能夠及時、精準(zhǔn)地檢測到車輛內(nèi)部溫度環(huán)境狀況及是否存在著兒童。

4.2 系統(tǒng)運行積分微分計算測試及實現(xiàn)

如圖2、圖3 所示，為微分前后數(shù)據(jù)對比圖。從圖2、圖3 兩圖中即可了解到，經(jīng)系統(tǒng)運行積分微分計算測試后表明，積分處理后數(shù)據(jù)能夠與原始的信號處于相互匹配狀態(tài)，表明該以兒童安全座椅為基礎(chǔ)的防遺忘智能安全系統(tǒng)所檢測到信號及信息數(shù)據(jù)的可靠性、真實性，以兒童安全座椅為基礎(chǔ)的防遺忘智能安全系統(tǒng)處于可靠性運行狀態(tài)，各項功能可確保實現(xiàn)充分發(fā)揮。

圖1 設(shè)計系統(tǒng)程序基本流程示意圖

圖2 微分前期信號曲線圖

圖3 微分后期信號曲線圖

5 結(jié)語

綜上所述，本文主要提出了以兒童安全座椅為基礎(chǔ)的電容傳感裝置防遺忘智能安全系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)設(shè)計及其實現(xiàn)，不僅能夠?qū)崟r化地檢測到車輛內(nèi)部溫度環(huán)境狀況（如環(huán)境溫度、一氧化碳及二氧化碳實際濃度）、是否存在著兒童，而且還能夠及時觸發(fā)報警系統(tǒng)模塊，通過一級及二級報警形式提醒車主在車內(nèi)可能存在著兒童，而且兒童所處危險境地等，能夠提醒車主不要將兒童遺忘在車中，及時抱走兒童，防止意外發(fā)生，更好地維護兒童安全。經(jīng)系統(tǒng)運行測試及實際分析后，可基本上認定此系統(tǒng)的安全性及可靠性，各項功能均可實現(xiàn)充分發(fā)揮，為兒童安全提供保障。從總體上來說，以兒童安全座椅為基礎(chǔ)的電容傳感裝置防遺忘智能安全系統(tǒng)具有實踐應(yīng)用的可行性和有效性，值得在市面上進一步推廣及應(yīng)用。