紅外線車內(nèi)安全監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

楊喜蓮 商 杰 趙 健

（泰山學(xué)院<物理與電子工程學(xué)院>，山東 泰安 271000）

0 引言

近年來，隨著人們生活水平的進(jìn)一步提升，汽車在日常生活中的使用越來越普遍，隨之而來的是時常會發(fā)生一些車內(nèi)安全事故。比如，有些成年人粗心大意誤將自己的孩子或者寵物鎖在車?yán)?，或者是某些小孩子不懂事貪玩將自己反鎖于車中，如果家長未及時發(fā)現(xiàn)可能引發(fā)窒息死亡的慘案。

紅外線車內(nèi)安全監(jiān)測系統(tǒng)借助熱釋電傳感器來監(jiān)測車內(nèi)是否有兒童或者寵物被反鎖其中，如果有則發(fā)出警報，同時發(fā)送警示信息到駕駛員手機(jī)的安全監(jiān)測平臺軟件，通知駕駛員及時處理危險情況。系統(tǒng)再利用溫度傳感器和氣敏傳感器對車內(nèi)環(huán)境溫度和氧氣濃度狀況進(jìn)行檢測，當(dāng)有窒息危險時，駕駛員未及時趕到進(jìn)行處理，系統(tǒng)的車窗驅(qū)動器會適當(dāng)降低車窗來通風(fēng)，并啟動更高級別警報；在引發(fā)高級別警報后，系統(tǒng)會通過STM32F407單片機(jī)發(fā)出控制指令開啟指紋或密碼鎖來解鎖車門，以防駕駛員因鑰匙反鎖車內(nèi)無法打開車門。這樣可以防止意外的發(fā)生。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)由STM32F407單片機(jī)總體控制，各個模塊單獨(dú)工作，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件組成

紅外線車內(nèi)安全監(jiān)測系統(tǒng)由主控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、報警模塊、無線通信模塊、指紋解鎖以及車窗驅(qū)動模塊等組成。

圖1 整體結(jié)構(gòu)框圖

2.1 系統(tǒng)主控制模塊

系統(tǒng)主控制模塊采用STM32f407單片機(jī)。該單片機(jī)是意法半導(dǎo)體公司使用了ARM最新的Cortex M4內(nèi)核設(shè)計的高性能芯片，采用了三級流水線技術(shù)，工作頻率可以達(dá)到168MHz，芯片內(nèi)部資源豐富，具有定時器、串行接口、實(shí)時時鐘、AD轉(zhuǎn)換、DA轉(zhuǎn)換、GPIO、大容量的RAM和Flash存儲器，可以勝任高速精準(zhǔn)控制和大量運(yùn)算。

2.2 數(shù)據(jù)采集模塊

2.2.1 熱釋電傳感器

人體的體溫一般在37℃左右，會持續(xù)輻射出波長10微米左右的紅外線。熱釋電傳感器采用被動式紅外探頭探測人體發(fā)出的紅外線而進(jìn)行工作。人體發(fā)出的紅外線通過菲泥爾濾光透鏡增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源采用熱釋電元件，在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，經(jīng)過檢測電路處理后就能產(chǎn)生報警信號。熱釋電傳感器框圖如圖2所示。

圖2 熱釋電傳感器框圖

2.2.2 溫度傳感器

溫度傳感器用來檢測車內(nèi)溫度值，采用DS18b20芯片。該溫度傳感器芯片能夠檢測-55℃—+125℃溫度范圍，精度0.0625℃，轉(zhuǎn)換時間0.75 s，采用單總線數(shù)字化輸出，工作電壓寬泛，可以多點(diǎn)組網(wǎng)，方便使用且成本低，完全滿足車內(nèi)溫度檢測要求。

2.2.3 氣敏傳感器

氣敏傳感器用來檢測車內(nèi)氧氣濃度，采用深圳市新世聯(lián)科技有限公司的O2-A2氧氣傳感器。該傳感器測量氧氣濃度范圍（%）：0-30，工作壽命：>24達(dá)到初始信號的85%時的月數(shù)，尺寸：φ20.3 mm×16.8 mm，方便安裝在車內(nèi)。

2.3 無線通信模塊

系統(tǒng)的無線通信模塊選用具備GPRS功能的SIM300。SIM300模塊設(shè)計了三頻/四頻GSM/GPRS通信模式，可以通過GPRS無線方式傳輸數(shù)據(jù)。該模塊體積小、成本低、可以利用太陽能供電。利用該模塊將系統(tǒng)與智能手機(jī)無線連接，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急處理的同時向駕駛員發(fā)送信息，以便及時發(fā)現(xiàn)并處理可能的危險情況。

2.4 指紋解鎖模塊

指紋解鎖采用ZN-600半導(dǎo)體指紋模塊，該模塊集成了指紋識別傳感器和指紋算法芯片，接口簡單，干濕手指均能識別，成功率高性能穩(wěn)定可靠。模塊采用半雙工串行通信方式與單片機(jī)STM32f407通信，通信速度可達(dá)57 600 bps。模塊實(shí)物圖如圖3所示。

圖3 指紋識別

2.5 車窗驅(qū)動控制模塊

熱釋電傳感器在檢測到車內(nèi)有人或動物時，且溫度過高、氧氣不足的情況下，對車窗適當(dāng)降低。驅(qū)動電路如圖4所示。

圖4 車窗驅(qū)動控制電路圖

3 軟件設(shè)計

對于STM32系列單片機(jī)，可以使用的編程語言有匯編和C語言，匯編語言執(zhí)行效率高編寫難度大，適合于編寫啟動代碼；C語言比匯編語言執(zhí)行效率略低但編寫難度小，借助于意法半導(dǎo)體的STM32固件庫使得程序設(shè)計高效快捷。因此，系統(tǒng)程序設(shè)計采用了C語言。以分模塊方式，將各功能電路的軟件程序分開獨(dú)立編程、調(diào)試，通過各模塊的接口連接，實(shí)現(xiàn)設(shè)計功能。主要由主程序、讀取溫度子程序、讀取氧氣濃度子程序、熱釋電傳感器子程序、車窗升降驅(qū)動器子程序、指紋解鎖子程序以及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信子程序等部分組成。

4 結(jié)論

系統(tǒng)利用熱釋電傳感器對車內(nèi)安全監(jiān)控，采用STM32F407單片機(jī)進(jìn)行控制，在應(yīng)急情況下實(shí)現(xiàn)車窗自動下降，保護(hù)車內(nèi)人員安全，在此設(shè)計基礎(chǔ)上應(yīng)用無線通信技術(shù)增加遠(yuǎn)程報警功能，讓駕駛員實(shí)時監(jiān)控車內(nèi)安全狀況，提高安全系數(shù)。