太陽能車載智能報警系統(tǒng)設(shè)計

張麗萍，朱堯富

(臺州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電工程學(xué)院，浙江 臺州 318000)

0 引 言

現(xiàn)代電子技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，為人們的生活帶來更多便利。當(dāng)前，隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的推進，電子技術(shù)進入智能化時代，電子產(chǎn)品對人們生產(chǎn)生活的影響越來越大。報警器就是人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷碾娮赢a(chǎn)品之一，市場上的煙霧報警器和火災(zāi)報警器等現(xiàn)已日漸完善和成熟[1-3]。針對汽車消費群體的報警系統(tǒng)也不斷受到關(guān)注和重視[4-6]。

據(jù)國家統(tǒng)計局發(fā)布2019年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報數(shù)據(jù)顯示，2019年末全國民用汽車保有量26 150萬輛，比上年末增加2 122萬輛，其中私人汽車保有量22 635萬輛，增加1 905萬輛，中國汽車市場具有較大的發(fā)展空間和潛力。汽車消費需求依然旺盛的同時，隨著全面二孩政策的實施，至2019年中國0～3歲嬰幼兒群體預(yù)計超過5 000萬名，兒童乘車安全問題受到社會和家庭廣泛關(guān)注。據(jù)統(tǒng)計，中國每年有超過1萬余名14歲以下的兒童死于交通安全事故，其死亡率高居世界第一位，對于這些孩子來說，除去車禍外，車內(nèi)中暑已經(jīng)成為車輛相關(guān)死亡事件的第二位。

本文針對孩子被困車內(nèi)無法自救這一問題，設(shè)計一個基于溫度和人體檢測的報警系統(tǒng)，以單片機為主控芯片，結(jié)合GSM無線移動通信和電子技術(shù)，實時監(jiān)測車內(nèi)的狀態(tài)，車主可通過手機掌控車內(nèi)的情況，接收報警短信[7]，不需要復(fù)雜操作，安裝方便，小巧美觀，作為汽車配件能隨時守護車輛與人員安全。

1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)組成如圖1所示，由太陽能電源模塊、汽車狀態(tài)檢測、紅外探測器、溫度檢測電路、主處理模塊、報警電路以及其他接口構(gòu)成。

圖1 智能車載報警系統(tǒng)組成框圖

系統(tǒng)同時檢測車內(nèi)人員情況和溫度值，發(fā)現(xiàn)車內(nèi)有人或車內(nèi)溫度超過設(shè)定值，系統(tǒng)向車主手機發(fā)送報警短信，以便車主及時處理，同時系統(tǒng)直接發(fā)出聲光報警信號通知車外人員，防止兒童長時間滯留車內(nèi)無人知曉。

2 硬件設(shè)計

2.1 檢測控制電路

主控芯片單片機采用STC89C52RC，該單片機功耗低、成本低和接口豐富，可滿足設(shè)計要求，最小系統(tǒng)由電源電路、時鐘電路和復(fù)位電路構(gòu)成[8-9]。溫度檢測模塊采用改進型智能溫度傳感器DS18B20作為檢測元件，比傳統(tǒng)的溫度計減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點，經(jīng)過單線接口送入單片機[10-11]。人體檢測模塊采用基于紅外線技術(shù)的自動控制模塊HC-SR501，人進入自動感應(yīng)區(qū)域范圍時，輸出高電平；人離開感應(yīng)范圍則自動延時關(guān)閉高電平，輸出低電平，輸出信號一般是3.3 V～0 V電平，和單片機相連時需要進行電平轉(zhuǎn)換，檢測元件與單片機連接原理圖如圖2所示。

圖2 檢測控制電路原理圖

2.2 電源模塊

系統(tǒng)電源模塊由太陽能板、鋰電池和穩(wěn)壓電路組成，電路如圖3所示。選用聚合物鋰電池供電，體積小且安全性高，本文利用太陽能板將光能轉(zhuǎn)化為電能，為鋰電池充電[12]。太陽能板選用6 V 1 W的單晶太陽能板，單晶太陽能板光電轉(zhuǎn)換效率最高，堅固耐用，使用壽命一般可達15年。

圖3 電源模塊電路原理圖

2.3 通信模塊

通信模塊選用高性能工業(yè)級GSM/GPRS模塊SIM800，以GSM模塊和單片機為核心，利用GSM短信息系統(tǒng)的通信平臺，通過串口與單片機進行通信，控制手機收發(fā)短信[13-15]?；贕SM的短信息服務(wù)，是目前基于時分多址技術(shù)的移動通信體制中比較成熟、完善和應(yīng)用最廣泛的一種系統(tǒng)，也是我國公眾移動通信網(wǎng)的主要方式。

SIM800模塊通過AT命令設(shè)置工作模式等，連接電路如圖4所示，系統(tǒng)+ 5V電源經(jīng)過二極管降壓為4.3 V作為模塊供電電壓，電容起到穩(wěn)壓濾波的作用，與單片機的串口通信就是將單片機串口的RXD、TXD分別接到SIM800的RXD、TDX端。

圖4 GSM模塊連接原理圖

3 軟件設(shè)計

本次系統(tǒng)軟件設(shè)計主要以C語言編程完成[16]，主程序流程如圖5所示。單片機上電初始化，液晶屏顯示“TZVTC”“SIM Initialize!”，初始化完成，讀取并顯示當(dāng)前溫度值，按鍵掃描程序設(shè)置報警溫度上下限值，檢測程序檢測傳感器信號是否異常，根據(jù)需要發(fā)出報警信號。用GSM短信息系統(tǒng)進行無線通信具有雙向數(shù)據(jù)傳輸功能，用指定電話打入，程序判斷是否為車主注冊號碼:是,則掛機和結(jié)束報警;否,則直接掛機。

圖5 主程序流程圖

4 系統(tǒng)調(diào)試

軟硬件設(shè)計完成，可利用Proteus軟件實現(xiàn)單片機仿真模擬，仿真結(jié)果如圖6所示。系統(tǒng)開始仿真后，LCD1602顯示屏上顯示當(dāng)前測量溫度值NOW Wd和設(shè)定的報警溫度值SET Wd，并在第一行溫度值后顯示是否有人信息，“NOTE”表示紅外人體檢測有人報警，顯示屏仿真如圖6(a)所示，當(dāng)紅外人體檢測無人時顯示屏相應(yīng)位置將顯示“OK”字符。報警電路仿真如圖6(b)所示，單片機P1.3作為控制信號，當(dāng)紅外人體檢測到有人時P1.3為高電平，LED燈亮并伴隨蜂鳴器發(fā)聲報警，檢測無人時P1.3為低電平不報警，當(dāng)測量溫度高于設(shè)定值，同樣發(fā)出聲光報警。

圖6 Proteus仿真結(jié)果

設(shè)計實物如圖7所示，SIM800模塊內(nèi)插入SIM卡，該SIM卡可向車主電話發(fā)送報警短信，車主電話也可通過撥打該SIM卡號結(jié)束報警獲取車內(nèi)溫度值。短信發(fā)送不受距離限制，提醒車主車內(nèi)溫度和人員情況。GSM模塊的短信模式有2種：第1種是TEXT模式，第2種是PDU模式。PDU模式可以采用unicode編碼發(fā)送英文、漢字，但合成PDU碼比較復(fù)雜，而TEXT模式只能發(fā)送英文，但無須編碼，本設(shè)計采用TEXT模式。車主手機收到報警短信和獲取車內(nèi)溫度內(nèi)容如圖8所示。

圖7 實物圖 圖8 車主手機接收信息

5 結(jié)束語

本文基于市場痛點研發(fā)了一款電子產(chǎn)品，作為汽車配件產(chǎn)品，便宜實用是它的主要特點。設(shè)計選用低成本高性能的元件模塊，鋰電池供電，不需要另外接車內(nèi)電源。鋰電池充電可用太陽能板，正常情況下也不需要用戶頻繁更換電池，而且安裝方便，不需要外部接線，無安裝條件限制，可以在新車安裝，也可以在已使用的汽車上安裝，不改動車輛其他裝置，沒有改裝后遺癥。不僅可以作為車內(nèi)兒童安全報警器，還可以作為汽車安全報警器，對人身和車輛安全都有重要的意義。