基于ESP32的車載防遺忘兒童報(bào)警器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

胡智 周文

摘要：針對車載報(bào)警器領(lǐng)域，設(shè)計(jì)了一種基于ESP32的防遺忘兒童報(bào)警器。以ESP32為核心，利用人體紅外傳感器、薄膜壓力傳感器，判斷是否有兒童被遺忘在車內(nèi)，當(dāng)檢測到被遺忘的兒童時(shí)，ESP-32控制自帶攝像頭拍照，并通過GSM模塊向用戶手機(jī)APP推送告警信息和現(xiàn)場圖片，使其達(dá)到防遺忘兒童的報(bào)警作用。該系統(tǒng)成本低、可靠性高、操作簡單，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：ESP32，防遺忘兒童，車載報(bào)警，GSM

引言

隨著人們物質(zhì)生活水平提高，汽車普及率也逐漸增加，人們在享受使用汽車帶來便利的同時(shí)，也面臨著各種各樣的安全問題。近年來，媒體報(bào)道了多起兒童被鎖或被遺忘在車內(nèi)，從而導(dǎo)致兒童意外死亡的事件，讓人們感覺到觸目驚心。為防止遺忘兒童在車內(nèi)，有必要設(shè)計(jì)一種自動監(jiān)測報(bào)警裝置，起到預(yù)警提示作用。目前，市場上防遺忘兒童產(chǎn)品較少，其中Starfish智能傳感器較成熟[1]，通過安裝在兒童安全座椅上，起到自動監(jiān)測報(bào)警作用，但該產(chǎn)品存在一定局限性，對放置了雜物的兒童座椅會產(chǎn)生誤判。因此，本文設(shè)計(jì)的報(bào)警器，同時(shí)監(jiān)測人體紅外輻射和座椅壓力，當(dāng)兩個傳感器同時(shí)超過設(shè)定閾值，才會觸發(fā)報(bào)警機(jī)制，并通過攝像頭拍照，向用戶手機(jī)微信推送告警信息和車內(nèi)現(xiàn)場圖片，起到防遺忘兒童的作用。

1.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)原理框圖如圖1所示，整個系統(tǒng)以樂鑫公司生產(chǎn)的ESP32為核心，分為監(jiān)測部分、電源部分、報(bào)警部分。監(jiān)測部分通過安裝在主駕駛的薄膜壓力傳感器，判斷司機(jī)是否離座，當(dāng)司機(jī)離座后，啟動乘客座椅壓力傳感器和人體紅外傳感器，監(jiān)測是否有兒童被遺忘在車內(nèi)。電源部分采用太陽能電池板、充電電路和鋰電池為系統(tǒng)提供電能，避免從車載電瓶取電造成的漏電風(fēng)險(xiǎn)。報(bào)警部分分為網(wǎng)絡(luò)通信、云服務(wù)、客戶端三個部分，ESP32通過GSM模塊與云服務(wù)器建立TCP連接，當(dāng)發(fā)生告警時(shí)，利用MQTT協(xié)議向云服務(wù)推送信息，云服務(wù)收到設(shè)備側(cè)告警后，向用戶微信關(guān)注的公眾號推送信息，從而實(shí)現(xiàn)報(bào)警提醒功能。

2.具體實(shí)施方案

2.1系統(tǒng)核心

ESP32是樂鑫科技生產(chǎn)的，專為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景而設(shè)計(jì)的低功耗產(chǎn)品，其具有240Mhz主頻和，448KB的ROM，520KB的SRAM，性能強(qiáng)大，ESP32只需極少的外圍器件，即可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的處理性能、可靠的安全性能[2]。本設(shè)計(jì)中，使用的ESP32-CAM是一款基于ESP32芯片，具有攝像功能的微型模組，同時(shí)配備了OV2640 攝像頭、連接外設(shè)的GPIO，起到報(bào)警推送現(xiàn)場圖片的作用，幫助用戶二次確認(rèn)車內(nèi)兒童狀況。

2.2遺忘兒童監(jiān)測

被遺忘兒童一般處于運(yùn)動或者靜止（如睡眠）狀態(tài)，為準(zhǔn)確監(jiān)測車內(nèi)狀態(tài)，本系統(tǒng)在車內(nèi)5個座椅和對應(yīng)的地面安裝了FSR402薄膜壓力傳感器，在內(nèi)部車頂上安裝HC-SR05人體紅外感應(yīng)，當(dāng)監(jiān)測到主駕駛座椅無人時(shí)間超過1分鐘，系統(tǒng)通過其他薄膜傳感器和紅外傳感器監(jiān)測是否有觸發(fā)信號，只有二者同時(shí)觸發(fā)，才會發(fā)出報(bào)警指令，防止系統(tǒng)誤判。

2.3設(shè)備供電設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)基于馬斯電流曲線[3]，利用TP4056芯片設(shè)計(jì)了防過充、防過放的鋰電池充電電路，其電路如圖2所示。該電路充電電流可通過RPROG串聯(lián)的電阻改變，當(dāng)為10K時(shí)，充電電流典型值約為130mA。該電路檢測到電池電壓低于2.5V時(shí)，停止放電，并對電池預(yù)充電;當(dāng)電池電壓高于3V時(shí)，采取恒流充電;當(dāng)電池電壓超過4.2V相近時(shí)，自動停止充電，起到防止過充的作用。本電路中采用5.5V，1W的太陽能電池最為輸入元件，兩節(jié)18650電池作為儲能元件。

2.4微信報(bào)警設(shè)計(jì)

當(dāng)監(jiān)測到告警信號后，ESP32通過GSM模塊接入互聯(lián)網(wǎng)，MQTT通信在TCP連接成功之后開始執(zhí)行。設(shè)備連接MQTT服務(wù)器，并向訂閱的主題發(fā)送JSON數(shù)據(jù)包，服務(wù)器判斷收到告警信息后，通過公眾號向用戶綁定的微信推送告警信息[4]。MQTT數(shù)據(jù)發(fā)送接收流程如圖3所示。

3.系統(tǒng)模擬測試

系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，選取了一輛5座SUV汽車進(jìn)行測試。其中HC-SR05人體紅外感應(yīng)安裝在內(nèi)部車頂，F(xiàn)SR402薄膜壓力傳感器安裝在5個座椅和對應(yīng)地毯下。測試時(shí)將一名4歲的兒童留在車上，并告訴幼兒可以坐、躺、站在車內(nèi)不同位置[5]。通過100次測試發(fā)現(xiàn)，如果只用人體紅外感應(yīng)傳感器檢測遺忘幼兒，成功率只有 63% ，這主要是由于兒童可能靜止不動或者躺在座椅下方;只使用薄膜壓力傳感器，成功率只有56%，這主要是兒童可能踩在兩個傳感器之間，薄膜開關(guān)無法監(jiān)測到壓力;通過人體紅外感應(yīng)傳感器和多個薄膜壓力傳感器多次疊加判斷，則可以將成功率提高到95%，監(jiān)測效果顯著提升，達(dá)到實(shí)驗(yàn)測試預(yù)期。其微信報(bào)警界面如圖4所示。

4.結(jié)論

（1）針對兒童被遺忘在車內(nèi)而產(chǎn)生的安全問題，設(shè)計(jì)了一種車載裝置，通過薄膜壓力傳感器和人體紅外感應(yīng)傳感器，以監(jiān)測是否有兒童被遺忘在車內(nèi)。

（2）利用GSM模塊和云服務(wù)器，開發(fā)了具有監(jiān)測、報(bào)警、拍照功能的微信公眾號，用戶可以通過綁定微信，第一時(shí)間收到遺忘兒童告警信息，提升兒童乘車的安全性。

（3）所設(shè)計(jì)的報(bào)警裝置安裝在車內(nèi)，通過太陽能板給電池充電，可長期免維護(hù)使用，提升了該裝置的實(shí)用性和便捷性。

參考文獻(xiàn)

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[3]謝信奇，秦會斌.一種新型鋰電池充電技術(shù)[J].傳感器與微系統(tǒng)，2018，37（4）：73-76.

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