保護(hù)人體生命安全的車載式遠(yuǎn)程智能警報(bào)器研究

李沖沖 馬曉錄 熊彥昭

（河南工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，河南 鄭州 450000）

保護(hù)人體生命安全的車載式遠(yuǎn)程智能警報(bào)器研究

李沖沖 馬曉錄 熊彥昭

（河南工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，河南 鄭州 450000）

本文基于保護(hù)人體生命安全的目的，開發(fā)一種車載式遠(yuǎn)程智能警報(bào)器。該警報(bào)器以單片機(jī)為控制核心，結(jié)合C語(yǔ)言編程，實(shí)現(xiàn)主控端與各個(gè)元器件的相互通信并協(xié)調(diào)工作。具體思路是通過溫度傳感器和CO濃度傳感器對(duì)車內(nèi)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)和信息的采集，然后將信號(hào)反饋到單片機(jī)，當(dāng)接收到的數(shù)據(jù)超過預(yù)設(shè)數(shù)值，報(bào)警電路會(huì)發(fā)出警報(bào)，同時(shí)GSM模塊會(huì)向用戶發(fā)送短信息和撥打電話，及時(shí)通知用戶采取措施，營(yíng)救誤鎖在車內(nèi)的小孩或?qū)櫸?，避免悲劇發(fā)生。警報(bào)解除后，可手動(dòng)對(duì)本裝置進(jìn)行恢復(fù)。增加人體紅外傳感器，車廂內(nèi)沒有人或者寵物時(shí)，報(bào)警器不工作。

警報(bào)器；單片機(jī)；傳感器；GSM模塊

目前，隨著科技進(jìn)步和人民生活水平的提高，機(jī)動(dòng)車成為了必不可少的交通工具。然而，許多人不注意把小孩留在車內(nèi)，因?yàn)椴煌L(fēng)和氧氣含量不足等原因，導(dǎo)致車內(nèi)溫度升高，CO含量升高，會(huì)嚴(yán)重威脅車內(nèi)兒童的生命安全，最終導(dǎo)致悲劇的發(fā)生。每年這種事件數(shù)不勝數(shù)，無(wú)數(shù)家庭會(huì)因?yàn)檫@樣的小失誤失去自己的親人，從而導(dǎo)致家庭悲劇頻生。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，市場(chǎng)上現(xiàn)有的車載警報(bào)器大多功能和用途比較單一，大部分都只是考慮汽車防盜和汽車定位方面的功能，幾乎沒有考慮到車內(nèi)乘員安全問題。現(xiàn)有的車載防盜警報(bào)系統(tǒng)只包括3個(gè)部分電路，即震動(dòng)檢測(cè)電路、單片機(jī)控制電路和報(bào)警電路。當(dāng)有振動(dòng)時(shí)，檢測(cè)電路產(chǎn)生數(shù)字脈沖信號(hào)，傳送給單片機(jī)控制電路，單片機(jī)接收到信號(hào)，通過編好的程序處理和控制報(bào)警電路，接收到低電平，報(bào)警電路保持關(guān)閉狀態(tài)，接收到脈沖信號(hào)時(shí)開啟報(bào)警器，發(fā)出光和聲音兩種警報(bào)；另外一種是車載定位警報(bào)器，通過手機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸信息，結(jié)合全球定位，進(jìn)行手機(jī)與汽車的智能聯(lián)動(dòng)報(bào)警。這是目前市場(chǎng)上比較普遍的車載警報(bào)器。但是，他們沒有考慮到在車內(nèi)乘員的安全問題。一旦車內(nèi)乘員行動(dòng)能力不便，長(zhǎng)期被困在密閉的車內(nèi)，導(dǎo)致車內(nèi)溫度升高和缺氧，從而容易發(fā)生意外。因此，充分考慮到行動(dòng)能力不便而被放在車內(nèi)的乘員的問題，從車內(nèi)空氣溫度、車內(nèi)含氧量方面考慮，設(shè)計(jì)一種保護(hù)車內(nèi)乘員生命安全的車載式智能警報(bào)器，通過這種警報(bào)器可以大大降低車內(nèi)人員發(fā)生危險(xiǎn)的概率。

1 功能與結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的警報(bào)器主要實(shí)現(xiàn)以下功能：①利用人體紅外傳感器探測(cè)車廂內(nèi)是否存在生命體；②當(dāng)車內(nèi)存在生命體時(shí)，單片機(jī)會(huì)命令溫度傳感器和CO濃度傳感器進(jìn)行工作；③溫度傳感器和CO濃度傳感器測(cè)出來(lái)的數(shù)據(jù)在LCD顯示模塊上清晰可見；④一旦車廂內(nèi)的溫度和CO含量超出設(shè)定的數(shù)值，就會(huì)將信號(hào)反饋給單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理，單片機(jī)控制報(bào)警器發(fā)出報(bào)警聲；⑤當(dāng)警報(bào)器發(fā)出報(bào)警聲后，通過GSM模塊撥打系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定的電話號(hào)碼，向用戶報(bào)告警情；⑥行列式鍵盤可以實(shí)現(xiàn)向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)，傳達(dá)命令的功能，是人工干預(yù)的重要手段；⑦警報(bào)解除后，可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位的功能。

2 總體設(shè)計(jì)思路

綜合本警報(bào)器的實(shí)現(xiàn)功能和實(shí)際用途，本警報(bào)器的控制核心采用單片機(jī)，配備有手動(dòng)復(fù)位裝置、看門狗電路、溫度傳感器、氣體濃度傳感器、人體紅外探測(cè)器、GSM模塊、三極管、LCD顯示器和行列式鍵盤等。

人體紅外探測(cè)模塊采集到信號(hào)后，通過無(wú)線收發(fā)模塊把信號(hào)送給單片機(jī)，單片機(jī)接收到信號(hào)以后開始進(jìn)行處理，如果確認(rèn)有車廂內(nèi)有生命體存在，則通過單片機(jī)給溫度傳感器和CO濃度傳感器發(fā)出工作信號(hào)，開始進(jìn)行工作，車廂內(nèi)的溫度和CO含量清晰顯示在LCD顯示模塊上，超出設(shè)定的數(shù)值時(shí)，警報(bào)器的報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)警聲音，同時(shí)GSM模塊撥打系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定的電話號(hào)碼，向用戶發(fā)送短信和撥打電話。警報(bào)接觸后，可手動(dòng)關(guān)閉開關(guān)，繼續(xù)對(duì)車內(nèi)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 主控單元設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的控制核心是單片機(jī)［1，2］，在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。,可以通過編程來(lái)控制人體紅外傳感器、溫度傳感器和CO濃度傳感器的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，并通過控制LCD顯示模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。該程序主要采取循環(huán)的方式，不斷對(duì)車廂內(nèi)的溫度和CO濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。工作過程為上電，單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)會(huì)對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行控制且初始化。傳感器自動(dòng)采集周圍溫度數(shù)據(jù)和CO濃度數(shù)據(jù)，最后將數(shù)據(jù)通過單片機(jī)在顯示模塊上顯示出來(lái)。

3.2 檢測(cè)單元設(shè)計(jì)

3.2.1 人體紅外傳感器。采用傳感器為主動(dòng)式紅外傳感器，車廂內(nèi)有乘員時(shí)，紅外線經(jīng)人體反射，被紅外接收處理電路接收處理，輸出高電平；當(dāng)車廂內(nèi)無(wú)人時(shí)，紅外接收處理電路保持低電平［3-6］。紅外感應(yīng)的范圍為約1.5m，完全能夠滿足家庭用車的車廂內(nèi)放置此傳感器。

3.2.2 溫度傳感器。溫度傳感器選擇DS18B20傳感器［7，8］，優(yōu)點(diǎn)是：此傳感器適用于多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)，占用端口較少，可節(jié)省大量引線和邏輯電路，使測(cè)溫裝置與各傳感器的接口變得簡(jiǎn)單，由于成本低、體積小、可靠性高等特點(diǎn)，能較好地解決傳統(tǒng)測(cè)溫裝置普遍存在的易受干擾、攜帶不便、易損壞等問題，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中的各種溫度監(jiān)控。

3.2.3 CO濃度傳感器。采用的是MQ-7的CO濃度傳感器［9，10］，當(dāng)CO氣體在內(nèi)部半導(dǎo)體表面吸附后，會(huì)引起電學(xué)特性的變化，導(dǎo)致阻抗相應(yīng)的發(fā)生變化，產(chǎn)生不同的模擬電壓信號(hào)，采用并行的8位A/D轉(zhuǎn)換器，將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，之后傳送到單片機(jī)上。

3.3 報(bào)警單元設(shè)計(jì)

報(bào)警電路由報(bào)警裝置和三極管兩部分組成，當(dāng)有電流通過時(shí)，從VCC到蜂鳴器到集電極也會(huì)有電流通過，這樣會(huì)讓SP1報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)警聲音，如果來(lái)自單片機(jī)外接端的信號(hào)使三極管基極和發(fā)射極沒有導(dǎo)通，則無(wú)電流通過，SP1不發(fā)聲音。

3.4 顯示電路設(shè)計(jì)

采用的顯示電路是LCD12864液晶顯示器［11］，可以通過程序控制128×64個(gè)點(diǎn)中的任一個(gè)點(diǎn)顯示或不顯示。由于液晶體積小，功耗低，操作簡(jiǎn)單，而且12864液晶串行接口與并行接口共用，所以可以很好地顯示出車廂內(nèi)溫度數(shù)值和CO濃度數(shù)值。

3.5 鍵盤控制電路設(shè)計(jì)

使用鍵盤主要功能是向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)、傳達(dá)命令，是人工干預(yù)的重要手段。人們需要的是鍵數(shù)較多的場(chǎng)合，由于行列式鍵盤可以節(jié)省下許多I/O口，所以選擇行列式鍵盤。行列式鍵盤工作方式是先由列線發(fā)送掃描字，后讀取行線狀態(tài)，查看是否有按鍵被按下。鍵盤提供掃描，能對(duì)鍵盤進(jìn)行不間斷的掃描、自動(dòng)識(shí)別按下的鍵，并給出編碼，能對(duì)多個(gè)鍵同時(shí)按下的情況實(shí)行保護(hù)。

3.6 GSM模塊的設(shè)計(jì)

GSM在通訊行業(yè)中是一種比較成熟完善的系統(tǒng)，我國(guó)應(yīng)用范圍極廣。GSM模塊標(biāo)準(zhǔn)串行接口［12，13］與單片機(jī)系統(tǒng)通過串口連接，GSM模塊的外接引腳經(jīng)過變換放大與單片機(jī)串行通信口連接，進(jìn)行通信和控制。

由于GSM技術(shù)的飛速發(fā)展，為數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸［14-16］提供了更多的幫助。利用無(wú)線通訊技術(shù)可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控［17］，又由于其覆蓋范圍廣、能耗低的特點(diǎn)，GSM模塊與單片機(jī)相結(jié)合，可以使無(wú)線數(shù)據(jù)采集和傳輸技術(shù)運(yùn)用于很多行業(yè)。

4 控制軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 主程序設(shè)計(jì)

所有元器件都連接在一塊電路板上，電路板置于車內(nèi)，直接與空氣接觸，通過數(shù)據(jù)線與車內(nèi)電源連接，提前通過單片機(jī)編譯好溫度臨界數(shù)值和氣體濃度臨界數(shù)值。先通過紅外線探頭探測(cè)車內(nèi)是否有生命體存在，探測(cè)出不存在生命體，則GSM模塊、溫度探測(cè)器、氣體濃度探測(cè)器不進(jìn)行工作，否則就開始工作。紅外線探測(cè)器檢測(cè)出車內(nèi)有生命時(shí)，溫度傳感器和氣體濃度傳感器開始工作，溫度傳感器感應(yīng)出車內(nèi)溫度通過電信號(hào)傳給單片機(jī)，單片機(jī)通過編譯，把信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)傳給LCD顯示屏，上面能夠準(zhǔn)確地顯示出車內(nèi)當(dāng)時(shí)的溫度度數(shù)，超過設(shè)置的數(shù)值，溫度傳感器將信號(hào)傳給單片機(jī)，單片機(jī)通過編譯，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)通過三極管的放大作用傳給報(bào)警器，然后報(bào)警器發(fā)出報(bào)警聲。氣體濃度傳感器的應(yīng)用效果與溫度傳感器一樣。主程序的設(shè)計(jì)是系統(tǒng)工作穩(wěn)定的關(guān)鍵，總體設(shè)計(jì)思路控制核心，對(duì)各個(gè)電路模塊進(jìn)行中斷和初始化；然后有單片機(jī)控制，允許各個(gè)元器件按照既定程序進(jìn)行工作。

4.2 GSM模塊

GSM模塊通過串口利用AT指令控制模塊實(shí)現(xiàn)初始化［18］，然后GSM模塊開機(jī)和復(fù)位。發(fā)送“AT”監(jiān)測(cè)通信是否正常，然后保存書記初始化完成，開始進(jìn)行工作。由于發(fā)送的指令可能不會(huì)一次成功，需要通過多次發(fā)送進(jìn)行調(diào)試，以避免在使用的過程中發(fā)生故障。

其他部分不再一一介紹。

5 結(jié)語(yǔ)

目前，私家車已成為現(xiàn)代家庭必不可少的出行工具，每年我國(guó)新增機(jī)動(dòng)車超過千萬(wàn)量，但是如何保護(hù)遺留在車內(nèi)的小孩或者寵物，是一個(gè)急需解決的現(xiàn)實(shí)問題。本警報(bào)器的設(shè)計(jì)主要是通過GSM模塊發(fā)送短信和撥打電話給司機(jī)，解決了一個(gè)當(dāng)車內(nèi)兒童因?yàn)檐噹麅?nèi)溫度、CO濃度太高而造成生命威脅的大難題。本設(shè)計(jì)目的明確，工藝簡(jiǎn)單，成本較低，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。相信隨著群眾安全意識(shí)的提高，車載智能報(bào)警器必將具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

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Research on Vehicle Mounted Remote Intelligent Alarm for Human Life Safety

Li ChongchongMa XiaoluXiong Yanzhao
（College of Mechanical and Electrical Engineering，Henan University of Technology，Zhengzhou Henan 450000）

Based on the purpose of protecting human life safety,this paper developed a vehicle-based remote intelligent alarm.The alarm is controlled by a single chip microcomputer,and it is programmed with C language to realize the mutual communication and coordination between the main control unit and each component.The specific idea is through the temperature sensor and CO concentration sensor to monitor the environment and information collection, and then the signal back to the micro-controller,when the

data exceeds the preset value,the alarm circuit will issue an alarm,while the GSM module will users send text messages and make phone calls,promptly notify the user to take measures to rescue the mistaken lock in the car children or pets,to avoid tragedy.After the alarm is released,the unit can be restored manually.Increase the body of infrared sensors,no one inside the car or pet,the alarm does not work.

alarm；single chip；sensor；GSM module

TP277

A

1003-5168（2017）05-0043-03

2017-04-21

河南省高等學(xué)校青年骨干教師培養(yǎng)計(jì)劃（2016GGJS-067）。

李沖沖（1991-），男，碩士在讀，研究方向：機(jī)械機(jī)電方面的研究。