基于校車生命監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通信方案研究與實(shí)現(xiàn)

金宇 魏欣欣 王婧

摘 要：據(jù)調(diào)查顯示，近年來(lái)隨著我國(guó)道路交通的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的繁榮，我國(guó)汽車保有量逐年增加，我國(guó)道路交通事故越來(lái)越多。其中，由于滯留車內(nèi)被遺忘致死的事件也越來(lái)越多，并且死亡人員多數(shù)是小孩。由此，引起社會(huì)大眾的廣泛關(guān)注。本團(tuán)隊(duì)由此研究設(shè)計(jì)了監(jiān)控車內(nèi)生命并及時(shí)報(bào)警的裝置——車輛生命監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)。該裝置在51單片機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)有溫度傳感器、CO感應(yīng)器、DS感應(yīng)器、人體紅外感應(yīng)器和北斗導(dǎo)航模塊及4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)車內(nèi)有人或車內(nèi)相關(guān)指標(biāo)過(guò)高時(shí)及時(shí)報(bào)警，與車內(nèi)人員對(duì)話，進(jìn)行定位并及時(shí)解救被困人員。

關(guān)鍵詞：交通 車輛 監(jiān)控報(bào)警

中圖分類號(hào)：G647.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）09（a）-0084-02

1 研究背景

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)汽車保有量逐漸增多，出于便捷和舒適的考慮，越來(lái)越多的人出行選擇乘坐小汽車。由于我國(guó)教育體制的改革與完善，學(xué)校校車接送孩子上下學(xué)逐漸興起。近年來(lái)，滯留車內(nèi)導(dǎo)致死亡的案例屢屢發(fā)生，如海南省車輛內(nèi)被遺忘男童悶死事故，且死亡的大多是兒童，這些事件引起人民大眾的普遍關(guān)注。究其原因，還是由于車內(nèi)沒(méi)有合適的報(bào)警和通信裝置，使得人員得不到及時(shí)解救。一直以來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)此都有研究，在溫度傳感器、CO傳感器方面，不僅有一系列研究成果，而且類似產(chǎn)品也可以在許多購(gòu)物軟件上買到。但是，這類產(chǎn)品功能單一，價(jià)格昂貴，不能解決大多數(shù)人的需求。因而，我們從源頭出發(fā)，設(shè)計(jì)了車輛生命報(bào)警系統(tǒng)裝置。

2 基本原理

2.1 51單片機(jī)工作原理

校車生命監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)是在51單片機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的。51單片機(jī)是單片機(jī)的一種，是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，因此它又稱為單片微控制器，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

單片機(jī)主要由運(yùn)算器、控制器和寄存器三大部分構(gòu)成。其中，運(yùn)算器由算術(shù)邏輯單元（ALU）、累加器、寄存器等構(gòu)成。在微處理器內(nèi)部運(yùn)算器、控制器、寄存器之間是相互連接的，由控制器向各部分發(fā)布操作命令，運(yùn)算器接到命令后進(jìn)行相應(yīng)運(yùn)算，并將運(yùn)算后結(jié)果存入相應(yīng)的寄存器中。

2.2 車輛生命監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)工作原理

車輛生命監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)由溫度傳感器、CO感應(yīng)器、人體感應(yīng)模塊、云芯片、AD芯片、北斗導(dǎo)航模塊和移動(dòng)4G模塊。我們的裝置主要檢測(cè)車內(nèi)有毒氣體的濃度、溫度和人離開(kāi)車后是否有滯留3個(gè)指標(biāo)。該裝置的人體感應(yīng)模塊主要檢測(cè)車內(nèi)是否有人，通過(guò)檢測(cè)人體紅外線發(fā)揮作用。當(dāng)在感應(yīng)范圍內(nèi)有人時(shí)，紅外光譜會(huì)發(fā)生變化，從而報(bào)警。且裝置內(nèi)放有移動(dòng)4G卡，裝置可以及時(shí)地給綁定的兩個(gè)聯(lián)系人發(fā)短信并打電話。

裝置的CO感應(yīng)器只要檢測(cè)車內(nèi)的CO濃度。當(dāng)車內(nèi)CO濃度分別大于100ppm、130ppm和160ppm時(shí)，裝置分別報(bào)警，給第一個(gè)人發(fā)信息并打電話，給第一、二個(gè)人同時(shí)發(fā)信息并給第二個(gè)人打電話。

裝置的溫度傳感器主要檢測(cè)車內(nèi)溫度。根據(jù)通用汽車和全球兒童安全網(wǎng)絡(luò)的調(diào)查研究，在室外的汽車，即使沐浴在光線不強(qiáng)的太陽(yáng)下，其內(nèi)外溫差也常高達(dá)7℃～10℃。同時(shí)在汽車門窗關(guān)閉的情況下，大約10min，車內(nèi)溫度便急速上升6℃～7℃，這對(duì)嬰幼兒來(lái)說(shuō)是非常危險(xiǎn)的。而本裝置在車內(nèi)溫度大于30℃時(shí)自行報(bào)警，車內(nèi)溫度大于35℃時(shí)給第一個(gè)號(hào)碼打電話和發(fā)短信，車內(nèi)溫度大于40℃時(shí)給第一個(gè)和第二個(gè)號(hào)碼同時(shí)發(fā)短信并給第二個(gè)打電話。

2.3 車輛生命監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)中移動(dòng)4G模塊的工作原理

對(duì)單片機(jī)來(lái)說(shuō)，通信是單片機(jī)的“神經(jīng)中樞”，車輛生命監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)發(fā)揮作用的前提是具有遠(yuǎn)程通信功能，移動(dòng)4G模塊使這一功能得以實(shí)現(xiàn)。車輛生命監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)用的是串口通信中的全雙工通信。即車輛生命監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)檢測(cè)到車內(nèi)有滯留人群發(fā)出警報(bào)，并依據(jù)指標(biāo)的不同給綁定的第一個(gè)號(hào)碼打電話和發(fā)短信及給第一個(gè)和第二個(gè)號(hào)碼同時(shí)發(fā)短信并給第二個(gè)打電話。電話打通后，該裝置可以實(shí)現(xiàn)被困人員與車外人員的通話，給施救人員準(zhǔn)確的救援方向。

3 可行性研究

3.1 項(xiàng)目成熟性分析

該裝置的傳感器可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的短距離傳輸，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能夠把感知到的數(shù)據(jù)信息無(wú)障礙、可靠、安全地傳送出去。由于移動(dòng)通信、互聯(lián)網(wǎng)、環(huán)境信息專網(wǎng)等技術(shù)已十分成熟，能夠很好地滿足MAS裝置的物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰＝┠?，嵌入式系統(tǒng)（如ARM、DSP、FPGA等）的迅猛發(fā)展也為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

3.2 需求分析

目前，移動(dòng)通信發(fā)展很快，人們?cè)趹?yīng)用單片機(jī)監(jiān)控車輛生命安全時(shí)，也提出了新的需求：實(shí)現(xiàn)低價(jià)位、低功耗、功能齊全且便于攜帶。而本產(chǎn)品剛好迎合了人們的需求。

4 裝置創(chuàng)新點(diǎn)

（1）裝置可以同時(shí)檢測(cè)車內(nèi)CO等有毒氣體的濃度，溫度和人體紅外線，打破了市面上類似裝置功能過(guò)于單一的問(wèn)題。

（2）裝置可同時(shí)檢測(cè)多個(gè)指標(biāo)，避免了由于環(huán)境因素對(duì)裝置檢測(cè)造成的干擾。

（3）結(jié)合了移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和北斗導(dǎo)航模塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)相關(guān)人員發(fā)短信、打電話求救和對(duì)被困人員的定位，使被困人員得到及時(shí)解救。

（4）裝置整體成本低，便于攜帶，反應(yīng)快速，無(wú)人值守，免維護(hù)，管理成本低。

5 市場(chǎng)分析

5.1 車輛行業(yè)現(xiàn)狀分析

全球汽車市場(chǎng)平穩(wěn)增長(zhǎng)。近年來(lái)，全球汽車產(chǎn)量逐年上升，2016年前全球汽車產(chǎn)量達(dá)到了9497萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)4.7%。汽車產(chǎn)量的增長(zhǎng)在很大程度上得益于新興市場(chǎng)國(guó)家良好的經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢(shì)以及巨大人口數(shù)量帶來(lái)的市場(chǎng)需求，而中國(guó)依舊是全球最大的單一汽車市場(chǎng)。在全球經(jīng)濟(jì)持續(xù)復(fù)蘇向好的方向發(fā)展下，2018年全球汽車市場(chǎng)有望保持低速平穩(wěn)增長(zhǎng)，為車輛生命監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)裝置提供相對(duì)穩(wěn)定的市場(chǎng)需求。通過(guò)調(diào)查，2010—2016年全球汽車產(chǎn)量和全球汽車保有量逐年增加，且增幅逐年上升。

5.2 產(chǎn)品市場(chǎng)分析

近年來(lái)，幼兒被遺忘在校車內(nèi)致死事故在全國(guó)各地時(shí)有發(fā)生。據(jù)媒體統(tǒng)計(jì)，從2006—2017年，僅公開(kāi)報(bào)道的兒童被遺忘車內(nèi)事件至少有25起，造成超過(guò)20人死亡。其中將兒童遺忘于車輛中導(dǎo)致兒童死亡的慘劇在2007年發(fā)生5起、2010年發(fā)生4起，2011年發(fā)生3起、2012年發(fā)生3起。政府相關(guān)部門為解決車輛安全問(wèn)題，及時(shí)采取措施進(jìn)行治理，但是部分車輛的安全問(wèn)題尚未得到合理的解決，隱患依然存在。因此如何減少車輛事故，提高車輛的安全系數(shù)，更好的保護(hù)乘客的人生安全成為社會(huì)熱點(diǎn)。根據(jù)社會(huì)對(duì)該裝置的需求，可以推斷該裝置前景良好。

6 結(jié)語(yǔ)

以上是對(duì)車輛生命監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的全部闡述，在生活節(jié)奏越來(lái)越快的今天，有以無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支撐的車輛生命監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)遠(yuǎn)程通信方案的實(shí)現(xiàn)無(wú)疑為兒童的安全上了一道保險(xiǎn)。車輛生命監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)可同時(shí)檢測(cè)車內(nèi)的多種指標(biāo)，功能齊全，價(jià)格實(shí)惠，使汽車、網(wǎng)絡(luò)、安全相結(jié)合，達(dá)到最大效果。同時(shí)，保護(hù)車內(nèi)人員安全，避免車內(nèi)滯留致死的悲劇重演。

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