一種車(chē)載報(bào)警自救裝置的設(shè)計(jì)與研究

宋君君

（德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東德州 253034）

0 引言

隨著社會(huì)不斷的發(fā)展、人們生活水平的提高，越來(lái)越多的人將汽車(chē)作為出行的代步工具。汽車(chē)為人們的出行做出了重要的貢獻(xiàn)，同時(shí)也存在眾多的安全隱患。例如，長(zhǎng)時(shí)間呆在汽車(chē)密閉狹小的空間內(nèi)，由于車(chē)輛內(nèi)部不通風(fēng)、汽車(chē)燃油產(chǎn)生的廢氣、車(chē)內(nèi)裝飾等原因，導(dǎo)致車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量下降，車(chē)內(nèi)環(huán)境釋放的有毒有害物質(zhì)對(duì)人們的身體健康帶來(lái)嚴(yán)重的危害，甚至危及生命。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年冬、夏季都會(huì)發(fā)生多起空調(diào)車(chē)內(nèi)中暑、氧氣過(guò)低窒息導(dǎo)致死亡的事件，是必須警惕的危險(xiǎn)案例。如何有效防止汽車(chē)內(nèi)部環(huán)境過(guò)熱、氧含量過(guò)低等問(wèn)題是刻不容緩的，現(xiàn)在市面上急需一種防止車(chē)內(nèi)溫度過(guò)高及車(chē)內(nèi)氧含量過(guò)低對(duì)生命造成威脅的裝置，以此為出發(fā)點(diǎn)設(shè)計(jì)了本報(bào)警自救儀。

1 報(bào)警自救儀

本產(chǎn)品主要用于防止車(chē)內(nèi)有人時(shí)內(nèi)外空氣不流通，造成車(chē)內(nèi)氧含量過(guò)低或溫度過(guò)高對(duì)人體造成的傷害。當(dāng)測(cè)試車(chē)內(nèi)氧氣含量減少未達(dá)到設(shè)定值時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；當(dāng)測(cè)試車(chē)內(nèi)氧氣含量減少達(dá)到設(shè)定值時(shí)，檢測(cè)是否誤報(bào)。非誤報(bào)時(shí)，驅(qū)動(dòng)車(chē)窗下降一定高度并報(bào)警，同時(shí)傳出手機(jī)警告信號(hào)。若車(chē)窗落下幾分鐘后車(chē)內(nèi)氧氣值數(shù)值仍然低于設(shè)定數(shù)值，則氧氣包釋放氧氣。主要研究?jī)?nèi)容包括：汽車(chē)內(nèi)部可以維持生命體各因素的極限值，控制系統(tǒng)主控制器的選型，各傳感器（包括紅外定向檢測(cè)熱源、氧氣傳感器、溫度傳感器）的選型和裝調(diào)，自動(dòng)預(yù)警及網(wǎng)絡(luò)求救的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，網(wǎng)絡(luò)通信問(wèn)題等。

2 總體架構(gòu)

報(bào)警自救儀安裝在汽車(chē)駕駛室內(nèi)，當(dāng)汽車(chē)鎖車(chē)后，系統(tǒng)采用紅外定向熱源實(shí)時(shí)檢測(cè)生命體，如果車(chē)內(nèi)沒(méi)有生命體存在，本系統(tǒng)不啟動(dòng)，自動(dòng)處于休眠狀態(tài)。檢測(cè)到有生命體存在時(shí)，啟動(dòng)氧氣傳感器和溫度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氧氣含量和車(chē)內(nèi)溫度。當(dāng)車(chē)內(nèi)氧氣含量或車(chē)內(nèi)溫度，接近預(yù)設(shè)的生命極限值時(shí)，降落車(chē)窗，啟動(dòng)報(bào)警裝置，同時(shí)向車(chē)主和家人撥打求救電話(huà)。車(chē)主可以通過(guò)手機(jī)軟件查看車(chē)內(nèi)情況，定位車(chē)輛位置以便快速救援。經(jīng)特定時(shí)間后，若降低的氧氣含量沒(méi)有改善，則釋放氧氣包，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)救援。該自救儀從多方面提高安全系數(shù)。

本產(chǎn)品的控制系統(tǒng)是由微處理器、傳感器、互聯(lián)網(wǎng)通信模塊3 個(gè)部分組成。在汽車(chē)鎖車(chē)甚至熄火情況下，利用汽車(chē)電瓶電源以低能耗方式實(shí)時(shí)預(yù)警，啟動(dòng)雙級(jí)應(yīng)急措施，完成車(chē)內(nèi)空氣交換，改善溫度和缺氧環(huán)境，保障車(chē)內(nèi)生命安全，并利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控車(chē)內(nèi)環(huán)境狀況?？傮w構(gòu)架如圖1 所示。

圖1 總體構(gòu)架

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 硬件設(shè)計(jì)

報(bào)警自救儀控制系統(tǒng)是由微處理器、傳感器、互聯(lián)網(wǎng)通信模塊3 大部分組成：互聯(lián)網(wǎng)通信是基于Atmel89s52 單片機(jī)為核心，利用軟件程序與傳感器反饋信號(hào)進(jìn)行處理，連接所有硬件，達(dá)到控制硬件反應(yīng)目的；通信部分由GPRS 模塊實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)通信功能，GPRS 模塊直接由單片機(jī)發(fā)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，使信息發(fā)送到用戶(hù)設(shè)定號(hào)碼。

（1）微處理器采用工業(yè)級(jí)單片機(jī)Atmel89s52。單片機(jī)作為硬件I/O 通信系統(tǒng)的核心，該單片機(jī)工作性能可靠，工作穩(wěn)定性強(qiáng)，可在苛刻環(huán)境下正常運(yùn)行和正常使用，有著最高工作頻率即有著更高的工作效率。

（2）網(wǎng)絡(luò)和通信硬件運(yùn)用GPRS 模塊。此硬件具有實(shí)時(shí)監(jiān)控能力強(qiáng)、工作穩(wěn)定性強(qiáng)、開(kāi)機(jī)時(shí)間極快、數(shù)據(jù)安全性極好、價(jià)格較低、靈活性非常高等特點(diǎn)，長(zhǎng)期開(kāi)機(jī)工作穩(wěn)定，即使系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤也可在1～2 s 快速重啟復(fù)位，達(dá)到快速反應(yīng)的目的。

（3）溫度傳感器采用DS18-20 數(shù)字檢測(cè)探頭。DS18-20 集溫度測(cè)量和A/D 轉(zhuǎn)換于一體，直接輸出數(shù)字量，所以硬件電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，與單片機(jī)接口幾乎不需要外圍元件的轉(zhuǎn)換。同時(shí)還具有傳輸距離遠(yuǎn)，同步多點(diǎn)測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)。

（4）氧氣傳感器采用4OXV。該傳感器是一款高性能電化學(xué)式氧氣傳感器，主要特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)是消除了誤報(bào)，高可靠性確保達(dá)到指定壽命，優(yōu)越的環(huán)境性能，提高了在極端應(yīng)用中的反應(yīng)速度。

（5）紅外人體傳感模塊采用SR501 傳感器。用于檢測(cè)車(chē)內(nèi)是否有人。

（6）聲光報(bào)警模塊采用TGSG-110 報(bào)警模塊。光報(bào)警采用高性能LED，有能耗低、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。報(bào)警系統(tǒng)采用高分貝、中功率且有源的蜂鳴器，最高可調(diào)至110 dB。此報(bào)警器可在極端條件下正常使用。TMOD 計(jì)時(shí)電路采用高精度11.059 2 MHz 晶振時(shí)鐘電路。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)軟件采用復(fù)合式反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)程序，有效避免了單次信號(hào)誤報(bào)，不動(dòng)作和軟件方面引起的死機(jī)，同時(shí)軟件采用了TMOD 計(jì)時(shí)法有著精確的計(jì)時(shí)系統(tǒng)使程序在運(yùn)行時(shí)更加可靠，在通信方面軟件程序還加入了加密系統(tǒng)，讓傳輸數(shù)據(jù)可在安全的環(huán)境下進(jìn)行傳輸。軟件工作流程如圖2 所示。

圖2 軟件工作流程

本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)包括以下方面：

（1）自動(dòng)預(yù)險(xiǎn)。紅外線(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)生命體，如果車(chē)內(nèi)沒(méi)有生命體存在，本系統(tǒng)不啟動(dòng)，自動(dòng)處于休眠狀態(tài)。檢測(cè)到有生命體存在時(shí)，啟動(dòng)氧氣傳感器和溫度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氧氣含量和車(chē)內(nèi)溫度。

（2）雙重報(bào)警。當(dāng)車(chē)內(nèi)氧氣含量或車(chē)內(nèi)溫度，接近預(yù)設(shè)的生命極限值時(shí)，降落車(chē)窗，啟動(dòng)報(bào)警裝置，同時(shí)向車(chē)主和家人撥打求救電話(huà)。

（3）精確定位。車(chē)主可以通過(guò)手機(jī)APP 查看車(chē)內(nèi)情況，同時(shí)確定車(chē)的具體位置。

（4）遠(yuǎn)程監(jiān)聽(tīng)的功能。車(chē)主可以通過(guò)手機(jī)軟件實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)車(chē)內(nèi)情況，還可以實(shí)現(xiàn)通話(huà)。

（5）智能省電。本產(chǎn)品是利用汽車(chē)電瓶電源以低能耗方式供電，實(shí)現(xiàn)智能省電。

4 推廣應(yīng)用價(jià)值

4.1 可行性分析

本產(chǎn)品以保障生命安全為出發(fā)點(diǎn)，儀器功能新穎，具有溫度、氧氣含量檢測(cè)和報(bào)警求救的功能，還可通過(guò)手機(jī)軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控車(chē)內(nèi)的情況，能有效避免因車(chē)內(nèi)氧氣缺失造成的疲勞駕駛、窒息等安全隱患。通過(guò)市場(chǎng)調(diào)查，目前國(guó)內(nèi)并無(wú)同類(lèi)產(chǎn)品，因制作成本低廉，所以售價(jià)比較低廉，可以讓大多數(shù)人接受，有市場(chǎng)可行性。

4.2 推廣前景

隨著家庭汽車(chē)保有量的增多，因疏忽導(dǎo)致人員在車(chē)內(nèi)窒息身亡等事件不在少數(shù)，由此引發(fā)的安全問(wèn)題成為關(guān)注的焦點(diǎn)。本產(chǎn)品以保障生命安全為出發(fā)點(diǎn)，能有效避免因車(chē)內(nèi)氧氣減少造成的窒息等安全隱患。相較傳統(tǒng)的氣體檢測(cè)儀器，本產(chǎn)品的功能更加人性化，當(dāng)O2含量過(guò)低或CO 含量超過(guò)人體承受范圍時(shí)自動(dòng)采取保護(hù)措施，降下車(chē)窗釋放氧氣向固定手機(jī)發(fā)送求救短信，可以有效減少此類(lèi)案件的發(fā)生，使司乘人員可以安全放心地在汽車(chē)內(nèi)休息，不用再擔(dān)心此類(lèi)安全問(wèn)題。通過(guò)大量的市場(chǎng)調(diào)查，市面上并無(wú)同類(lèi)產(chǎn)品，且本產(chǎn)品制作成本低廉，有較強(qiáng)的推廣優(yōu)勢(shì)。本產(chǎn)品還能推廣應(yīng)用于校車(chē)、倉(cāng)儲(chǔ)等存在安全隱患的密閉場(chǎng)所。