基于單片機的車輛生命監控報警系統研究

王婧 魏欣欣 金宇

摘 要：近些年，意外將兒童鎖在車內導致死亡的問題不斷發生，為了避免此類事故，研發了基于單片機的車輛生命監控報警系統，采用單個傳感器來分別檢測一氧化碳濃度、溫度、人離開車內時間。產品內安裝了兩個移動4G卡，即讓此裝置與兩部手機相連通。這樣，當車內兒童遇險時可以向2個人求救。保證了當其中一位家長無法及時接通手機時，可以向4G卡中的另一位監護人求救。利用上述手段，可以有效避免兒童車內窒息死亡事故的發生。

關鍵詞：車輛生命監控報警系統；單片機；兒童窒息

中圖分類號：TP368 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）22-0069-02

Abstract： In recent years， the problem of accidental death of children in the car has occurred continuously. In order to avoid this kind of accident， a vehicle life monitoring and alarming system based on single-chip microcomputer has been developed. A single sensor is used to detect the concentration of carbon monoxide， temperature， and the time people leave the car. Two mobile 4G cards are installed in the product to connect the device to two mobile phones. In this way， when a child in the car is in danger， two people can be called for help. This ensures that if one of the parents is unable to connect to his cell phone in time， he can call the other guardian on the 4G card for help. Using the above means， we can effectively avoid the occurrence of suffocation death accidents in children's cars.

Keywords： vehicle life monitoring alarm system； single chip microcomputer； asphyxiation of children

引言

近年來，隨著經濟的快速增長，人們的生活越來越富有，很多家庭都開始以汽車作為主要的交通工具。但是隨之而來的，除了汽車出行的方便快捷，還存在著一些安全問題。夏天出行，室外溫度高，有的家長攜帶孩子出行，為了防止孩子受到太陽的暴曬，往往會將兒童放置在車內，自己獨自出去辦事，這樣雖然方便了許多，但是卻造成了另外一種更加致命的危險。由于室外的溫度高，在太陽的照射下，車內溫度會上升的很快，被鎖在汽車內的兒童由于家長將車門鎖上而無法及時向外呼救，導致孩子在車內窒息死亡。美國研究表明，當氣溫達到35℃時，陽光照射15分鐘，封閉車廂里溫度就能升至65℃，在這樣的環境里呆上半小時就能致命。因此，解決兒童滯留車輛導致死亡的安全問題刻不容緩。美國研究調查表明，美國對于過去10年間發生的339起兒童死于車內的案件，無論是父母還是教師都受到了不同形式的懲罰。這一點也值得中國借鑒，懲罰不是撕裂親情而是為了讓此類事件不再發生，讓父母不再犯同樣的錯誤。對此，我們團隊研發了一項車輛生命監控報警系統來解決此類問題。

1 產品概述

我們團隊是基于單片機來研發本產品的，單片機是將具有數據處理作用的中央處理器，只讀存儲器，計時器和多種接口等一起集成在電路芯片上的一種小型計算機系統。單片機在我們的生活中處處可見，如攝像機，錄像機等。此產品采用單片機控制用的是51單片機，51單片機是由美國公司研發的一種可編程存儲器，具有低電壓，高性能，可編程的優點。單片機的只讀存儲器可以使數據反復擦除，并且長時間保存。模數轉換芯片接收經過運算放大器傳來的的一氧化碳傳感器、溫度傳感器、紅外人體感應器等檢測結果，經過處理后才傳給單片機進行數據處理，單片機進行判斷是否需要進行報警。

傳感器是指能把非電量轉換成電量的器件，傳感器實質是一種功能模塊，它的作用是將來自外界的各種信號轉換為電信號，是實現測試與自動控制系統的首要環節。傳感器主要由敏感元件、傳感元件和測量電路、輔助電源四部分組成。結構圖如圖2。

2 產品組成

我們的產品采用單個傳感器來分別檢測一氧化碳濃度，溫度，人離開車內時間。分別是紅外人體感應模塊，有毒氣體感應器，溫度傳感器，移動4G模塊和北斗導航模塊。該裝置的紅外人體感應模塊主要用于感應是否有兒童在車內，當有人進入感應范圍內人體紅外光譜會發生變化，紅外傳感器會接通負載，只要人在傳感器的感應范圍內，裝置就會持續報警，當人離開感應范圍，紅外傳感器就會自動關閉負載，報警結束；移動4G模塊的安裝，使產品相當于一個電話，可以向外界呼救。并且我們的產品內安裝了兩個移動4G卡，即讓此裝置與兩部手機相連通。這樣，當車內兒童遇險時可以向2個人求救。保證了當其中一位家長無法及時接通手機時，可以向4G卡中的另一位監護人求救。

溫度感應模塊用于測定車內溫度，對于兒童車內致死事件，溫度有很大的關系，實驗表明，在周圍環境溫度僅有27℃的情況下，人坐在陽光直射的汽車內2分鐘后就會使人感到胸悶不適，此時溫度已達到34℃，10分鐘就可以達到人體體溫的37℃，1小時后溫度可高達50℃，足可以蒸熟雞蛋！本產品主要實現當車內溫度大于30℃時，裝置報警；溫度大于35℃時，給第一個人發消息打電話；溫度大于40℃時，給第一個人和第二個人發消息，并且給第二個人打電話。

下面我和大家介紹一下有毒氣體感應模塊。有毒氣體報警器主要采用具有高穩定性的一氧化碳氣體傳感器來檢測車內氣體濃度，檢測結果通過高精度的運算放大器放大后送入模數轉換芯片中轉換，從而讓51單片機來判斷是否需要報警。大家也許會有疑問，當車內開空調時車內溫度降低為什么也會引發窒息？首先車內循環有兩種模式內循環模式和外循環模式，當車門和車窗關閉時，車內形成了一個封閉的內循環模式，即關閉了車內與車外的氣流交換通道，從而使氣流循環只是在車輛內部進行。開空調的時候如果開啟的是內循環模式，那么，在密閉條件下車內的空氣是不能與外界新鮮的空氣進行交換的，這樣會導致車內一氧化碳濃度越來越高，同時，車內兒童吸收氧氣呼出大量二氧化碳，導致車內氧氣減少，會使人感到惡心、昏迷甚至窒息死亡。

一氧化碳是一種無色，無味的氣體，容易在無形中致人死亡，并且它與血紅蛋白結合的能力是氧氣與血紅蛋白結合能力的200-300倍。一氧化碳氣體進入人體血液后與人體內的血紅蛋白結合，形成碳氧血紅蛋白，導致血紅蛋白不能與氧氣結合，當碳氧血紅蛋白的含量超過5%時，就會對人體產生傷害，達到60%時，人體就會昏迷，達到90%時，人體就會因為缺氧而導致窒息死亡。血紅蛋白與氧氣和一氧化碳結合的方程式如下：

Hb+CO=HbCO Hb+O2=HbO2 （1）

當一氧化碳含量為100ppm時，人在此環境中呆2至3個小時，會造成輕微的頭痛。在含量為200ppm的環境中呆3個小時會令人失去判斷能力。當CO含量達到1600ppm時2小時內可致命。并且由于孩子呼吸速率比成人更快，每千克體重吸入的一氧化碳含量會更多，所以兒童比成人一氧化碳中毒的危害更大。我們產品的有毒氣體感應器主要是對車內一氧化碳氣體濃度的識別。對此，我們團隊利用打火機來釋放一氧化碳，用一氧化碳測試筆來測定此時一氧化碳的含量來證明，當車內CO氣體含量大于100ppm時，此裝置報警。當氣體含量大于130ppm時，給第一人發消息并打電話。當氣體含量大于160ppm時，給第一人和第二人都發消息，并給第二人打電話。

3 項目創新點和發展前景

我們的產品與以往產品不同的是，它是由多個感應器組裝而成，功能具有多樣化，從溫度，一氧化碳含量等多個方面來保證車內兒童的安全。并且它的使用方法非常簡單，利用移動通信網絡報警設備，在該產品內放入兩部手機的移動4G電話卡，以此讓該裝置關聯兩部手機，之后利用該裝置便可達到解救車內滯留兒童的問題。

隨著人們經濟收入的不斷提高，汽車保有量越來越大，由汽車引起的安全事故也隨之而來，也越來越引起人們的重視。我們的產品使互聯網+安全+車輛達到非常好的統一效果。所以，我相信我們的產品未來發展是很可觀的。

4 結束語

本產品是一項車輛生命監控報警系統，由紅外人體感應模塊，有毒氣體感應器，溫度傳感器，移動4G模塊和北斗導航模塊五部分構成，打破了以往產品過于單一化的特點。可通過檢測車內溫度的變化、一氧化碳濃度、人離開車內時間的方式來保護車內兒童的安全。

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