基于車載傳感的安全檢測與預警系統設計

王清

（國網山東省電力公司電力科學研究院，山東濟南，250000）

0 前言

近年來，汽車安全問題的關注度大大提高，人們對汽車的安全性能也看得非常重要。所以在設計汽車時要考慮各方面的情況，不僅要在事故發生時最大限度地降低乘車人員的受傷概率，而且還要在輕松舒適的駕駛條件下幫助駕駛人員避免交通事故的發生。

目前確保駕駛人員安全的保障措施有主動安全技術以及被動安全技術，大部分的設計師們把主要精力放在了主動安全設計，他們認為讓汽車主動采取安全措施，可以大大提高汽車安全系數，卻忽略了對于車內遺留人員的安全問題，有必要設計一種當有人員被遺留在車內時的自動報警系統防止類似的意外發生。例如在車內安裝一個可以防止兒童被遺留的駕駛員報警器，在駕駛員離開汽車后，該裝置能自動檢測到車內如有人員遺留就會報警避免此類悲劇的發生。

從國內市場來看，停車安全問題的正處在研究階段，該研究的目的是為了解決在車輛駐停后車內遺留兒童人身安全沒有得到保護措施的問題。停車安全報警裝置可以使駕駛人員離開車后發出報警聲音，從而去提醒駕駛人員不要把兒童遺忘在車內。特別是，當系統對車內環境進行檢測發現有兒童遺留時，蜂鳴器就會向外面發出報警聲并要求駕駛人員及時進行救助，從而可以達到保障乘車兒童人身安全的目的。

1 系統硬件設計

圖1 系統總體設計框架

本文設計的防止人員被遺留在車內的檢測與報警系統工作過程如下：當車輛駐停后，如果聲音檢測模塊、常閉震動檢測模塊、人體紅外檢測模塊的任一模塊檢測到有人員遺留時，便會發出報警信號，并且通過GSM模塊第一時間發送短信給駕駛員進行求救。該檢測與報警系統的總體設計框架如圖1所示。

硬件電路的設計是整個系統的核心內容，整個裝置由STM32F103C8T6單片機、聲音檢測模塊、常閉震動檢測模塊、人體紅外感應模塊、GSM模塊以及蜂鳴器六部分組成，其中STM32F103C8T6單片機作為控制器，進行信號分析和處理；聲音模塊、常閉震動模塊、人體紅外模塊為三個模塊檢測模塊，對車內所遺留人員的活動變化跡象進行檢測；GSM模塊用于對所述活動跡象檢測獲得的信息發送給接收端；蜂鳴器用于提示和報警。

當車輛駐停，車門上鎖后，聲音傳感器、震動傳感器和人體紅外傳感器三個檢測模塊自行啟動，整個系統開始工作。當這三個模塊其中的一個模塊檢測到有人員遺留后，將其檢測到的信號通過主控模塊使喇叭發出聲音(響四聲)，然后繼續檢測，當這三個模塊累計四次檢測到信號發出聲音時，便會通過GSM模塊將信號傳輸給手機發送短信進行報警，當檢測到無人員遺留時，系統則不會啟用警報模塊進行報警。

1.1 聲音檢測模塊設計

圖2 聲音檢測模塊

聲音檢測模塊主要用于檢測周圍環境的聲音強度，并可以通過調節靈敏度來檢測聲音的強弱，它的輸出形式是數字開關量輸出。其主要有三個接口，分別是VCC接口、GND接口以及OUT接口，如圖2所示，接口1接信號輸出端，接口2接電源負極，接口3用來接電源正極，需將電壓控制在5V。

1.2 常閉震動檢測模塊設計

常閉震動傳感器主要依靠滾軸來檢測周圍環境的活動跡象。當模塊沒有檢測到震動時，其開關閉合導通輸出為低電平，指示燈亮；當模塊檢測到震動時，開關便會瞬間斷開變為高電平，這時指示燈熄滅。

圖3 常閉震動檢測原理圖

1.3 人體紅外感應模塊設計

人體紅外感應模塊是一種傳感器，它可以檢測人體或者動物發出的紅外線并且輸出電信號，它的工作原理是當這個傳感器檢測到某個人在這個感應范圍內時，傳感器就會輸入一個高電平，當人超出感應范圍傳感器檢測不到的時候，便會自動延時關閉高電平同時輸出低電平人體紅外感應傳感器采用的控制單元是BISS0001芯片，它是一種高性能信號處理集成電路的傳感器，配備了由人體紅外傳感器和少量外部元件組成的無緣超濾器開關，它可以快速自動開啟各種白熾燈和蜂鳴器等設備，特別適用于各種敏感區域，或者是需要照明和報警的安全區域。它不僅能很好的匹配于人體的紅外傳感器，而且還能與其他類型的傳感器相匹配。

2 系統軟件設計

2.1 程序描述

程序中主要用到的知識點包括單片機的外部中斷、串口通信、LED燈的點亮和熄滅操作以及蜂鳴器等。其中外部中斷尤為重要，當聲音檢測模塊、常閉震動檢測模塊、人體紅外檢測模塊檢測到有異常時，就會觸發中斷并進行報警，其次是GSM模塊，通過GSM模塊連接到手機上，使車主第一時間了解車內的情況。

2.2 程序設計流程

當車輛駐停，分為三種情況，一種是看聲音檢測模塊是否檢測到有聲音，另一種是看常閉震動檢測模塊是否能檢測到有震動，還有一種情況就是看人體紅外檢測模塊是否能檢測到有人體靠近，一旦有任何一個模塊檢測到信號時，此時觸發中斷，蜂鳴器執行一次報警，如此循環，如果蜂鳴器連續四次發出聲音，則觸發GSM模塊，打電話給車主進行報警。程序流程圖如圖4所示。

圖4 程序流程圖

3 系統調試

設計實物圖如圖5所示。

圖5 實物圖

首先對系統電路進行焊接，包括單片機的電源電壓和外圍電路、聲音檢測電路、常閉震動檢測電路、人體紅外檢測電路、蜂鳴器報警電路、GSM通信電路、其他接口電路及輔助電路和三極管。焊接結束后，檢查是否存在焊接錯誤、焊接不良和虛焊，確認無誤后對電路板進行接線，再檢查有無錯誤接線，在準備工作完成后，開始為單片機燒寫程序，最后通電并測試系統功能。

若焊接好后，給電路板通電測試，聲音檢測模塊和常閉震動檢測模塊的電源指示燈亮，說明電路板各器件連接正常。如果周圍環境有聲音或者是有震動，但是模塊檢測不到，便說明模塊靈敏度不夠，需要調節聲音檢測模塊以及常閉震動檢測模塊上面的電位器。

給電路板通電，若電路板連接正常，當聲音檢測模塊、常閉震動檢測模塊、人體紅外檢測模塊連續四次檢測到信號，但是GSM模塊沒有打電話進行報警，不排除一種原因是手機卡沒安裝好或者信號比較弱，需要斷電重新進行測試，或者換個位置測試。