一種智能化校車防悶死預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

蔣國平

（廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510800）

前言

隨著城鎮(zhèn)化的發(fā)展，優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源地集中，學(xué)生上學(xué)的半徑及所經(jīng)途中的道路復(fù)雜程度都在增加，校車的營運(yùn)一方面解決學(xué)生的上學(xué)問題，緩解了城鎮(zhèn)學(xué)校周邊的交通擁塞問題，校車放心安全日益?zhèn)涫苌鐣?huì)各界的推崇。但另外一方面實(shí)際運(yùn)營中，校車安全的效果還需要駕駛員和隨車照管員來落實(shí)和監(jiān)督，幼兒園、中小學(xué)的學(xué)生安全意識(shí)的淡薄無疑給他們帶來很大的壓力，校車的安全管理特別是兒童被遺忘在車內(nèi)窒息而亡的案例層出不窮[1]。筆者開發(fā)設(shè)計(jì)了一套智能化校車防悶死預(yù)警系統(tǒng)，以減少人為的疏忽和遺漏。

1 目前校車防悶死系統(tǒng)的缺陷

針對(duì)幼兒被遺忘校車慘遭悶死的事件，國內(nèi)很多專家都開發(fā)研制了很多系統(tǒng)，北京信息科技大學(xué)北京市傳感器重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉寶宇等設(shè)計(jì)采用了STM32單片機(jī)[2]，而南昌工程學(xué)院高偉運(yùn)ATmega16和TC35i的系統(tǒng)設(shè)計(jì)[3]，都是通過安裝在校車的車門處安裝了兩組紅外對(duì)管和一個(gè)數(shù)碼管作為計(jì)數(shù)模塊,在車內(nèi)安裝了人體熱釋電傳感器和面式壓力檢測(cè)傳感器作為檢測(cè)模塊，但他們的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳感器在測(cè)量如此密閉的環(huán)境數(shù)值會(huì)出現(xiàn)大面積的誤差以及觸發(fā)有被困人員的機(jī)制閾值很難具體測(cè)量，甚至人體微小的變化也會(huì)檢測(cè)不到被困者，所以對(duì)于發(fā)現(xiàn)到被困人員該系統(tǒng)具有很大的挑戰(zhàn)性。西安工業(yè)大學(xué)張燕等“校車防滯留檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”[4]中采用了通過ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的聲音傳感器和人體紅外傳感器同時(shí)檢測(cè)幼兒滯留情況，但該系統(tǒng)并未說具體的應(yīng)用場(chǎng)景，正確的場(chǎng)景應(yīng)該是車輛熄火、車窗緊閉、車門落鎖的情況，而且并未交代怎么確定是正確的場(chǎng)景的方法；同濟(jì)大學(xué)和上海機(jī)動(dòng)車檢測(cè)中心合作的“兒童乘員車內(nèi)滯留熱傷害研究”[5]，研究兒童乘員在乘用車和校車車內(nèi)可能受到的熱傷害，通過車內(nèi)溫度試驗(yàn)，得到了不同環(huán)境溫度下乘用車和校車車內(nèi)溫度變化數(shù)據(jù)，并沒有給出具體的設(shè)計(jì)方案；沈陽工程學(xué)院機(jī)械學(xué)院“校車防滯留報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)”[6]、淮北師范大學(xué)的“兒童滯留校車報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)”都旨在都框架的設(shè)計(jì)和研究[7]，這對(duì)于救助被困者作用不大，通風(fēng)性和及時(shí)散熱性不強(qiáng)，而且方案中在無生物被困時(shí)，打開車窗不利于汽車安全理念，增大了車內(nèi)的貴重物品丟失率。

綜上，國內(nèi)目前的校車防悶死系統(tǒng)地研究還沒有引起大家的重視[8][9]，在方案設(shè)計(jì)方面存在沒有充分利用車輛自身基本數(shù)據(jù)、加裝系統(tǒng)復(fù)雜易擾亂了原有車輛安全、破壞性救援增加了車輛維修費(fèi)，另外砸窗也增加車內(nèi)兒童二次傷害等缺陷，所以市面上鮮有此類產(chǎn)品出現(xiàn)。

2 新型智能化校車防悶死預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 方案設(shè)計(jì)

如圖上圖所示，新型智能化校車防悶死預(yù)警系統(tǒng)有三大系統(tǒng)組成：1）OBD數(shù)據(jù)通信模塊；2）人體感知模塊；3）預(yù)警告知模塊；4）電源模塊。其工作原理是電源模塊給整個(gè)系統(tǒng)提供穩(wěn)定電源，OBD數(shù)據(jù)通信模塊傳輸所要的數(shù)據(jù)參數(shù)，若返回的參數(shù)是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為零，車窗緊閉，車門落鎖，數(shù)據(jù)處理模塊則判定進(jìn)入監(jiān)視狀態(tài)，人體感知模塊開始工作；當(dāng)人體感知模塊檢測(cè)到有被困者時(shí)傳回指令給數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)處理模塊做出分析判斷后，發(fā)送相關(guān)指令給預(yù)警模塊的GPS，GPS在獲取車輛的地理位置后傳回?cái)?shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)處理模塊會(huì)通過預(yù)警系統(tǒng) GPRS/GSM 發(fā)送被困信息給車主以及相關(guān)的緊急聯(lián)系人，被困信息內(nèi)容格式為“您的車內(nèi)有被困者，地理位置為+++，請(qǐng)及時(shí)處理”。車主可以自行前往到車內(nèi)救助并且可以通過手機(jī)發(fā)送相關(guān)的指令給預(yù)警系統(tǒng)，以此實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)操作車輛基本數(shù)據(jù)。路途遙遠(yuǎn)的可以通過車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)車進(jìn)行遠(yuǎn)程控制車輛的 OBD寫入數(shù)據(jù)以此來緩解被困者的危險(xiǎn)，具體控制如下：遠(yuǎn)程開啟天窗或遠(yuǎn)程開啟空調(diào)。

圖1 新型智能化校車防悶死預(yù)警系統(tǒng)工作方案設(shè)計(jì)圖

2.2 電路設(shè)計(jì)

根據(jù)以上方案，筆者設(shè)計(jì)了相關(guān)的電路，其關(guān)鍵電路如下圖。

圖2 電路圖

為了組建電路不影響原車電路的運(yùn)行，且兼顧經(jīng)濟(jì)型，電路設(shè)計(jì)大部分采用通用模塊設(shè)計(jì)，其中，數(shù)據(jù)處理模塊采用 STC89C52，OBD數(shù)據(jù)通信模塊內(nèi)置藍(lán)牙單元型號(hào)為HC-05，人體感知模塊采用紅外攝像頭和人體紅外傳感器，人體紅外傳感器的型號(hào)為HC-SR501RD-624，紅外攝像頭模塊的型號(hào)為 OV7725，紅外傳感部分主要檢測(cè)人體的輻射以獲取信息；GPRS/GSM模塊的型號(hào)為SIM900。

2.3 運(yùn)行程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的運(yùn)行采用C/C++，其主體運(yùn)行程序如下。

#include〈reg52.h〉//包含頭文件，包含特殊功能寄存器的定義

3 結(jié)束語

筆者在硬件搭建和軟件設(shè)計(jì)完成后，選取一輛校車進(jìn)行測(cè)試，通過對(duì)某車型數(shù)據(jù)的調(diào)用，能實(shí)現(xiàn)完整的自動(dòng)報(bào)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)能連續(xù)、及時(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)校車及其車內(nèi)人員變化狀態(tài)，后期不同車型還待觀察。

筆者設(shè)計(jì)和開發(fā)了一款借助汽車基本數(shù)據(jù)，包括汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車門是否落鎖和汽車車窗是否關(guān)閉的信息以此來判斷汽車是不是熄火且密閉的狀態(tài)，采用人體識(shí)別模塊，識(shí)別后結(jié)合遠(yuǎn)程控制天窗和空調(diào)的開啟技術(shù)，在特定的某款校車車型上應(yīng)用準(zhǔn)確率達(dá)到90%以上。此裝置功能比較全面，整體小巧，成本低，作為一種新型的檢測(cè)裝置及自動(dòng)感應(yīng)器，對(duì)于減少校車內(nèi)悶死事故有著實(shí)用的價(jià)值。