基于熱釋電紅外傳感器的人體檢測報警系統的研究與設計

賴紫燁 馮媛媛 關智仁 鐘函豫 李景彬

（ 華南理工大學廣州學院，廣東 廣州510800）

隨著現代科技的發展，汽車已然成為眾多家庭廣泛使用的代步工具，同時汽車的廣泛使用也放大了特定事故發生的可能性。其中，有一項關于兒童的事故時常被人們所忽略，就是兒童遺留在車內導致身亡的事故。截止2019 年，在全球而言至少有300 名兒童發生這樣的悲劇[1]。導致此悲劇的常發的因素在于汽車是一個封閉且狹小的空間，導致空氣不流通，車內溫度隨時間持續升高，被困于車內的兒童會出現由于缺氧帶來的心跳加速和血壓升高現象，嚴重者將導致窒息死亡[1]。而避免此類悲劇發生的核心在于及時將遺留車內的弱行動能力者（如兒童/幼童）帶出密閉空間?；谇笆鲈?，本團隊研究和試制了一款車用自動報警系統，該系統基于熱釋電紅外傳感器依據溫度感知人體的原理，結合AT89C51 微控器的控制特性和外設報警裝置[2]，實現當汽車駐車，發動機熄火，車門窗上鎖后，檢測車內是否遺留有人員的功能。若車內有人，則會自動發出警報告知于其他駕乘人員或周遭人員，防止弱行動能力者被遺留在車內，從而降低此類事故發生率。目前有不少類似技術，但由于其成本較高，或硬件改動過大，未能推廣應用。本團隊的方案設計改裝方便，成本低廉，易于推廣，同時也是對解決此類問題的路線方法的探索和實踐應用，具有較強的工程應用價值。

1 系統總體方案

方案以乘用車為應用對象，利用多個熱釋電紅外傳感器構建3D 空間的人體的檢測矩陣，覆蓋駕乘人員易忽視的后排座椅空間和位置范圍。再加上利用聲光報警、藍牙通訊，可以廣泛高效的告知外界，車內密閉空間內有人存在，急需處理?？傮w而言，該方案是以51 單片機控制模塊為核心，控制整套裝置的運行；當熱釋電紅外傳感器檢測到人體時，將信號轉化并傳輸給51 單片機，LED 燈發光并伴隨蜂鳴器鳴響，表示單片機已接收到信號，且確認有人在檢測范圍內，提醒周邊人士，再通過藍牙方式發送特定信息給駕乘人員的手機，提醒其注意遺留車內人員，以達到報警效果。

單片機在OBD 接口附近，所連接的三個紅外傳感器分布在車廂正上方及后座的左右。

2 硬件電路設計

2.1 總電路設計

總體電路如圖1 所示，從以上的分析可知在本設計中要用到如下器件∶AT89C51、熱釋電紅外傳感器、LED、按鍵、蜂鳴器等一些單片機外圍應用電路，如表1 所示，以及單片機的手工復位電路等。其中，D4 是正常工作指示燈，DA、DB 是起報警指示作用，當紅外電檢測到車內有人時，輸出信號，引腳被置低電平，DA、DB 亮紅燈開始報警，聲音報警電路開始工作。S1 鍵作為電路復位鍵。

表1 總體電路設計使用器件表

圖1 總體電路圖

2.2 報警系統

熱釋電紅外傳感器，檢測到有人后，發出信號，發送到聲光報警板塊和藍牙報警板塊。聲光報警板塊，由2 個發光二極管和1 個蜂鳴器接上電阻后連上單片的引腳，外接VCC，當單片機的引腳被置低電平后，發光二極管被點亮，蜂鳴器響起起到報警作用。藍牙模塊的RXD 連接單片機的TXD，藍牙模塊的TXD連接單片機的RXD，此處說明單片機的RXD 和TXD 引腳分別為P3.0 和P3.1。當接收到報警信號時，接通藍牙模塊，利用串口發送數據，通過藍牙模塊將報警信號發送到手機，起報警作用。

3 軟件設計

當檢測到汽車車門鎖止信號時，提示系統啟動，即聲光報警3s，起到初次提示作用。之后啟動紅外檢測系統，紅外傳感器將檢測結果反饋到單片機，若紅外檢測到人時，檢測信號至高位，并啟動告警系統，即聲光持續報警，需要手動進行關閉告警系統，手動關閉告警系統可選擇近距離的按鍵關閉，也可選擇遠距離的藍牙關閉。若沒有檢測到人，則紅外掃描系統在10s 后關閉，系統流程如圖2 所示：

圖2 系統流程圖

3.1 紅外傳感器信號處理

HC-SR501 熱釋電紅外的紅外線傳感器件對特定波長的紅外線有極強的感應能力，當檢測到人體輻射的紅外光譜時，紅外傳感器OUT 端輸出高電平信號，51 單片機接收高電平信號并進行相應處理。本系統連接了3 個紅外傳感器，當其中一個傳感器輸出高電平時，就啟動報警系統。

if(HCR1 == 1||HCR2 == 1||HCR3 == 1)

//HCR1、HCR2、HCR3 為三個紅外傳感器

{

TR0 = 1; //啟動定時器0，即啟動報警系統。

}

3.2 汽車車門閉鎖檢測

電動門鎖可使用按鈕或遙控鑰匙等控制車門的鎖定或打開。遙控鑰匙控制電動門鎖閉鎖的過程[3]：遙控鑰匙發送閉鎖射頻信號給BCM (車身控制模塊)，BCM接收到數據后驅動門鎖電機執行閉鎖動作，若車門全部關閉，則會通過聲光提示和發送狀態報文給儀表來進行反饋。該紅外檢測報警裝置與汽車OBD接口連接[4]，使51 單片機識別經差分電路處理后的高低位電壓來判斷是否啟動紅外檢測報警裝置，OBD 接口與單片機連接電路如圖3 所示。

圖3 OBD 接口與單片機連接電路圖

4 驗證分析

試驗在不同環境溫度下，三個紅外傳感器是否能正常檢測，以達到報警效果。

結論：本項目的紅外傳感器在15-45℃下是能正常檢測的。紅外傳感器測試如表2 所示：

表2 紅外傳感器測試表

5 結論

本項設計實質是紅外檢測車內人體情況并報警，具體方案是使用藍牙通訊模塊、熱釋電紅外傳感器等與單片機進行交互形成一個感知及報警系統，同時車內檢測數據反饋給駕乘人員智能手機，提醒其有人員遺留于車內，需要緊急處理此情況。本系統運行穩定，解決弱行動能力者（兒童/幼童）遺留車內的盲點問題，適用于家中有兒童/幼童等弱行動能力者的家庭用車，可避免兒童誤鎖車內而身亡的悲劇發生，有效提升司乘人員的用車規范和降低車輛事故率，豐富車輛的安全功能。形成針對此類問題的有效解決方案和可行路徑。