汽車智能維生自救安全報警系統設計

張浩，尹睿，刁威，王晉

（1.西京學院，陜西西安，710123；2.德創未來汽車科技有限公司，陜西西安，713700）

0 引言

隨著人們生活水平的不斷提高，汽車保有量逐年上升，在人們日常生活中起著舉足輕重的作用。科技發展日新月異，汽車智能化發展已成為行業共識。汽車在給我們出行帶來便利的同時，也存在一些安全隱患不容忽視。比如因疏忽或安全意識淡薄，將小孩不慎遺忘車內、或在車內開空調睡覺的情況時有發生。這種情形下，一旦車內溫度過高，或氧氣不足、有害氣體濃度過高，極易導致車內人員的中毒窒息死亡，這是除了交通事故之外的又一大隱形殺手。目前汽車安全系統不夠成熟，功能并不完善，存在嚴重的缺陷，智能化、人性化水平有待提高。因此，本文設計了一種汽車智能維生自救安全報警系統，可以自動監測車內情況，能夠及時提醒報警和方便解救車內被困人員。本系統能夠為出行多加一份安全，為孩子、老人和家人多加一份保障，具有一定的實際應用價值和可觀的市場前景。

1 系統總體結構

本系統將單片機作為主控制器，采用速度傳感器檢測汽車是否停止；通過人體感應模塊，準確識別判斷出車輛內是否有人滯留并加以判斷人體溫是否正常；溫度氣體傳感器組件，用來監測車內溫度和有害氣體的含量，當檢測到車內溫度或有害氣體濃度超過安全值時，電機模塊使車窗自動下降，保證車內人員能夠處于安全的環境，同時自動開鎖裝置工作，使車輛的中控鎖失靈，車門禁止被鎖。通過設置強制關機按鍵，用于手動關閉報警模塊和電機模塊，使車窗下降。當人為通過強制關機按鍵關閉了系統的報警模塊，但由于車內溫度或有害氣體濃度繼續升高，已經危及車內人員生命時，可自動啟用應急措施，如啟動GSM通訊模塊，將接收定位模塊的定位信息，及時報警告知車輛實時位置。總體結構框圖如圖1所示。

圖1 總體結構框圖

2 系統硬件設計

2.1 單片機主控電路

選用STC89C52作為主控芯片，XTAL1與XTAL2端口之間外接一個12MHz的晶振，起輔助起振的作用。RST為單片機的復位端口，在RST端口外接一個上拉電阻，再連接到一個按鍵上，就可以通過手動方式使單片機復位。電源接口注意正負極，單片機的I/O口外接所要控制的硬件或是檢測元件。

2.2 速度傳感器模塊電路

選用Risym品牌的速傳感器模塊，使用進口槽光耦傳感器。速度傳感器模塊中使用寬電壓LM393比較器，模塊的工作電壓為3.3～5V，輸出的形式是數字開關輸出（0或1）。速度傳感器模塊進口槽中無遮擋時，模塊D0口輸出低電平0，遮擋時，DO輸出高電平1。DO輸出接口可以與單片機I/O口直接相連，單片機接收到速度傳感器的輸出高低電平來判判斷汽車是否啟動。

2.3 人體感應模塊電路

考慮成本，實際模型搭建時，選用HCSR501人體感應模塊，該模塊基于紅外線技術，采用LH1788探頭設計、靈敏度高、可靠性強，低電壓工作模式，廣泛應用于各類自動感應電器設備，尤其是干電池供電的自動控制產品。工作電壓為4.5～20V，具有兩種觸發模式：L不可重復觸發，H可重復觸發，默認為H。其中L模式感應輸出高電平后，延時時間一結束，輸出將自動從高電平變為低電平；H模式感應輸出高電平后，在延時時間段內，如果有人體在其感應范圍內活動，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才延時將高電平變為低電平。

2.4 氣體傳感器模塊電路

選用MQ-9一氧化碳傳感器模塊和RBY-CO2傳感器模塊。其中MQ-9有電源指示，并具有DO開關信號（TTL信號輸出）和AO模擬信號輸出。工作電壓5V，電流150mA。當DO輸出有效信號為低電壓時電源指示燈亮，可直接與單片機或繼電器模塊相連；模擬量輸出電壓隨著濃度升高而增大。RBY-CO2傳感器模塊用于檢測CO2的濃度，工作電壓為5V。有數字量輸出端口DOUT和模擬量輸出端口AOUT。當為數字量輸出時，DO口輸出高電平模塊自帶的LED燈亮，DO口輸出低電平時LED燈滅；當為模擬量輸出時，與可調電阻的電壓值比較，經過運放，判斷濃度是否超過閾值，再轉化為數字量與單片機連接。

2.5 溫度傳感器電路

選用DS18B20作為測量溫度的芯片，該芯片是單總線溫度傳感器，數據線是漏極開路,若DS18B20接有電源，則需要一個上拉電阻即可穩定的工作。若溫度傳感器DS18B20開路或沒接電源時，上拉電阻使其為高電平，為DS18B20溫度檢測元件供電。因此在溫度檢測電路中DS18B20接有電源，其只需一個4.7k上拉電阻即可穩定工作，而通訊接口DQ經上拉電阻直接與單片機P11端口連接。

2.6 報警模塊電路

報警模塊中控制車窗電機選用15A直流電機驅動板模塊。該模塊穩定可靠，可驅動12/24/36V的電機；工作電壓為9～36V，可直接與單片機相連，也可為單片機提供5V電源。三線控制（PWM/IN1/IN2）調速，其中PWM控制范圍為0.1%～100%，IN1和IN2控制車窗電機的正反轉，IN1高電平，IN2低電平，電機正轉；IN1低電平，IN2高電平，電機反轉；IN1和IN2均為低電平，電機制動（或剎車）。車窗電機可以直接與該模塊相連，進行控制驅動，方便簡單。語音模塊與燈光模塊可直接利用車載音響和車身自帶照明設備，將其開關和電機模塊相連，當車窗下降時，語音模塊和燈光模塊同時啟動。

2.7 顯示電路

顯示模塊選用LCD1602，其接口電路中VO與GND必須直接接電阻來提供偏壓，否則LCD1602顯示屏無法正常工作，其他的端口只需按照要求，接到電源端口或者相應的I/O口即可。以實現顯示溫度預設值，顯示一氧化碳和二氧化碳值，顯示是否車內有人等。

系統總體電路原理圖如圖2所示。

圖2 系統電路原理圖

3 系統軟件設計

系統程序采用C語言編寫，整體程序由主程序和速度檢測、人體檢測、氣體檢測、溫度檢測、報警、顯示模塊等子程序組成。利用Keil uVision4平臺對程序進行編譯、調試，實現各個模塊對應的功能。具體程序流程如下：上電后，系統進入初始化程序，讀取速度傳感器數據，判斷汽車當前運行狀態，若汽車處于運行狀態，則繼續監測；若汽車處于停止狀態，則進入人體檢測子程序。單片機根據人體感應傳感器檢測的數據做出判斷，車內是否有人，若沒人，則程序返回繼續監測；若車內有人，則進入氣體檢測子程序、溫度檢測子程序，判斷溫度，CO和CO2濃度是否超過閾值。若未超過閾值，則繼續監測；若溫度、CO、CO2濃度任一參數超過閾值，則執行電機控制子程序，啟動車窗電機使車窗降下。執行報警子程序，控制語音和燈光，引起路人和車內人員注意。執行定時子程序，繼續進行車內環境監測，若在定時時間內未能使車內溫度、CO和CO2濃度降低到安全值范圍內，則車門自動開鎖，可啟用遠程報警功能，方便解救車內被困人員。系統程序流程圖如圖3所示。

圖3 系統程序流程圖

4 結論

本文設計了一種以STC89C52單片機為主控制器的一種汽車智能維生自救安全報警系統，利用人體感應模塊、溫度傳感器、一氧化碳和二氧化碳傳感器等采集數據，自動監測車內情況，通過單片機進行數據處理與控制，從而對車內是否有人、是否存在高溫、氧氣不足、有害氣體濃度過高等安全隱患做出判斷，發現異常及時通過語音、燈光等方式進行現場報警提醒，同時降下車窗，還可增加緊急遠程報警功能，利用GSM通訊與GPS定位及時遠程報警，方便解救車內被困人員。本系統能夠為出行多加一份安全，為孩子、老人和家人多加一份保障，還可與智能家居系統結合，具有一定的實際應用價值和可觀的市場前景。