一種車內環境危急情況時的警示電路

關紫迎，張曉霞，吳靈麗，吳耀德

（長江大學 物理與光電工程學院，湖北荊州，434023 ）

0 引言

生活水平的提高，使得人們有充足的經濟條件去擁有私人汽車來獲得生活的便捷。據公安部交管局統計，截至2021年9月，全國機動車保有量達3.90億輛。隨之而來的還有不同交通事故的高發，造成了大量的財產損失和人員傷亡。而產生這些嚴重后果的一個重要原因是未能對各種危急狀態提前警示或事故發生后救援不夠及時，在這樣的環境下，進行交通安全研究是非常有必要的。

現如今大多汽車報警電路的研究重點主要集中在于預防車輛事故的發生，報警種類也較為單一，而對于多種危急狀態的綜合報警，以及呼叫求助方面的研究還未完善成熟。結合行車過程中多種危急情況（比如嚴重的碰撞、車體側翻、剎車失靈、老幼人員受困、車內外起火、落水等等），設計了一種多功能聲光報警電路，既用于警示車內人員逃生，又可以提醒一定距離范圍內的過往車輛及行人注意避讓或提供救援。

1 電路總體框架設計

該電路分為兩個部分，分別是本車的直接報警電路和異車報警接收感知電路。

考慮到不同的危急情況，在電路系統當中加入相應的感應器，在行車發生事故時感應檢測事故情況，用語音報警電路給予本車人員聲光警示，并將本車事故情況編碼，然后通過發射電路給異車發送警示和求救信號。

本車直接報警電路由各類傳感器，總控制電路、報警類型編碼電路、報警信號發射電路，語音呼叫和燈光顯示電路組成。該部分發射的報警信號還可以作為專業救援部門的搜救指引信號，本車報警電路結構框圖如圖1所示。

圖1 本車電路框架圖

當異車報警感知電路工作時收到事故車輛發出的信號，通過解碼電路進行解碼能識別事故車輛的事故類型并給予異車車主聲光示警，同時通過距離識別電路判斷事故車輛位置范圍，借助以上電路工作來避免異車與事故車輛發生二次車禍，以及時提供事故車輛救援減少人員傷亡和財產損失。

異車報警感知電路包括警示信號接收電路，信號解碼電路、距離判別電路、語音提示電路。該系統在行車環境危急情形下由各傳感器進行相應的判別，及時觸發報警請求救援，異車報警接收電路結構框圖如圖2所示。

圖2 異車電路框架圖

2 具體電路硬件設計

■2.1 分部硬件設計

2.1.1 傳感器

為應對各種危急情況，在電路中設置相應的傳感器，其中包含有NIS-07離子式煙霧傳感器、LM35溫度傳感器以及HC-SR501紅外傳感器等，面臨火災，車內人員滯留等情況時都能做到及時檢測以及警示。

NIS-07離子煙霧感應器是一種通過相當于煙敏電阻的電離室引起的電壓變化來感知煙霧離子的微電流變化裝置，將收集到的煙霧信號轉化為電信號。

LM35器件有很高的工作精度和較寬的線性工作范圍，其輸出電壓與攝氏溫度線性成比例，溫度每上升1℃，電壓上升10ms。溫度傳感器再加上HC-SR501紅外傳感器探測到活物發出的紅外線，二者共同作用輸出信號傳遞給控制電路。

2.1.2 組合電路

器件選用雙運算放大器LM358，四—二輸入與門74HC08，三—三輸入或門74HC4075。

V1～V4為各類傳感器閾值比較的基準電位，各類傳感器實際測定的參數與其比較，超過閾值電壓時，比較器輸出的電位為高電位，否則為低電位。例如溫度傳感器LM35測定的溫度為55℃時，輸出的模擬電壓為3.2V，此時超過預先設定的基準電壓V2，輸出高電位。紅外傳感器HC-SR501感應到人體紅外線時，觸發的模擬電壓也超過基準電壓V3輸出高電位，此時LM35與HC-SR50同時輸出有效，與門74HC08輸出高電位。另外若煙霧傳感器NIS-07檢測到車內環境煙霧濃度超過正常范圍時，輸出的模擬電壓值將超過基準電壓的閾值，輸出高電位。以上任意條件之一被滿足時，都會經過或門高電位輸出。

圖3 組合電路設計

2.1.3 編碼/解碼電路

PT2262/2272是一對帶地址、數據編碼功能的紅外遙控發射/接收芯片，是一種CMOS工藝制造的低功耗低價位通用編解碼電路。其中發射芯片PT2262是由載波振蕩器、編碼器和發射單元集成而一身，使得發射電路非常簡潔。

在使用中，我們通常采用8位地址碼和4位數據碼，這時編碼電路PT2262和解碼電路PT2272的第1～8腳為地址設定腳，每個引腳有三種狀態可供選擇：懸空、接正電源、接地，所以可選擇的地址編碼一共有38=6561組。我們可以根據實際需要設定地址碼，只有編碼電路PT2262和解碼電路PT2272的地址碼對應一致時，才能完成配對接收。

在本次使用中，我們將兩個模塊對應的地址碼預先設定成相同，其他的引腳設定為數據碼，數據碼位數由傳感器的數量和類型決定，PT2262輸出信號經高頻放大后發射。異車接收電路將經由天線和高頻放大電路放大后的已調波送入到PT2272，設有相同地址碼的PT2272接收信號后將數據碼解調出來并傳輸給語音芯片。

2.1.4 語音模塊DTM3202

DTM3202是一款帶USB直接更新語音內容，音量大小可調且支持32G的內存卡，帶12V輸出電壓的語音模塊。它能夠10路一對一控制語音播放，還可以設置上電自動循環播放所有語音。將MP3格式的音頻文件拷貝到TF卡，聲音排序按文件名排列，以5位數字命名，例如00001，通過IO口功能配置軟件，生成配置存入TF卡。

2.1.5 距離范圍判別電路

此電路由高頻檢波與比較電路組成，利用不同的電信號強度可以判別本車與異車的距離大致范圍，以警示周圍的車輛以及行人報警或避讓或是救援。

檢波電路由檢波管D，RC電路構成，完成對接收到的幅度已調波的幅度檢波，輸出的模擬電壓值將送入到比較電路的比較輸入端。比較電路采用集成運放構成，其輸出電壓范圍為：0～5V。本次距離判別分為0～100m、100～500m、500～1000m三個大致范圍，故采用三級過電壓比較器來實現，那么比較器的閾值電壓根據對應范圍實測參數確定，在電路中有分壓電阻的取值來實現。

高頻放大后的信號經幅度鑒別判定距離后，得出與距離對應的代碼，該組代碼與PT2272解碼出的數據碼一起共同傳輸給語音芯片，驅動揚聲器發出報警信號。

圖4 距離范圍判別電路設計

■2.2 總電路圖

綜上所述，本車電路主要由各類傳感器通過組合電路輸出信號觸發語音芯片和帶狀LED發出聲光以警示駕駛員，且將相應的傳感器觸發情況傳遞給PT2262芯片，編碼發射給異車。

異車電路的接收頭接收到信號以后，將其通過PT2272解碼并且經過幅度鑒別傳遞給語音模塊。

3 電路測試及仿真

■3.1 組合電路的仿真

采用Protues仿真，設置高低電平轉換開關模擬傳感器是否觸發，當按下任意一個轉換開關，經三輸入或門輸出高電平。

■3.2 幅度鑒別電路的仿真

我們利用高頻檢波和比較電路組成幅度鑒別電路。接收頭接收到的信號傳輸給高頻檢波部分，這部分的作用是從已調制的高頻檢波中恢復出原來的調制信號。在比較電路部分，利用不同的電阻，使得反相端輸入的電壓不同，使得輸出不同的數字信號，判斷其距離范圍。

示波器XSC1為電路的輸入波形，示波器XSC2/3/4為輸出的信號幅值情況，將它們進行幅度鑒別，可以看出他們的延時不同，得到類似于000～111八種情況，由此判斷出距離范圍。

圖5 本車報警電路圖

圖6 異車接收感知電路圖

圖7 組合電路仿真

圖8 幅度鑒別電路仿真

4 結論與展望

本電路分為本車直接報警電路和鄰車報警感知電路，本車感應到不同的危急情況，給予本車聲光警示，可以給車內人員更多的反應時間能夠自救，并且一定距離范圍內的異車可以得到提示遠離事故車輛或是給予救援，使用十分方便，電路的編碼信息可以與GPS定位系統連接且不依靠現有的通訊網絡，對于減少危急狀況下的人員財產損失具有現實的應用意義。

圖9 幅度鑒別電路仿真結果