赵艳清 李金柏 马雪林 武宏姗
摘 要：对近年来车辆安全事故的调查与分析，我们发现由于家长的疏忽大意，把孩子单独留在车内发生意外的事故并不少见，基于此，设计了一种监测孩子生命安全情况的语音报警系统。该报警系统运用移动通讯系统、人体感应模块、CO传感器、DS18B20温度传感器和单片机相结合的原理，实现报警功能。文章主要研究通过监测车内温度和有害气体浓度变化，使车辆可以实现自动报警功能，从而能够减少车辆安全事故的发生。
关键词：车辆安全；传感器；单片机；报警系统
中图分类号：TP277 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）22-0042-03
Abstract： Based on the investigation and analysis of vehicle safety accidents in recent years， we find that accidents that happen when children are left alone in a car are not uncommon because of parents' carelessness. Based on this， a voice alarm system is designed to monitor the safety of children's lives. The alarm system uses the principle of mobile communication system， human body induction module， CO sensor， DS18B20 temperature sensor and single-chip microcomputer to realize the alarm function. This paper mainly studies how to monitor the change of the temperature and the concentration of harmful gas in the vehicle， so that the vehicle can realize the function of automatic alarm， so as to reduce the occurrence of the vehicle safety accident.
Keywords： vehicle safety； sensor； single chip microcomputer； alarm system
近年来科技的飞速发展，车辆已经成了人们出行必不可少的代步工具，校车作为新一类的校园专属交通运输工具，有了很大的发展，但与此同时带来的牵连着家庭幸福，社会稳定的安全问题更值得我们深思。调查了解，市面上普通的报警系统形式单一，成本高，而该系统正好克服了这两大缺点，本着在时时监测孩子生命安全的原则，以单片机为中心和传感电路相联系，通过进行信号转换，并与特定手机用户绑定实现随时能够了解车内环境情况，达到及时报警的目的。
1 背景
让人揪心的是每年都会因为一部分家长的粗心大意，发生孩子被长时间遗忘在车内而导致死亡这种事故。据了解从1990年至2016年，全球至少有793名儿童，由于被父母有意或无意的单独留在车内而导致的死亡。从1998年开始，全球每年平均有37例这样的儿童死亡时间发生，也就是平均每9天就会有一个孩子因为这样事故而死亡。下表是近八年来全球类似事件的死亡人数统计图（图1）。
通过上述数据分析，我们可以形象直观的看出市场对于这种报警器的迫切需求，在对生命感到惋惜同时我们更多的应该思考如何能够减少事故的发生。
2 报警器报警
2.1 环境分析
（1）车内温度变化。有关研究发现，一个密闭空间的车厢，在太阳连续一个小时的直射下，车内温度可提升20摄氏度以上，即使车辆的外围温度只有26摄氏度，经过30分钟的暴晒，车内温度完全可能达到40摄氏度以上。在这样的高温下，孩子体温上升，水份散失的速度远远比成人快的多，这样更容易因为中暑甚至引起火灾而导致死亡。表1为车内温度随时间变化情况。据研究在一辆温度高于正常温度的车内，仅仅15分钟就可以让一个孩子的大脑和肾脏遭到轻度损伤。而当体温达到40摄氏度时，孩子的体内器官就会停止运行，如果对于发育不完全的孩子来说，体温调节功能很容易失去平衡，这时候这种狭小密闭不透风的空间，很容易导致孩子出现缺氧、脱水昏迷，甚至窒息死亡。
（2）车内CO浓度分析。我们知道车厢内部相对封闭，孩子在车内滞留的时间越长，氧气逐渐耗尽，而且得不到补充，车辆经过30分钟的暴晒，车内的一氧化碳浓度上升，并且随着氧气的减少，车内有害气体的增加，车里的孩子就会产生缺氧的现象，长时间会严重损伤孩子的身体机能。根据车内环境的分析，可见车内温度和气体的变化对孩子健康的影响，为了避免类似事故的发生，需要在车内安装能够时时监测车内环境并可以进行报警的报警系统。
2.2 基本原理
该系统基于单片机的一种语音报警系统，警情信号监测由一氧化碳感应器与温度传感器两路信号采集电路组成，报警方式的实现通过与特定的手机用户相结合的方式实现。
车辆熄火后，如果驾驶员离开，车门关上后会触动报警系统开关，该系统会在1分钟，3分钟和6分钟时对车内环境进行监测，根据车内一氧化碳浓度、车内温度的变化，通过与两个指定的手机用户绑定，以手机短信和拨号的方式向用户传达报警信息。
（1）单片机原理。如今单片机的应用已经非常广泛，大到航空航天领域，小到家用电器领域，都随处可见单片机的身影，该系统是基于单片机的研究，足可见其重要性。该单片机由晶振电路、复位电路组成，集电源供电模块，温度采集模块，人体感应模块，液晶显示模块为一体，处理功能强具备通信接口，可以方便进行数据通讯，简化了电路，降低损坏率及错误率。该系统用的STC89C52RC单片机是在8051单片机上进行升级改进，它是新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。该单片机为了满足测量温度的要求，在片内集成ADC接口等功能的温度及气体测量控制电路，准确实现其报警功能。
（2）CO传感器工作原理。MQ-7传感器采用半导体气敏元件，对一氧化碳具有很高的灵敏度和良好的选择性，双路信号输出，输出0-5V电压，具有长期的使用寿命和可的稳定性。采用高低温循环检测方式检测一氧化碳，使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。当车内一氧化碳浓度达到一定值时，一氧化碳气体会经过报警器外壳上的气孔到达传感器，传感器将检测到的浓度通过芯片转换，输出电压值然后由STC89C52RC单片机进行数据处理。原理图如下图2。
当车内一氧化碳浓度达到100ppm时，传感器感应转化成电信号，蜂鸣器报警，报警灯闪烁进行报警提醒，当车内浓度超过130ppm时，该系统进行报警同时给特定手机用户发送消息并进行拨号提醒，如果浓度超过100ppm时，该系统会给同时两个特定手机用户进行短信和报警提醒。
（3）温度传感器的原理与应用。该系统采用的是DS18B20温度传感器，其工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。将温度检测和数据输出集中在一个芯片上，极大的增强了抗干扰的能力。普通的热敏电阻硬件电路复杂，通过测出的电压转换成对应的温度进行测温，而这里采用的是全数字温度转换及输出的温度传感器，它的检测温度范围为-55°C～+125°C（-67°F～+257°F），最高12位分辨率，精度可达土0.5摄氏度，采用先进的单总线数据通信，内置EEPROM，限温报警功能。当车内温度超过30摄氏度时，系统启用人感雷达搜索，如果发现有人遗留蜂鸣器和闪烁等报警提醒；当温度超过35摄氏度时，会给特定的手机用户发送消息并进行电话提醒；当车内温度超过40摄氏度时，蜂鸣器疯狂鸣叫，闪烁灯一直闪烁，系统会两个特定的手机用户发送报警信息会给另一个特定用户拨号提醒。温度传感器的结构如下图3所示。
3 结束语
在每个孩子成长的过程中，每个家长和老师都有责任在生活和学习上引导他们，更重要的是应该营造一个安全健康的环境，尤其是在容易被忽视的情况下。车辆生命监测报警系统从时间、温度、CO浓度等三个面进行监测，可以很好做到在这种被忽视的情况下做到随时与手机特定的用户进行联系，在特定情况下达到准确、快速的了解车内情况，实现第一时间解救孩子。随着计划生育政策的改变，孩子和车辆数量在逐年增多，为了减少事故的发生，生命监测语音报警系统会成为以后车辆不可缺少的一部分。
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