防车内滞留儿童报警系统设计与制作

罗睿南

摘 要：随着汽车深入到人们生活中，车内滞留儿童引发的安全问题也愈发突出。虽然当前已经有一些方案试图解决该问题，但均存在一些不足。本设计与制作在参考已有成果基础上，研究提出了新的解决方案。新系统由两套独立检测装置构成，各有侧重，分别检测座椅上静止状态的儿童和不在座椅上活动状态的儿童，涵盖了儿童可能滞留在车内的各种情况，设置了车窗升降系统，能夠实施自救，增加了系统可靠性。同时，也有效避免了部分解决方案中为启动空调而需先启动发动机带来的其他隐患。我们将新方案制作成演示模型，演示效果明显。本系统不仅能够报警和自救，其快速响应的特点更能教育培养司机形成绝不将儿童滞留车内的习惯，消除司机的侥幸心理，从源头上解决车内滞留儿童问题。

关键词：车内滞留；儿童；报警；自救

中图分类号：TP277；U463.6 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）24-0043-03

随着经济发展，我国汽车保有量逐年增高。据统计，2017年底我国共有2.17亿辆汽车，汽车驾驶员3.42亿人[1]。庞大的汽车数量和驾驶人群意味着汽车已经深入到千家万户的生活，已经成为人们常用的代步工具。但是随之而来的不仅仅是便利，也有各种与之相关的事故，最受关注问题之一就是车内滞留儿童窒息死亡。2016至2017年，我国至少发生25起儿童被滞留车内的事故，超过20人不幸遇难[2]。防止车内滞留儿童引发事故成为了备受社会关注的焦点，当前已经有相关专利和论文设计了不同的报警系统，主要存在以下问题：

（1）不能有效区分座椅上是儿童还是货物。一些设计利用弹簧开关、压力开关或红外对射装置判断座椅上是否有儿童[2-5]，但是如果座椅上放置的是货物也会引起系统的误报警。

（2）检测系统单一，可靠性低。一些装置只使用了一套检测装置，如果检测元件出现故障则会造成整个系统失效[6-8]。

（3）系统判断报警条件时间长，儿童长时间处于恶劣车内环境，易产生很大的人身安全风险。一些专利利用温度传感器、二氧化碳传感器和一氧化碳传感器监控车内环境[9，10]，以一氧化碳检测为例，如果传感器检测到一氧化碳已经升高然后再发出警报，考虑司机和路人施救的延迟，这期间儿童在车内会受到一氧化碳的危害。

（4）系统工作需要启动发动机，汽车处于可驾驶状态，存在儿童误操作和不法人员抢夺汽车的危险。部分专利利用空调改变车内危险的环境[7，11]，但是空调启动的前提是启动发动机，如果发动机启动，整个汽车处于可驾驶状态。儿童具有很强的好奇心，如果儿童试图驾驶汽车可能引发严重的交通事故；如果不法分子试图抢夺汽车，在发动机启动的情况下，汽车以及车上儿童均面临危险。

（5）利用声音传感器，误报警概率高。部分专利中使用声音传感器作为探测儿童滞留车内的依据[12，13]，但是如果车外噪声大或人为恶意发声干扰，极易造成误报警。

（6）未设置系统自救装置，安全系数低。有些专利将报警装置设置在司机处，允许司机将儿童滞留车内，通过给外出的司机发送警报来提醒司机返回[5]。可是，如果外出的司机自身出现意外，车内儿童将无人解救。有些专利需要儿童主动操作进行报警[14]，对于年龄较小或者是睡眠中的儿童，这种设计没有报警效果。

针对以上问题，我们设计制作了具备两套快速检测装置、能够识别座椅上是儿童还是货物、不易被外界触发而误报警、带有自救功能的报警安全系统。

1 工作原理

（1）启动：在模型演示阶段设计为车门关闭即启动报警系统，实际代表的是司机熄火停车的动作。系统启动后会立即检测车内儿童情况，并根据条件立即报警，阻止司机离开，避免司机存在侥幸心理。这一设计是为了防止司机在侥幸心理下临时离开汽车，但是之后司机发生意外造成车内儿童无人解救的情况发生。如果在系统报警后，司机仍然离开，系统的自救装置能够保护车内儿童安全。这样设计的理念最大程度消除司机侥幸心理，教育司机养成车内不留儿童的习惯，如同不闯红灯一样，形成司机必须遵守的规则。

（2）检测：车内儿童具备两种可能的状态，一是处于在座椅上安静落座或睡眠的状态，二是处于在车内移动的状态，我们分别将处于这两类状态中的儿童称为静态儿童和动态儿童。对于静态儿童，其一定会对座椅产生压力，可以利用压力作为检测是否有儿童的标准。但是，有时座椅上也会存放货物，货物造成的压力需要与儿童造成的压力进行区分。儿童区别于货物的主要特征是稳定且高于环境温度的体温。我们同时检测座椅承载压力和座椅上方是否有人体发热现象就可以区分儿童还是货物，使用的装置是压力传感器和人体红外感应器。对于动态儿童，其可能并不坐在座椅上，用于检测静态儿童的装置并不适用于动态儿童。我们利用微波雷达传感器探测是否有运动物体存在，如果检测到运动物体说明车内有儿童。

（3）报警：当两套检测方案中任何一套检测出儿童滞留车内则启动报警装置，报警装置由蜂鸣器演示，但是在未来实用中还包括汽车警示灯等装置。

（4）自救：在报警的同时，系统启动自救程序。我们不利用空调改善车内环境，避免启动发动机造成其他隐患。我们设计了车窗升降装置，当发现险情后车窗立即下降一定高度（可设置为5cm），实现车内通风，车外和车内语言交流同时避免车窗全开留下不法分子盗取车内物品的隐患。

（5）复位：整套报警装置只有在车门重新打开后才会停止报警并复位。

5 实际效果

完成组装并调试系统后，各部件工作正常，能够达到预期设计效果。

（1）启动：车门关闭后（代表汽车熄火、锁车门），报警系统启动。

（2）检测：为了分别检测两套检测方案，我们给微波雷达传感器额外增加了开关，需要检测压力传感器和红外传感器工作效果时，关闭微波雷达传感器开关；需要检测微波雷达传感器效果时，开启开关。只要座椅上没有人体压迫压力传感器，压力传感器检测方案不会报警则此时单独检测微波雷达传感器工作效果。检测结果显示，当用手指压迫压力传感器探头时，系统报警；当用砝码或其他物体压迫压力传感器探头时，系统不报警；当手指（代替儿童）在车内移动时，微波雷达传感器正常工作，系统报警。值得注意的是，微波雷达报警器的探测范围为几米，而车模大小为几十厘米，故而有时车外物体的运动也会引发报警，需要进一步在微波雷达探测器上设置遮挡物（金属、双面胶）限制探测角度和探测范围。

（3）报警：当检测装置检测到信号后，系统立即报警。

（4）自救：与报警装置同时工作的还有车窗升降装置，步进电机带动车窗下降设定高度。

（5）复位：当车门打开后，报警停止，系统复位。

6 结语

针对当前已有各种针对车内滞留儿童问题解决方案的不足，设计了一套既能够检测静态儿童又能够检测动态儿童，同时能够报警和自救的装置，并且在本文给出了该装置的设计和制作细节。该装置实际检验效果优秀，具有实用的前景。该装置的快速响应机制能够有效培养司机不将儿童滞留在车内的习惯，从根本上解决车内滞留儿童问题。