基于单片机的小轿车报警救人系统

塔里木大学信息工程学院通信工程系 邹 敏 张 晓 郑现超 张楠楠

1.总体设计方案

1.1 系统基本组成

该小轿车报警救人系统主要由STC89C52单片机作为主控电路，通过MH-Z14A二氧化碳传感器检测车内的二氧化碳浓度及温度感应器检测车内温度,具体包括STC89C52单片机、MH-Z14A二氧化碳传感器、温度感应器、红外感应装置、SIM 900A通信电路、LCD1602液晶显示器、蜂鸣器报警装置等模块。

1.2 系统基本原理

系统基本原理是首先通过红外感应装置检测在密闭的、不行驶的小轿车车内有无乘员，若没有，则本系统不开启；若有，则系统开始工作。然后通过MH-Z14A二氧化碳传感器和温度感应器不停地检测车内的二氧化碳浓度、温度是否超过设定的阈值[1]，若二氧化碳浓度或温度其中有一项超过阈值，则将检测到的数值通过LCD1602液晶显示器显示出来，并通过SIM 900A通信模块自动打电话给车主以报警，与此同时车窗半开启。

图1 系统结构框图

2.硬件设计

2.1 主控模块——STC89C52单片机

采用STC89C52芯片作为主控电路，其理由如下[2]：

第一，采用了超大规模集成电路技术的STC89C52芯片，数据处理能力极强。

第二，该芯片在-40～+85℃的温度范围内皆可正常工作。换言之，在恶劣的环境下STC89C52芯片的性能良好。

2.2 通信模块——SIM 900A通信电路

该模块采用串口（UART）通信，可实现发短信或者打电话的功能，并且利于封装，同时因为SIM 900A的小巧、紧凑，所以当该芯片作为通信模块被应用在此报警系统之时，所占比的空间更小，而其采用了功能强大的处理器ARM 9216EJ-S内核又使得其性能优越，能实现信息的高速传输。

2.3 CO2检测模块——MH-Z14A传感器

该传感器的工作原理是利用非色散红外（NDIR）原理对空气中存在的CO2进行探测，具有很好的选择性和无氧气依赖性[3]。它的高灵敏度能为本报警系统的检测工作提供极其精确而有效的数据，同时其优异的稳定性、使用寿命长等优点又大大增强了本系统长久工作之后的可靠性。

2.4 温度感应模块

该模块的核心就是温度传感器，温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器[4]。按测量方式可以分为接触式和非接触式两大类[5]。鉴于本设计系统的特性，考虑到温度感应模块需要精确地检测车内温度，因而必须先充分的与车内空气接触，故采用接触式的温度测量仪表。

接触式的温度测量仪表是需要通过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度，一般测量精度较高[6]。本系统是应用到车内，所以设计时必须充分考虑到温度计的接触面问题。

2.5 液晶显示模块——LCD1602液晶显示器

LCD1602液晶显示器其特殊的点阵字符位特性，有着行间距和字符间距的作用。正因为如此，所以LCD1602它不能很好地显示图形，却能较好地显示具体数据[7]。LCD1602是指显示的内容为16X2，即可以显示两行，每行则是16个字符液晶模块（显示字符和数字）[8]。

当单片机采集到二氧化碳浓度及温度的信号后，经过处理、加工、传递，立即在LCD1602上面显示出当前测量到的二氧化碳的浓度值。

3.软件设计

3.1 主程序流程

本设计采用STC89C52和STC89C51作为控制的单片机芯片，是本系统中的核心部分与中枢，他们控制整个系统的正常运行[9]。软件设计主要分为系统初始化、驱动传感器，二氧化碳浓度、温度的计算和显示等，设计的主程序流程图如图2所示。

图2 主体设计流程图

3.2 中断程序设计

本设计系统采用的定时器中断是为了驱动二氧化碳传感器和温度感应装置，每次进入中断后需要不断地重新赋值，流程图如图3所示。

图3 中断程序

图4 SIM 900A模块程序流程

3.3 SIM900A程序设计

SIM 900A模块与单片机是串口通信，由单片机的引脚P30/P31来控制SIM 900A模块的读写数据命令功能，流程图如图4所示。SIM 900A模块内部是采用串口（UART）通信，是通过另一个单片机发送AT指令来控制的，只要该单片机通电则SIM 900A模块就开始打电话。

3.4 报警程序设计

报警采用的是以iSIM 900A模块为核心加上蜂鸣器、电风扇和2个发光二极管来显示。传感器输入值后，运行比较程序，小于阈值则执行显示程序，大于阈值则进行声光报警。报警流程图如图5所示。

图5 报警程序流程图

4.开发环境

根据本设计的特点，因其核心主要是STC89C52单片机，所以这里采用Keil uVision3，它是51 系列兼容单片机C语言的开发系统。它具有效率高，运行速度快，占用存储空间小等等一系列优点[10]。它能够写出最优化程序，且能反映出计算机的实际运行情况[11]。具有良好的模块化、容易阅读、维护等优点，且编写的模块程序易于移植[12]。最后把Keil uVision3生成的HEX文件，再通过STC_ISP_V483烧录到单片机中及程序烧录完成。

5.实验结果与结论

5.1 实物展示

图6所示为本硬件设计实物图，包括单片机STC89C52，STC89C51，MH-Z14A气敏传感器，温度传感器，SIM 900A通信模块及开关，蜂鸣器，电风扇和电阻等。

5.2 系统测试

待硬件和软件都准备完毕之后，将该系统放入密闭的玻璃箱内，打开电源开关，系统初始化，各模块预热并开始正常工作。当LCD1602液晶显示屏正常工作时，就往密闭玻璃箱中徐徐通入二氧化碳，几秒后荧屏则会显示CO2浓度值开始升高。若二氧化碳浓度超过设定的阈值，则立马会启动蜂鸣器报警，电风扇转动，二极管被点亮，SIM 900A模块开始工作（大约10秒后会接到该模块拨打的电话）。测试时我们还可以调节阈值的大小来控制系统的报警状态。同理，当对玻璃箱缓缓加温时，若超过设定的温度阈值时，也会立即报警（整个过程温度的测定值将不会在LCD1602上显示）。最后，将把二氧化碳和温度结合起来共同对本系统作用，只要其一超过阈值则报警。

图6 总体实物图

6.总结

通过团队的不断调整与改进，基于单片机与软件设计的预警救人系统现在能轻松地实现红外感应人体、温度预警、二氧化碳浓度预警、自动拨打报警电话等功能。基于该系统的设计灵感来源于社会事件，因而本报警系统具有良好的扩展性及实用性，尤其其实用性具有更为广阔的应用价值和极高的实际运用意义。该系统不仅可运用于家庭小轿车预警救人，也可运用于中小学校车之内，更可以用于矿产挖掘和密闭空间气体监测、报警等方面。

当然，由于客观条件不足和团队能力有限，该系统还有以下不足之处需要改进：

（1）增加语音提示模块；

（2）单片机的控制算法较为简单，应进一步对中断、判断、报警等程序算法进行优化，以提高灵敏度，减少延迟。

[1]李万鹏,许美玉,王迪,李世明.基于IoT的二氧化碳浓度检测及通风控制系统的设计与实现[J].智能计算机与应用,2015,5(1):53-55.

[2]蔡晓艳,胡朝阳.基于STC89C52单片机的火灾语音报警器的设计与实现[J].电子设计工程,2015,23(14):67-69.

[3]彭占武,王雪,袁洪印.基于ZigBee的鸡舍环境无线监测系统设计与实现[J].中国农机化学报,2015,36(2):238-241.

[4]杨东生,崔博.传感器在油气生产物联网中的应用[J].通信管理与技术,2013(2):17-21.

[5]车向前.结构光三维测量系统中匹配与拼合技术研究[D].哈尔滨工程大学,2008:72.

[6]王琳.浅谈温度传感器特点及其应用[J].黑龙江科技信息,2011:21.

[7]张建军.MRI梯度功率放大器软件系统设计与分析[D].电子科技大学,2013:78.

[8]赵海兰,赵之赫.基于单片机的红外遥控智能小车的设计[J].电子世界,2013(3):31-33.

[9]张红,雷志国,潘帅帅,王晖.基于MCS51单片机的智能校园导游车的设计[J].长春工程学院学报(自然科学版),2012,13(4):108-110.

[10]王正兰.基于at89c51的多功能智能实验测试仪器的设计与实现[D].兰州大学,2006:77.

[11]吴媛媛.轴类零件装配力检测系统的研究[D].大连交通大学,2007:82.

[12]360百科.https://baike.so.com/doc/5407199-5645104.html.