基于单片机的车辆生命监控报警系统研究

王婧 魏欣欣 金宇

摘 要：近些年，意外将儿童锁在车内导致死亡的问题不断发生，为了避免此类事故，研发了基于单片机的车辆生命监控报警系统，采用单个传感器来分别检测一氧化碳浓度、温度、人离开车内时间。产品内安装了两个移动4G卡，即让此装置与两部手机相连通。这样，当车内儿童遇险时可以向2个人求救。保证了当其中一位家长无法及时接通手机时，可以向4G卡中的另一位监护人求救。利用上述手段，可以有效避免儿童车内窒息死亡事故的发生。

关键词：车辆生命监控报警系统；单片机；儿童窒息

中图分类号：TP368 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）22-0069-02

Abstract： In recent years， the problem of accidental death of children in the car has occurred continuously. In order to avoid this kind of accident， a vehicle life monitoring and alarming system based on single-chip microcomputer has been developed. A single sensor is used to detect the concentration of carbon monoxide， temperature， and the time people leave the car. Two mobile 4G cards are installed in the product to connect the device to two mobile phones. In this way， when a child in the car is in danger， two people can be called for help. This ensures that if one of the parents is unable to connect to his cell phone in time， he can call the other guardian on the 4G card for help. Using the above means， we can effectively avoid the occurrence of suffocation death accidents in children's cars.

Keywords： vehicle life monitoring alarm system； single chip microcomputer； asphyxiation of children

引言

近年來，随着经济的快速增长，人们的生活越来越富有，很多家庭都开始以汽车作为主要的交通工具。但是随之而来的，除了汽车出行的方便快捷，还存在着一些安全问题。夏天出行，室外温度高，有的家长携带孩子出行，为了防止孩子受到太阳的暴晒，往往会将儿童放置在车内，自己独自出去办事，这样虽然方便了许多，但是却造成了另外一种更加致命的危险。由于室外的温度高，在太阳的照射下，车内温度会上升的很快，被锁在汽车内的儿童由于家长将车门锁上而无法及时向外呼救，导致孩子在车内窒息死亡。美国研究表明，当气温达到35℃时，阳光照射15分钟，封闭车厢里温度就能升至65℃，在这样的环境里呆上半小时就能致命。因此，解决儿童滞留车辆导致死亡的安全问题刻不容缓。美国研究调查表明，美国对于过去10年间发生的339起儿童死于车内的案件，无论是父母还是教师都受到了不同形式的惩罚。这一点也值得中国借鉴，惩罚不是撕裂亲情而是为了让此类事件不再发生，让父母不再犯同样的错误。对此，我们团队研发了一项车辆生命监控报警系统来解决此类问题。

1 产品概述

我们团队是基于单片机来研发本产品的，单片机是将具有数据处理作用的中央处理器，只读存储器，计时器和多种接口等一起集成在电路芯片上的一种小型计算机系统。单片机在我们的生活中处处可见，如摄像机，录像机等。此产品采用单片机控制用的是51单片机，51单片机是由美国公司研发的一种可编程存储器，具有低电压，高性能，可编程的优点。单片机的只读存储器可以使数据反复擦除，并且长时间保存。模数转换芯片接收经过运算放大器传来的的一氧化碳传感器、温度传感器、红外人体感应器等检测结果，经过处理后才传给单片机进行数据处理，单片机进行判断是否需要进行报警。

传感器是指能把非电量转换成电量的器件，传感器实质是一种功能模块，它的作用是将来自外界的各种信号转换为电信号，是实现测试与自动控制系统的首要环节。传感器主要由敏感元件、传感元件和测量电路、辅助电源四部分组成。结构图如图2。

2 产品组成

我们的产品采用单个传感器来分别检测一氧化碳浓度，温度，人离开车内时间。分别是红外人体感应模块，有毒气体感应器，温度传感器，移动4G模块和北斗导航模块。该装置的红外人体感应模块主要用于感应是否有儿童在车内，当有人进入感应范围内人体红外光谱会发生变化，红外传感器会接通负载，只要人在传感器的感应范围内，装置就会持续报警，当人离开感应范围，红外传感器就会自动关闭负载，报警结束；移动4G模块的安装，使产品相当于一个电话，可以向外界呼救。并且我们的产品内安装了两个移动4G卡，即让此装置与两部手机相连通。这样，当车内儿童遇险时可以向2个人求救。保证了当其中一位家长无法及时接通手机时，可以向4G卡中的另一位监护人求救。

温度感应模块用于测定车内温度，对于儿童车内致死事件，温度有很大的关系，实验表明，在周围环境温度仅有27℃的情况下，人坐在阳光直射的汽车内2分钟后就会使人感到胸闷不适，此时温度已达到34℃，10分钟就可以达到人体体温的37℃，1小时后温度可高达50℃，足可以蒸熟鸡蛋！本产品主要实现当车内温度大于30℃时，装置报警；温度大于35℃时，给第一个人发消息打电话；温度大于40℃时，给第一个人和第二个人发消息，并且给第二个人打电话。

下面我和大家介绍一下有毒气体感应模块。有毒气体报警器主要采用具有高稳定性的一氧化碳气体传感器来检测车内气体浓度，检测结果通过高精度的运算放大器放大后送入模数转换芯片中转换，从而让51单片机来判断是否需要报警。大家也许会有疑问，当车内开空调时车内温度降低为什么也会引发窒息？首先车内循环有两种模式内循环模式和外循环模式，当车门和车窗关闭时，车内形成了一个封闭的内循环模式，即关闭了车内与车外的气流交换通道，从而使气流循环只是在车辆内部进行。开空调的时候如果开启的是內循环模式，那么，在密闭条件下车内的空气是不能与外界新鲜的空气进行交换的，这样会导致车内一氧化碳浓度越来越高，同时，车内儿童吸收氧气呼出大量二氧化碳，导致车内氧气减少，会使人感到恶心、昏迷甚至窒息死亡。

一氧化碳是一种无色，无味的气体，容易在无形中致人死亡，并且它与血红蛋白结合的能力是氧气与血红蛋白结合能力的200-300倍。一氧化碳气体进入人体血液后与人体内的血红蛋白结合，形成碳氧血红蛋白，导致血红蛋白不能与氧气结合，当碳氧血红蛋白的含量超过5%时，就会对人体产生伤害，达到60%时，人体就会昏迷，达到90%时，人体就会因为缺氧而导致窒息死亡。血红蛋白与氧气和一氧化碳结合的方程式如下：

Hb+CO=HbCO Hb+O2=HbO2 （1）

当一氧化碳含量为100ppm时，人在此环境中呆2至3个小时，会造成轻微的头痛。在含量为200ppm的环境中呆3个小时会令人失去判断能力。当CO含量达到1600ppm时2小时内可致命。并且由于孩子呼吸速率比成人更快，每千克体重吸入的一氧化碳含量会更多，所以儿童比成人一氧化碳中毒的危害更大。我们产品的有毒气体感应器主要是对车内一氧化碳气体浓度的识别。对此，我们团队利用打火机来释放一氧化碳，用一氧化碳测试笔来测定此时一氧化碳的含量来证明，当车内CO气体含量大于100ppm时，此装置报警。当气体含量大于130ppm时，给第一人发消息并打电话。当气体含量大于160ppm时，给第一人和第二人都发消息，并给第二人打电话。

3 项目创新点和发展前景

我们的产品与以往产品不同的是，它是由多个感应器组装而成，功能具有多样化，从温度，一氧化碳含量等多个方面来保证车内儿童的安全。并且它的使用方法非常简单，利用移动通信网络报警设备，在该产品内放入两部手机的移动4G电话卡，以此让该装置关联两部手机，之后利用该装置便可达到解救车内滞留儿童的问题。

随着人们经济收入的不断提高，汽车保有量越来越大，由汽车引起的安全事故也随之而来，也越来越引起人们的重视。我们的产品使互联网+安全+车辆达到非常好的统一效果。所以，我相信我们的产品未来发展是很可观的。

4 结束语

本产品是一项车辆生命监控报警系统，由红外人体感应模块，有毒气体感应器，温度传感器，移动4G模块和北斗导航模块五部分构成，打破了以往产品过于单一化的特点。可通过检测车内温度的变化、一氧化碳浓度、人离开车内时间的方式来保护车内儿童的安全。

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