基于树莓派的避免儿童误锁车内报警系统的设计

公妍苏 赵 宏

（东北林业大学交通学院，黑龙江 哈尔滨150040）

科学研究表明，停放在夏日阳光下的汽车，车内温度可以在短短几十分钟上升到50℃以上，容易造成车内被困儿童的缺水、窒息，甚至死亡。为避免这种情况的发生，很多学者致力于避免儿童误锁车内预警系统的研究，依照现在的文献来看，这些系统动用了许多复杂的传感器，甚至动用了人脸识别的技术。一方面由于这些传感器结构复杂，容易出错误，从而导致高故障率；另一方面，采用复杂的传感器，必定会使整套系统的造价上升，造价高但是设备的易用性不高，导致整个系统性价比下降。这里设计的基于树莓派的儿童被误锁车内报警系统，将从提升设备的可靠性和易用性及降低成本两方面阐述此报警系统的组成与原理。

1 报警系统的组成

1.1 系统的总体组成及各模块的分成

本系统由监测模块、控制模块、执行模块三大部分组成。监测模块由传感器承担起数据信号的采集工作，作为整个系统的眼睛。此模块采用了三套传感器以及汽车车门传感器的锁止信号组成监测系统，增加了整个系统的可靠性；控制模块由树莓派作为中枢，不仅对传感器的信号进行简单的分析判断，还承担起逻辑分析的功能，对超过阈值的信号及时反馈，内置于模块的自检算法还承担起整个系统初始化以及故障报错的功能，此外控制模块还包括一些辅助外设按钮，用以对特定情况下人工辅助控制，进一步提升了系统的可靠性以及当系统出现错误时的人工干预能力；执行模块则由汽车喇叭，灯光系统，语音端，车窗的升降机构等执行机构组成，用以监测儿童被困于车内时的执行反馈，以引起驾驶员及路人的注意，便于及时发现危险情况。

1.2 监测模块的组成

该系统的监测模块由红外传感器，内置于汽车坐垫以及靠背的压力传感器，CO2浓度传感器和车门传感器组成。置于车厢内部的红外传感器，用于感受车内人员辐射的红外信号，判断车内人员的有无，这是判定车内人员有无的一个重要的手段。内置于汽车坐垫以及靠背的压力传感器将感受到的压力信号，按照一定的规律转换成电信号，供控制模块作为执行判断的依据；CO2浓度传感器将判断汽车熄火锁门后，车内的CO2浓度，设置这个传感器的目的是考虑到如果有孩子在车内睡着后家长粗心大意将孩子落在车内，此时红外传感器以及压力传感器不能监测到动态的信号，导致控制机构做出错误的判断，设置CO2传感器将起到一个双保险的作用；车门传感器是整个系统的核心，只有监测到车门有锁止信号时，系统才能预警，主要执行器才可以根据控制模块的判断，进行相应的动作。

1.3 控制模块和执行模块的组成

系统的控制模块是树莓派，承担信号的输入与输出，对输入的信号进行对比与判断，决定是否激发执行器。控制模块还包含两个独立的按钮，按钮1 置于汽车仪表面析处，用于控制整个系统的电源的通断，按钮2 置于靠近汽车驾驶位A 柱的内侧，用于系统误判后的归位。执行模块的汽车喇叭，灯光系统，语音端以及车窗的升降机构，都是为了能及早的引起驾驶人员以及路人的注意。此外，执行模块还包括系统工作状态指示灯，用于树莓派对输入信号的监测判断，对系统工作状态的实时显示，当系统工作故障时，作为执行模块的工作状态指示灯将根据树莓派的指示，亮起红灯。

2 报警系统的工作原理

本系统主要是监测车内是否有儿童被困，并据监测结果及时做出预警。系统采用模块化的思路，有三个模块：监测模块、控制模块、执行模块，他们之间的运行关系如下。

2.1 整个系统的供电来源于汽车电瓶，并且由按钮1 控制整个系统的电源通断，该按钮为常开按钮，每一次接通树莓派会自动的控制整个系统的电源通闭情况。引入汽车钥匙开关档位中的ACC 档作为系统启动的触发条件，一旦监测到这个触发条件，树莓派则控制着对整个系统的自检工作，自检状态良好，控制执行机构中的系统工作状态指示灯亮起绿灯，系统可以正常工作。否则，监测到系统中的任何一环出现问题，系统工作状态指示灯亮起红灯并且语音端提示错误，此时可以按下按钮1对系统进行手动关闭以待检修。

2.2 当驾驶员完成驾驶动作，汽车钥匙开关档位处于LOCK状态，且树莓派控制模块监测到车门传感器的锁止信号时，树莓派控制模块向红外传感器以及内置于汽车坐垫以及靠背的压力传感器发出工作命令，控制两个传感器持续工作监测时间为15s，在这15s 内两传感器的数据经由树莓派分析判断后，因车内疑似有人而造成这两个数据之中任何一个数据波动，则执行报警命令，控制执行器中的汽车喇叭间歇鸣响5s，灯光常亮警示，语音端播报预警，提示驾驶员注意车内情况，同时车窗的升降机构执行车窗降下命令，方便驾驶员查看车内情况；如果在15s 内两传感器没有监测到异常数据，则树莓派控制模块下发CO2浓度传感器和内置于汽车坐垫以及靠背的压力传感器持续工作30min 的命令，红外传感器关闭命令（关闭红外传感器是防止夏天汽车暴晒引起红外传感器误判），用以监测孩子睡着时，家长误锁，导致系统因无法检测到动态信号而出现不提示情况，此举可以增强系统的可靠性，此时系统判断预警的触发条件为两者的数据都出现异常波动，才触发执行器喇叭，灯光，语音端，车窗升降机构相应的动作，提示驾驶员和路人注意车内被困儿童。

2.3 考虑到红外传感器和内置于汽车坐垫以及靠背的压力传感器监测精度和故障概率（尤其是两者其中一个出现数据波动就作为报警依据，提高灵敏度的同时也增大了误报的几率），对车内没有儿童却出现误报的情况，设计靠近汽车驾驶位A 柱内侧的按钮2，用于解决误报后，驾驶员可以便捷的通过因报警自动降下的车窗按下按钮2，解除误报，关闭系统和报警提示，车窗升降机构在按下按钮后5s 自动升起关闭。系统关闭后，不再进行第二阶段30min 的监测，提高了整个系统的易用性。

2.4 系统经过第二阶段监测后，系统会自动关闭以节省汽车电瓶的电量，系统下次开启自检将在收到汽车钥匙开关档位ACC 信号后开启。

3 结论

本系统借助树莓派和各类传感器，能够及时地察觉儿童被误锁在车内的情况，并及时地向儿童父母和路过车边的行人发出警报，保障儿童的安全，有效减少此类事故的发生。在儿童睡觉时，很多传感器可能会检测不到儿童，而本系统中的CO2浓度传感器，则为儿童的安全设立了二道防线。

本系统价格便宜，可靠性高，节能环保。但本系统还在设计阶段，希望能够得到更多意见，更加完善，更好地保障儿童的安全。