基于物联网的家用汽车安防装置设计

2020-11-11张立新杨丽君金洪缘王广威宁俊杰马奔原董金松杨井谕王俊彭

辽宁科技学院学报 2020年5期

张立新，杨丽君，金洪缘，王广威，宁俊杰，马奔原，董金松，杨井谕，王俊彭

(辽宁科技学院电气与信息工程学院,辽宁本溪 117004)

随着我国经济的发展，人们生活水平不断提高，私家车的数量不断增加，家用汽车已经成为人们生活的一部分，自驾汽车为人们出行、旅游提供方便，人们常常将座驾当做大人或孩子出行时的休息之处。由于汽车内密闭空间给在其睡觉的人带来安全隐患，尤其在炎炎夏日，在外部环境炎热气温下车内的温度会急剧上升，当车内温度升至35℃、湿度60%时，达到人中暑的临界值。近几年因将儿童放在车内发生中暑现象，甚至使儿童发生生命危险的案例时有报道。本项目就是针对这样的安全隐患而设计的一种安防装置。

1 装置结构

家用汽车安防装置由硬件和软件构成。装置的硬件以单片机为核心，包括温湿度检测部分，报警器，显示器及控制部分；利用无线网络进行信息传递；软件部分包括温湿度上限设置、温湿度的采集、处理、显示、报警及向车主拨打手机报警等程序。实现对汽车内温湿度实时检测，并显示、报警，控制车窗开启。装置的硬件结构框图如图1所示〔1〕。

1.1 硬件组成

家用汽车安防装置的单片机采用STC89C52，采用DHT11温湿度传感器采集车内的环境温度和湿度；人体红外传感器选用HC-SR501；显示器选用LCD1602；用蜂鸣器做报警器；控制器采用继电器控制车窗的开启；利用无线网络进行信息传递，将报警信号发送到手机上；软件部分包括温湿度上限设置、温湿度的采集、处理、显示，实现对汽车内温湿度实时检测，并显示；将报警信息向车主拨打手机报警等程序。

图1 装置硬件结构框图

(1) 单片机

本装置的核心采用STC89C52单片机。STC89C52单片机是一种功耗低、性能高的微处理器，其作用类似于人类的大脑，是本项目必不可少的器件之一。其中2个串行接口RXD和TXDF分别用于连接GSM模块，利用单片机内部程序指令来控制GSM模块给事先设定好的指定号码的手机发送信息〔2〕。

(2)测试温湿度

采用温湿度传感器DHT11检查车内的环境温度和湿度，DHT11是一种精度比较高的传感器，工作电压5 V，测量范围在0℃～50℃，20%～90%RH，利用单总线与单片机I/O口P3.5连接，能够有效的对车内温湿度进行检测，此产品具有灵敏度高、响应较快、抗干扰能力强等优点，它在本项目中担任两个重要的输入量之一。

(3)检测人体信号

人体红外传感器HC-SR501 是采用红外技术的检测器件，工作电压5 V。作用是检测车内环境范围内是否有人，和单片机I/O口P3.6连接。如果区域内有人出现就会输出一个高电平(3 V)给单片机，人离开区域会延时一段时间关闭高电平。否则输出低电平(0 V)。感应角度<100度锥角，感应距离在3m～7m可调，低功耗，灵敏度高。在使用时候，开机会有60 s的初始化时间，在此时间内会循环高低电平3次，与温湿度传感器一样，是重要的输入量检测元件，它在本项目中担任两个重要的输入量之一。

(4)报警器

报警器采用有源蜂鸣器，它是一种电子讯响器，在本项目中的作用是发出声音报警，对车内的人员进行提醒，和单片机I/O口P3.4连接，当检测到车内温湿度超过设定值时，通过内部程序令单片机给蜂鸣器一个高电平信号，此时蜂鸣器就会发出声音报警。

(5)控制器

控制器采用继电器，用于控制车窗的开启，和单片机I/O口P3.7连接，当车内的环境温度超过设定的上限值时，单片机输出信号指令继电器开启车窗通风。

(6)显示器

显示器采用LCD1602液晶显示，工作电压5 V。它最多能显示两行，每行16个字符或数字，用于显示温度和湿度，与单片机P0.0～P0.7端连接。

1.2 无线网络传输信号

本装置采用GSM模块进行无线网络信号传输。GSM模块具有价格廉价，性能稳定，抗干扰能力较强的特点。当车内的温湿度超过设定值时，报警信号通过GSM模块以短信的方式发送到车主的手机上，以达到远距定点传送报警信号。该模块功能多种，但在此项目中仅需要其中两个串行接口与单片机的串行接口相连接，以达到传送信号功能。此模块的优势是全国广域覆盖，更是全球通行的标准2G通信，实现了信息传输的可靠性。

1.3 软件部分

家用汽车安防装置的软件部分包括温湿度上限设置、温湿度的采集、处理、显示、报警及向车主拨打手机报警等程序〔3〕。实现对汽车内温湿度实时检测，并显示及报警，发送控制信号控制车窗开启。用Keil软件将系统的程序编辑调试好后，下载到单片机。

2 装置的使用

家用汽车安防装置工作时，首先接通电源，然后设置上限的温度值，启动装置开始工作，温湿度传感器采集车内的环境温度和湿度并送到显示器显示，当温度或湿度达到第一报警值时，同时通过人体红外传感器检测是否有人的信号，如果检测到有信号输入，单片机就会通过内部使I/O口输出3 V的高电平给蜂鸣器，之后蜂鸣器接受到单片机传来的高电平并通过放大电路使蜂鸣器工作发出报警信号，并且单片机还向GSM模块发出一个高电平，GSM模块利用串行接口RXD和TXD与单片机的串行接口相连接，在接受到一个高电平后会利用无线传输技术，给事先设置好的电话号码拨打电话，将报警信号传送到相关车主的手机上，通知车主车里温度超标了，应及时打开车窗通风。如果车主由于某种原因没有及时采取措施，开门或开窗做通风处理，车内的温湿度会继续升高，当达到上限值时，并且人体红外传感器检测的信号为有人时，单片机将输出控制信号给继电器，通过继电器打开车窗通风，使车内的环境温度降低，以避免在车内休息的人员或留在车里的儿童因车内的温度和湿度过高出现中暑以至于危及生命现象。如果人体红外传感器没有检测到车内有人，将不发出报警信号，单片机也不会进行报警，车窗也不会打开。家用汽车安防装置如图2所示。