基于热释电红外传感器的人体检测报警系统的研究与设计

赖紫烨 冯媛媛 关智仁 钟函豫 李景彬

（ 华南理工大学广州学院，广东 广州510800）

随着现代科技的发展，汽车已然成为众多家庭广泛使用的代步工具，同时汽车的广泛使用也放大了特定事故发生的可能性。其中，有一项关于儿童的事故时常被人们所忽略，就是儿童遗留在车内导致身亡的事故。截止2019 年，在全球而言至少有300 名儿童发生这样的悲剧[1]。导致此悲剧的常发的因素在于汽车是一个封闭且狭小的空间，导致空气不流通，车内温度随时间持续升高，被困于车内的儿童会出现由于缺氧带来的心跳加速和血压升高现象，严重者将导致窒息死亡[1]。而避免此类悲剧发生的核心在于及时将遗留车内的弱行动能力者（如儿童/幼童）带出密闭空间。基于前述原因，本团队研究和试制了一款车用自动报警系统，该系统基于热释电红外传感器依据温度感知人体的原理，结合AT89C51 微控器的控制特性和外设报警装置[2]，实现当汽车驻车，发动机熄火，车门窗上锁后，检测车内是否遗留有人员的功能。若车内有人，则会自动发出警报告知于其他驾乘人员或周遭人员，防止弱行动能力者被遗留在车内，从而降低此类事故发生率。目前有不少类似技术，但由于其成本较高，或硬件改动过大，未能推广应用。本团队的方案设计改装方便，成本低廉，易于推广，同时也是对解决此类问题的路线方法的探索和实践应用，具有较强的工程应用价值。

1 系统总体方案

方案以乘用车为应用对象，利用多个热释电红外传感器构建3D 空间的人体的检测矩阵，覆盖驾乘人员易忽视的后排座椅空间和位置范围。再加上利用声光报警、蓝牙通讯，可以广泛高效的告知外界，车内密闭空间内有人存在，急需处理。总体而言，该方案是以51 单片机控制模块为核心，控制整套装置的运行；当热释电红外传感器检测到人体时，将信号转化并传输给51 单片机，LED 灯发光并伴随蜂鸣器鸣响，表示单片机已接收到信号，且确认有人在检测范围内，提醒周边人士，再通过蓝牙方式发送特定信息给驾乘人员的手机，提醒其注意遗留车内人员，以达到报警效果。

单片机在OBD 接口附近，所连接的三个红外传感器分布在车厢正上方及后座的左右。

2 硬件电路设计

2.1 总电路设计

总体电路如图1 所示，从以上的分析可知在本设计中要用到如下器件∶AT89C51、热释电红外传感器、LED、按键、蜂鸣器等一些单片机外围应用电路，如表1 所示，以及单片机的手工复位电路等。其中，D4 是正常工作指示灯，DA、DB 是起报警指示作用，当红外电检测到车内有人时，输出信号，引脚被置低电平，DA、DB 亮红灯开始报警，声音报警电路开始工作。S1 键作为电路复位键。

表1 总体电路设计使用器件表

图1 总体电路图

2.2 报警系统

热释电红外传感器，检测到有人后，发出信号，发送到声光报警板块和蓝牙报警板块。声光报警板块，由2 个发光二极管和1 个蜂鸣器接上电阻后连上单片的引脚，外接VCC，当单片机的引脚被置低电平后，发光二极管被点亮，蜂鸣器响起起到报警作用。蓝牙模块的RXD 连接单片机的TXD，蓝牙模块的TXD连接单片机的RXD，此处说明单片机的RXD 和TXD 引脚分别为P3.0 和P3.1。当接收到报警信号时，接通蓝牙模块，利用串口发送数据，通过蓝牙模块将报警信号发送到手机，起报警作用。

3 软件设计

当检测到汽车车门锁止信号时，提示系统启动，即声光报警3s，起到初次提示作用。之后启动红外检测系统，红外传感器将检测结果反馈到单片机，若红外检测到人时，检测信号至高位，并启动告警系统，即声光持续报警，需要手动进行关闭告警系统，手动关闭告警系统可选择近距离的按键关闭，也可选择远距离的蓝牙关闭。若没有检测到人，则红外扫描系统在10s 后关闭，系统流程如图2 所示：

图2 系统流程图

3.1 红外传感器信号处理

HC-SR501 热释电红外的红外线传感器件对特定波长的红外线有极强的感应能力，当检测到人体辐射的红外光谱时，红外传感器OUT 端输出高电平信号，51 单片机接收高电平信号并进行相应处理。本系统连接了3 个红外传感器，当其中一个传感器输出高电平时，就启动报警系统。

if(HCR1 == 1||HCR2 == 1||HCR3 == 1)

//HCR1、HCR2、HCR3 为三个红外传感器

{

TR0 = 1; //启动定时器0，即启动报警系统。

}

3.2 汽车车门闭锁检测

电动门锁可使用按钮或遥控钥匙等控制车门的锁定或打开。遥控钥匙控制电动门锁闭锁的过程[3]：遥控钥匙发送闭锁射频信号给BCM (车身控制模块)，BCM接收到数据后驱动门锁电机执行闭锁动作，若车门全部关闭，则会通过声光提示和发送状态报文给仪表来进行反馈。该红外检测报警装置与汽车OBD接口连接[4]，使51 单片机识别经差分电路处理后的高低位电压来判断是否启动红外检测报警装置，OBD 接口与单片机连接电路如图3 所示。

图3 OBD 接口与单片机连接电路图

4 验证分析

试验在不同环境温度下，三个红外传感器是否能正常检测，以达到报警效果。

结论：本项目的红外传感器在15-45℃下是能正常检测的。红外传感器测试如表2 所示：

表2 红外传感器测试表

5 结论

本项设计实质是红外检测车内人体情况并报警，具体方案是使用蓝牙通讯模块、热释电红外传感器等与单片机进行交互形成一个感知及报警系统，同时车内检测数据反馈给驾乘人员智能手机，提醒其有人员遗留于车内，需要紧急处理此情况。本系统运行稳定，解决弱行动能力者（儿童/幼童）遗留车内的盲点问题，适用于家中有儿童/幼童等弱行动能力者的家庭用车，可避免儿童误锁车内而身亡的悲剧发生，有效提升司乘人员的用车规范和降低车辆事故率，丰富车辆的安全功能。形成针对此类问题的有效解决方案和可行路径。