基于STM32F103 型单片机的新型车载护童报警装置设计

李芯怡，孙梦茹，郭思蔷，姜雪松

（东北林业大学，黑龙江哈尔滨 150040）

近些年，儿童被锁车内的意外事故频发，儿童因家长疏忽被锁车内的安全防护问题不容忽视。为减少此类事故的发生，研制并开发一种车载儿童报警防护装置十分必要。

公开发表的文献中涉及的车内儿童报警装置主要将检测车内是否有人作为装置启动报警与否的唯一标准[1-2]，启动条件单一，容易出现虚假报警；部分装置对上述的设计进行了改进，在此基础上增添了气体与温度检测模块[3-4]，车厢中心温度的检测可实现性强，但车厢内气体浓度的检测实现较为复杂，因为气体浓度检测要求精准，对监测器要求高，且气体浓度变化较慢，检测周期较长。

为达到报警准确性、及时性以及保护儿童定向性的目的，设计了一种既可检测车内温度及是否有儿童存在，还可以识别检测儿童因身体不适所发出声音的新型报警装置。

1 系统整体设计方案

新型车载护童报警装置的系统架构设计如图1所示。该装置系统由主控制器、太阳能蓄电系统、检测系统及反馈系统组成，其中主控制器为STM32F103 型单片机，可控制系统内的各个模块；太阳能蓄电系统为整个装置供电，包括太阳能电板和磷酸铁锂电池；检测系统为主控制器提供输入信息，包括温度监测模块、热释电红外检测模块、语音识别检测模块；反馈系统接收主控制器处理后的输出信息并进行报警，包括GSM（全球移动通信系统，Global System for Mobile Communications）用户传输系统和声报警器。

图1 新型车载护童报警装置系统

2 系统设计

2.1 太阳能蓄电系统

太阳能蓄电系统由太阳能电板和磷酸铁锂电池组成。

太阳能蓄电系统分为太阳能充电蓄电和USB式接口充电，太阳能电板的主要材质为非晶硅面板。非晶硅薄膜太阳能电池具有高透光性、弱光发电、价格低廉的优点，所以阴天时该系统也可正常进行蓄电[5-6]。

所用铁锂电池为磷酸铁锂电池，该电池具有循环寿命长、耐高温、体积小、质量轻等优点，被广泛应用于储能领域[7]。电池蓄电可通过非晶硅面板把光能转化为电能进行储能，也可通过USB接口进行蓄电。只要在有光照的地方，太阳能电板就可蓄电，避免用户由于忘记充电而导致装置停止工作。两种充电方式的存在保证了装置工作的持久性。

2.2 检测系统

检测系统由温度监测模块、热释电红外检测模块和语音识别检测模块组成。

装置检测系统开始工作的前提是车门已关闭。部分装置检测车门关闭的方式是通过单片机来识别发动机的转速，通过转速信息来判断车辆是否处于熄火状态[8]。考虑到此种检测方法实现起来较为复杂且普遍性较弱，所以文中装置采用3144E 开关型霍尔传感器来检测车门是否关闭。

当车门关闭时，触发3144E 开关型霍尔传感器，传感器将检测到的信号传输给主控制器。霍尔传感器工作原理图如图2 所示[9]。

图2 霍尔传感器工作原理图

2.2.1 温度监测模块

温度监测模块将设定两个温度上限值。研究人员通过实验研究证实，在室外温度处于33 °C 时，将汽车停在室外，汽车熄火停放35 分钟后，车内温度可达到63 °C。此外，在汽车停放15 分钟后，车内温度达到50 ℃时，乘车人开始有胸闷感；在汽车停放23 分钟后，车内温度达到55 °C 时，乘车人开始头晕目眩、全身乏力；在汽车停放35 分钟后，车内温度达到63 °C 时，乘车人呼吸困难心脏不适。由此可知，当车内温度达到65 °C 以上时，乘车人会有生命危险。参与该实验的测试者为一名成年人，而高温下，儿童体温上升和体内水分流失的速度远比成人快，且报警器发出警报再到救援还需要一定的时间，所以温度监测模块设定的温度监测值应低于上述实验中人体开始感到不适的温度。

温度监测模块将设定两个温度监测值，该模块在监测到车内温度达到48°C 即第一上限温度时，热释电红外检测模块与语音识别模块开始工作；当车内温度达到53°C 即第二上限温度时，装置直接发出警报声进行报警。

温度监测模块采用数字温度传感器DS18B20。DS18B20 温度传感器具有微型化、集成化的特点，可以将采集到的环境温度直接转化成数字信号输出[10]。具体电路图如图3 所示[11]。

某一文献的被引频次一定程度上能反映其学术张力和学术价值,也能体现其在某一研究领域的重要性和影响力。译界普遍认为,国内首篇将女性主义批评范式应用于翻译研究的论文诞生于2002年,发表于四川外语学院学报,题名为《重写神话:女性主义与翻译研究》[1],女性主义与翻译研究的结合使“传统的翻译认识论、翻译实践论和翻译方法论之基础发生了根本性动摇”[2],因而被认为是“翻译观念和翻译思想上的一场革命”[1],《中国翻译》2004年第4期推出的4篇女性主义翻译研究论文加速了国内此方面的研究,影响力巨大。直至今日,以上6篇论文的下载与被引频次依然名列前茅,见表2。

图3 温度传感器电路图

2.2.2 热释电红外检测模块

热释电红外检测模块包括热释电红外传感器，该传感器可以探测人体持续性发出的10 μm 波长左右的红外线[12]。该模块采用BISS0001 热释电红外处理模块，BISS0001 是一款高性能的传感信号处理集成电路，具有放大信号、加强干扰能力以及比较的功能[13-14]。

当温度监测模块检测到车内温度达到48°C 时，该模块开始工作，若传感器未检测出人体发出的红外线，则模块不会继续向下传输电信号。

2.2.3 语音识别检测模块

该模块采用LD3320 芯片，LD3320 内含储存器，使用前可将设定好的语音内容存储于此芯片[15]。

在该装置中，语音对比检测的内容为儿童啼哭声或儿童说出的如“救命”、“热”、“出去”等敏感词汇。语音识别模块开始工作后，LD3320 可对比识别声音内容是否与存储内容一致，并将判断结果传输至主控制器。

2.3 反馈系统

GSM 系统采用用户识别模块SIM（Subscriber Identity Module）将模块做成信用卡的形式[16]。该装置采用SIM900A 模块，SIM900A 是一款紧凑型无线模块产品，可低功耗实现语音、SMS（短信、彩信）、数据和传真信息的传输[17]。

声报警器为市面上常用的蜂鸣器，配合扩音孔使用，扩音孔可对蜂鸣器的声音再一次放大，以便于更好地吸引路人的注意。

2.4 主控制器

主控制器采用STM32F103 型单片机，STM32 系列单片机是一款基于Coretex-M3 内核与ARMv7 的32 位微控制器芯片，且向外扩展了许多性能高的外围设备[18]。STM32 单片机与51 单片机相比，其功能更为强大且其内核拥有高性能、低成本、低功耗等优点，而STM32F103 型单片机是STM 单片机器件中使用频率最高的器件之一。

STM32F103 型单片机可识别、接收检测系统的输入信息，并将综合处理后的指示信息输出至GSM用户传输系统，以发送远程报警信息。若此报警信息未被用户在时限内接收或车内温度条件继续恶化至第二上限，则主控制器直接指示声报警器进行报警。

在主控制器对各系统的统一调节控制下，该报警装置可实现被锁车内儿童实情的精确报警及多重而全面的检测，可有效保障车内儿童安全。

3 系统运行过程

新型车载护童报警装置的具体实施过程如图4所示。新型车载护童报警装置在车门落锁后会触发3144E 开关型霍尔传感器，霍尔传感器会将检测到的信息反馈给主控制器。当车门落锁后，主控制器控制太阳能蓄电系统与温度监测模块开始工作。当车内温度达到第一上限值时，热释电红外检测模块开始工作。若热释电红外传感器检测到车内有人，则语音识别检测模块开始检测，若语音对比成功，则GSM 用户传输系统向用户手机发送信息。若声报警器无直接报警或语音对比不成功，则直接进入第二上限温度监测。当车内温度达到第二上限温度值时，声报警器直接报警，以及时对被锁儿童进行救援。

图4 新型车载护童报警装置系统运行图

4 结束语

1）新型车载护童报警装置在车门落锁后即启动车内温度监测，在测温达到第一上限时才继续启动下一环节热释电红外检测，实现电量上的节约。

2）太阳能蓄电系统中既可通过光能蓄电也可通过USB 式接口充电，双重充电方式的存在保证了装置能够长时间续航。

3）温度监测模块设置有两个温度上限，特有的双重温度上限在控制整体装置启动运行的同时又保证可及时报警。

4）语音识别检测模块可对比识别儿童因身体不适发出的特定声音，突出该装置对儿童定向保护的设计目的。

5）GSM 用户传输系统与主控制器合作运行的模式，为用户提供立即报警与否的选择，在保证儿童安全的同时又避免不必要的报警，满足用户现实需求。

新型车载护童报警装置中各检测系统是分析实际情况后所设定的，力求做到全面而有效地检测主要影响因素。各检测系统在主控制器的控制下有序地工作，可最大限度地保障车内被锁儿童的生命安全。