基于ESP32的车载防遗忘儿童报警器设计与实现

胡智 周文

摘要：针对车载报警器领域，设计了一种基于ESP32的防遗忘儿童报警器。以ESP32为核心，利用人体红外传感器、薄膜压力传感器，判断是否有儿童被遗忘在车内，当检测到被遗忘的儿童时，ESP-32控制自带摄像头拍照，并通过GSM模块向用户手机APP推送告警信息和现场图片，使其达到防遗忘儿童的报警作用。该系统成本低、可靠性高、操作简单，具有一定的实用价值。

关键词：ESP32，防遗忘儿童，车载报警，GSM

引言

随着人们物质生活水平提高，汽车普及率也逐渐增加，人们在享受使用汽车带来便利的同时，也面临着各种各样的安全问题。近年来，媒体报道了多起儿童被锁或被遗忘在车内，从而导致儿童意外死亡的事件，让人们感觉到触目惊心。为防止遗忘儿童在车内，有必要设计一种自动监测报警装置，起到预警提示作用。目前，市场上防遗忘儿童產品较少，其中Starfish智能传感器较成熟[1]，通过安装在儿童安全座椅上，起到自动监测报警作用，但该产品存在一定局限性，对放置了杂物的儿童座椅会产生误判。因此，本文设计的报警器，同时监测人体红外辐射和座椅压力，当两个传感器同时超过设定阈值，才会触发报警机制，并通过摄像头拍照，向用户手机微信推送告警信息和车内现场图片，起到防遗忘儿童的作用。

1.系统总体设计

系统原理框图如图1所示，整个系统以乐鑫公司生产的ESP32为核心，分为监测部分、电源部分、报警部分。监测部分通过安装在主驾驶的薄膜压力传感器，判断司机是否离座，当司机离座后，启动乘客座椅压力传感器和人体红外传感器，监测是否有儿童被遗忘在车内。电源部分采用太阳能电池板、充电电路和锂电池为系统提供电能，避免从车载电瓶取电造成的漏电风险。报警部分分为网络通信、云服务、客户端三个部分，ESP32通过GSM模块与云服务器建立TCP连接，当发生告警时，利用MQTT协议向云服务推送信息，云服务收到设备侧告警后，向用户微信关注的公众号推送信息，从而实现报警提醒功能。

2.具体实施方案

2.1系统核心

ESP32是乐鑫科技生产的，专为物联网应用场景而设计的低功耗产品，其具有240Mhz主频和，448KB的ROM，520KB的SRAM，性能强大，ESP32只需极少的外围器件，即可实现强大的处理性能、可靠的安全性能[2]。本设计中，使用的ESP32-CAM是一款基于ESP32芯片，具有摄像功能的微型模组，同时配备了OV2640 摄像头、连接外设的GPIO，起到报警推送现场图片的作用，帮助用户二次确认车内儿童状况。

2.2遗忘儿童监测

被遗忘儿童一般处于运动或者静止（如睡眠）状态，为准确监测车内状态，本系统在车内5个座椅和对应的地面安装了FSR402薄膜压力传感器，在内部车顶上安装HC-SR05人体红外感应，当监测到主驾驶座椅无人时间超过1分钟，系统通过其他薄膜传感器和红外传感器监测是否有触发信号，只有二者同时触发，才会发出报警指令，防止系统误判。

2.3设备供电设计

本设计基于马斯电流曲线[3]，利用TP4056芯片设计了防过充、防过放的锂电池充电电路，其电路如图2所示。该电路充电电流可通过RPROG串联的电阻改变，当为10K时，充电电流典型值约为130mA。该电路检测到电池电压低于2.5V时，停止放电，并对电池预充电;当电池电压高于3V时，采取恒流充电;当电池电压超过4.2V相近时，自动停止充电，起到防止过充的作用。本电路中采用5.5V，1W的太阳能电池最为输入元件，两节18650电池作为储能元件。

2.4微信报警设计

当监测到告警信号后，ESP32通过GSM模块接入互联网，MQTT通信在TCP连接成功之后开始执行。设备连接MQTT服务器，并向订阅的主题发送JSON数据包，服务器判断收到告警信息后，通过公众号向用户绑定的微信推送告警信息[4]。MQTT数据发送接收流程如图3所示。

3.系统模拟测试

系统设计完成后，选取了一辆5座SUV汽车进行测试。其中HC-SR05人体红外感应安装在内部车顶，FSR402薄膜压力传感器安装在5个座椅和对应地毯下。测试时将一名4岁的儿童留在车上，并告诉幼儿可以坐、躺、站在车内不同位置[5]。通过100次测试发现，如果只用人体红外感应传感器检测遗忘幼儿，成功率只有 63% ，这主要是由于儿童可能静止不动或者躺在座椅下方;只使用薄膜压力传感器，成功率只有56%，这主要是儿童可能踩在两个传感器之间，薄膜开关无法监测到压力;通过人体红外感应传感器和多个薄膜压力传感器多次叠加判断，则可以将成功率提高到95%，监测效果显著提升，达到实验测试预期。其微信报警界面如图4所示。

4.结论

（1）针对儿童被遗忘在车内而产生的安全问题，设计了一种车载装置，通过薄膜压力传感器和人体红外感应传感器，以监测是否有儿童被遗忘在车内。

（2）利用GSM模块和云服务器，开发了具有监测、报警、拍照功能的微信公众号，用户可以通过绑定微信，第一时间收到遗忘儿童告警信息，提升儿童乘车的安全性。

（3）所设计的报警装置安装在车内，通过太阳能板给电池充电，可长期免维护使用，提升了该装置的实用性和便捷性。

参考文献

[1]于洋，刘亮.人体传感器在客运汽车和校车上的应用[J].农机使用与维修：2013（8）：91.

[2]杨丽，冯娟，卢秀丽，等.基于物联网智能家居安全监控系统设计[J].现代电子技术，2019，42（08）：55-58.

[3]谢信奇，秦会斌.一种新型锂电池充电技术[J].传感器与微系统，2018，37（4）：73-76.

[4]俞杨建.大数据应用中的个人隐私安全风险[J].网络安全技术与应用，2019（03）：45-46.

[5]刘勇军，彭华.幼儿遗落校车安全事故预警技术研究与系统设计[J].河南理工大学学报，2020，39（2）：116-121.