汽车智能维生自救安全报警系统设计

张浩，尹睿，刁威，王晋

（1.西京学院，陕西西安，710123；2.德创未来汽车科技有限公司，陕西西安，713700）

0 引言

随着人们生活水平的不断提高，汽车保有量逐年上升，在人们日常生活中起着举足轻重的作用。科技发展日新月异，汽车智能化发展已成为行业共识。汽车在给我们出行带来便利的同时，也存在一些安全隐患不容忽视。比如因疏忽或安全意识淡薄，将小孩不慎遗忘车内、或在车内开空调睡觉的情况时有发生。这种情形下，一旦车内温度过高，或氧气不足、有害气体浓度过高，极易导致车内人员的中毒窒息死亡，这是除了交通事故之外的又一大隐形杀手。目前汽车安全系统不够成熟，功能并不完善，存在严重的缺陷，智能化、人性化水平有待提高。因此，本文设计了一种汽车智能维生自救安全报警系统，可以自动监测车内情况，能够及时提醒报警和方便解救车内被困人员。本系统能够为出行多加一份安全，为孩子、老人和家人多加一份保障，具有一定的实际应用价值和可观的市场前景。

1 系统总体结构

本系统将单片机作为主控制器，采用速度传感器检测汽车是否停止；通过人体感应模块，准确识别判断出车辆内是否有人滞留并加以判断人体温是否正常；温度气体传感器组件，用来监测车内温度和有害气体的含量，当检测到车内温度或有害气体浓度超过安全值时，电机模块使车窗自动下降，保证车内人员能够处于安全的环境，同时自动开锁装置工作，使车辆的中控锁失灵，车门禁止被锁。通过设置强制关机按键，用于手动关闭报警模块和电机模块，使车窗下降。当人为通过强制关机按键关闭了系统的报警模块，但由于车内温度或有害气体浓度继续升高，已经危及车内人员生命时，可自动启用应急措施，如启动GSM通讯模块，将接收定位模块的定位信息，及时报警告知车辆实时位置。总体结构框图如图1所示。

图1 总体结构框图

2 系统硬件设计

2.1 单片机主控电路

选用STC89C52作为主控芯片，XTAL1与XTAL2端口之间外接一个12MHz的晶振，起辅助起振的作用。RST为单片机的复位端口，在RST端口外接一个上拉电阻，再连接到一个按键上，就可以通过手动方式使单片机复位。电源接口注意正负极，单片机的I/O口外接所要控制的硬件或是检测元件。

2.2 速度传感器模块电路

选用Risym品牌的速传感器模块，使用进口槽光耦传感器。速度传感器模块中使用宽电压LM393比较器，模块的工作电压为3.3～5V，输出的形式是数字开关输出（0或1）。速度传感器模块进口槽中无遮挡时，模块D0口输出低电平0，遮挡时，DO输出高电平1。DO输出接口可以与单片机I/O口直接相连，单片机接收到速度传感器的输出高低电平来判判断汽车是否启动。

2.3 人体感应模块电路

考虑成本，实际模型搭建时，选用HCSR501人体感应模块，该模块基于红外线技术，采用LH1788探头设计、灵敏度高、可靠性强，低电压工作模式，广泛应用于各类自动感应电器设备，尤其是干电池供电的自动控制产品。工作电压为4.5～20V，具有两种触发模式：L不可重复触发，H可重复触发，默认为H。其中L模式感应输出高电平后，延时时间一结束，输出将自动从高电平变为低电平；H模式感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围内活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平。

2.4 气体传感器模块电路

选用MQ-9一氧化碳传感器模块和RBY-CO2传感器模块。其中MQ-9有电源指示，并具有DO开关信号（TTL信号输出）和AO模拟信号输出。工作电压5V，电流150mA。当DO输出有效信号为低电压时电源指示灯亮，可直接与单片机或继电器模块相连；模拟量输出电压随着浓度升高而增大。RBY-CO2传感器模块用于检测CO2的浓度，工作电压为5V。有数字量输出端口DOUT和模拟量输出端口AOUT。当为数字量输出时，DO口输出高电平模块自带的LED灯亮，DO口输出低电平时LED灯灭；当为模拟量输出时，与可调电阻的电压值比较，经过运放，判断浓度是否超过阈值，再转化为数字量与单片机连接。

2.5 温度传感器电路

选用DS18B20作为测量温度的芯片，该芯片是单总线温度传感器，数据线是漏极开路,若DS18B20接有电源，则需要一个上拉电阻即可稳定的工作。若温度传感器DS18B20开路或没接电源时，上拉电阻使其为高电平，为DS18B20温度检测元件供电。因此在温度检测电路中DS18B20接有电源，其只需一个4.7k上拉电阻即可稳定工作，而通讯接口DQ经上拉电阻直接与单片机P11端口连接。

2.6 报警模块电路

报警模块中控制车窗电机选用15A直流电机驱动板模块。该模块稳定可靠，可驱动12/24/36V的电机；工作电压为9～36V，可直接与单片机相连，也可为单片机提供5V电源。三线控制（PWM/IN1/IN2）调速，其中PWM控制范围为0.1%～100%，IN1和IN2控制车窗电机的正反转，IN1高电平，IN2低电平，电机正转；IN1低电平，IN2高电平，电机反转；IN1和IN2均为低电平，电机制动（或刹车）。车窗电机可以直接与该模块相连，进行控制驱动，方便简单。语音模块与灯光模块可直接利用车载音响和车身自带照明设备，将其开关和电机模块相连，当车窗下降时，语音模块和灯光模块同时启动。

2.7 显示电路

显示模块选用LCD1602，其接口电路中VO与GND必须直接接电阻来提供偏压，否则LCD1602显示屏无法正常工作，其他的端口只需按照要求，接到电源端口或者相应的I/O口即可。以实现显示温度预设值，显示一氧化碳和二氧化碳值，显示是否车内有人等。

系统总体电路原理图如图2所示。

图2 系统电路原理图

3 系统软件设计

系统程序采用C语言编写，整体程序由主程序和速度检测、人体检测、气体检测、温度检测、报警、显示模块等子程序组成。利用Keil uVision4平台对程序进行编译、调试，实现各个模块对应的功能。具体程序流程如下：上电后，系统进入初始化程序，读取速度传感器数据，判断汽车当前运行状态，若汽车处于运行状态，则继续监测；若汽车处于停止状态，则进入人体检测子程序。单片机根据人体感应传感器检测的数据做出判断，车内是否有人，若没人，则程序返回继续监测；若车内有人，则进入气体检测子程序、温度检测子程序，判断温度，CO和CO2浓度是否超过阈值。若未超过阈值，则继续监测；若温度、CO、CO2浓度任一参数超过阈值，则执行电机控制子程序，启动车窗电机使车窗降下。执行报警子程序，控制语音和灯光，引起路人和车内人员注意。执行定时子程序，继续进行车内环境监测，若在定时时间内未能使车内温度、CO和CO2浓度降低到安全值范围内，则车门自动开锁，可启用远程报警功能，方便解救车内被困人员。系统程序流程图如图3所示。

图3 系统程序流程图

4 结论

本文设计了一种以STC89C52单片机为主控制器的一种汽车智能维生自救安全报警系统，利用人体感应模块、温度传感器、一氧化碳和二氧化碳传感器等采集数据，自动监测车内情况，通过单片机进行数据处理与控制，从而对车内是否有人、是否存在高温、氧气不足、有害气体浓度过高等安全隐患做出判断，发现异常及时通过语音、灯光等方式进行现场报警提醒，同时降下车窗，还可增加紧急远程报警功能，利用GSM通讯与GPS定位及时远程报警，方便解救车内被困人员。本系统能够为出行多加一份安全，为孩子、老人和家人多加一份保障，还可与智能家居系统结合，具有一定的实际应用价值和可观的市场前景。