一种车载报警自救装置的设计与研究

宋君君

（德州职业技术学院，山东德州 253034）

0 引言

随着社会不断的发展、人们生活水平的提高，越来越多的人将汽车作为出行的代步工具。汽车为人们的出行做出了重要的贡献，同时也存在众多的安全隐患。例如，长时间呆在汽车密闭狭小的空间内，由于车辆内部不通风、汽车燃油产生的废气、车内装饰等原因，导致车内空气质量下降，车内环境释放的有毒有害物质对人们的身体健康带来严重的危害，甚至危及生命。据统计，我国每年冬、夏季都会发生多起空调车内中暑、氧气过低窒息导致死亡的事件，是必须警惕的危险案例。如何有效防止汽车内部环境过热、氧含量过低等问题是刻不容缓的，现在市面上急需一种防止车内温度过高及车内氧含量过低对生命造成威胁的装置，以此为出发点设计了本报警自救仪。

1 报警自救仪

本产品主要用于防止车内有人时内外空气不流通，造成车内氧含量过低或温度过高对人体造成的伤害。当测试车内氧气含量减少未达到设定值时，实时监测数据；当测试车内氧气含量减少达到设定值时，检测是否误报。非误报时，驱动车窗下降一定高度并报警，同时传出手机警告信号。若车窗落下几分钟后车内氧气值数值仍然低于设定数值，则氧气包释放氧气。主要研究内容包括：汽车内部可以维持生命体各因素的极限值，控制系统主控制器的选型，各传感器（包括红外定向检测热源、氧气传感器、温度传感器）的选型和装调，自动预警及网络求救的实时性和准确性，网络通信问题等。

2 总体架构

报警自救仪安装在汽车驾驶室内，当汽车锁车后，系统采用红外定向热源实时检测生命体，如果车内没有生命体存在，本系统不启动，自动处于休眠状态。检测到有生命体存在时，启动氧气传感器和温度传感器，实时监测氧气含量和车内温度。当车内氧气含量或车内温度，接近预设的生命极限值时，降落车窗，启动报警装置，同时向车主和家人拨打求救电话。车主可以通过手机软件查看车内情况，定位车辆位置以便快速救援。经特定时间后，若降低的氧气含量没有改善，则释放氧气包，实现自动救援。该自救仪从多方面提高安全系数。

本产品的控制系统是由微处理器、传感器、互联网通信模块3 个部分组成。在汽车锁车甚至熄火情况下，利用汽车电瓶电源以低能耗方式实时预警，启动双级应急措施，完成车内空气交换，改善温度和缺氧环境，保障车内生命安全，并利用互联网技术实时监控车内环境状况。总体构架如图1 所示。

图1 总体构架

3 系统设计

3.1 硬件设计

报警自救仪控制系统是由微处理器、传感器、互联网通信模块3 大部分组成：互联网通信是基于Atmel89s52 单片机为核心，利用软件程序与传感器反馈信号进行处理，连接所有硬件，达到控制硬件反应目的；通信部分由GPRS 模块实现互联网通信功能，GPRS 模块直接由单片机发来的信号进行协调控制，使信息发送到用户设定号码。

（1）微处理器采用工业级单片机Atmel89s52。单片机作为硬件I/O 通信系统的核心，该单片机工作性能可靠，工作稳定性强，可在苛刻环境下正常运行和正常使用，有着最高工作频率即有着更高的工作效率。

（2）网络和通信硬件运用GPRS 模块。此硬件具有实时监控能力强、工作稳定性强、开机时间极快、数据安全性极好、价格较低、灵活性非常高等特点，长期开机工作稳定，即使系统出现错误也可在1～2 s 快速重启复位，达到快速反应的目的。

（3）温度传感器采用DS18-20 数字检测探头。DS18-20 集温度测量和A/D 转换于一体，直接输出数字量，所以硬件电路结构简单，与单片机接口几乎不需要外围元件的转换。同时还具有传输距离远，同步多点测量等优点。

（4）氧气传感器采用4OXV。该传感器是一款高性能电化学式氧气传感器，主要特点和优势是消除了误报，高可靠性确保达到指定寿命，优越的环境性能，提高了在极端应用中的反应速度。

（5）红外人体传感模块采用SR501 传感器。用于检测车内是否有人。

（6）声光报警模块采用TGSG-110 报警模块。光报警采用高性能LED，有能耗低、寿命长等特点。报警系统采用高分贝、中功率且有源的蜂鸣器，最高可调至110 dB。此报警器可在极端条件下正常使用。TMOD 计时电路采用高精度11.059 2 MHz 晶振时钟电路。

3.2 软件设计

单片机软件采用复合式反馈闭环控制系统和动态程序，有效避免了单次信号误报，不动作和软件方面引起的死机，同时软件采用了TMOD 计时法有着精确的计时系统使程序在运行时更加可靠，在通信方面软件程序还加入了加密系统，让传输数据可在安全的环境下进行传输。软件工作流程如图2 所示。

图2 软件工作流程

本设计的特点包括以下方面：

（1）自动预险。红外线实时检测生命体，如果车内没有生命体存在，本系统不启动，自动处于休眠状态。检测到有生命体存在时，启动氧气传感器和温度传感器，实时监测氧气含量和车内温度。

（2）双重报警。当车内氧气含量或车内温度，接近预设的生命极限值时，降落车窗，启动报警装置，同时向车主和家人拨打求救电话。

（3）精确定位。车主可以通过手机APP 查看车内情况，同时确定车的具体位置。

（4）远程监听的功能。车主可以通过手机软件实时监听车内情况，还可以实现通话。

（5）智能省电。本产品是利用汽车电瓶电源以低能耗方式供电，实现智能省电。

4 推广应用价值

4.1 可行性分析

本产品以保障生命安全为出发点，仪器功能新颖，具有温度、氧气含量检测和报警求救的功能，还可通过手机软件实时监控车内的情况，能有效避免因车内氧气缺失造成的疲劳驾驶、窒息等安全隐患。通过市场调查，目前国内并无同类产品，因制作成本低廉，所以售价比较低廉，可以让大多数人接受，有市场可行性。

4.2 推广前景

随着家庭汽车保有量的增多，因疏忽导致人员在车内窒息身亡等事件不在少数，由此引发的安全问题成为关注的焦点。本产品以保障生命安全为出发点，能有效避免因车内氧气减少造成的窒息等安全隐患。相较传统的气体检测仪器，本产品的功能更加人性化，当O2含量过低或CO 含量超过人体承受范围时自动采取保护措施，降下车窗释放氧气向固定手机发送求救短信，可以有效减少此类案件的发生，使司乘人员可以安全放心地在汽车内休息，不用再担心此类安全问题。通过大量的市场调查，市面上并无同类产品，且本产品制作成本低廉，有较强的推广优势。本产品还能推广应用于校车、仓储等存在安全隐患的密闭场所。