基于车载传感的安全检测与预警系统设计

王清

（国网山东省电力公司电力科学研究院，山东济南，250000）

0 前言

近年来，汽车安全问题的关注度大大提高，人们对汽车的安全性能也看得非常重要。所以在设计汽车时要考虑各方面的情况，不仅要在事故发生时最大限度地降低乘车人员的受伤概率，而且还要在轻松舒适的驾驶条件下帮助驾驶人员避免交通事故的发生。

目前确保驾驶人员安全的保障措施有主动安全技术以及被动安全技术，大部分的设计师们把主要精力放在了主动安全设计，他们认为让汽车主动采取安全措施，可以大大提高汽车安全系数，却忽略了对于车内遗留人员的安全问题，有必要设计一种当有人员被遗留在车内时的自动报警系统防止类似的意外发生。例如在车内安装一个可以防止儿童被遗留的驾驶员报警器，在驾驶员离开汽车后，该装置能自动检测到车内如有人员遗留就会报警避免此类悲剧的发生。

从国内市场来看，停车安全问题的正处在研究阶段，该研究的目的是为了解决在车辆驻停后车内遗留儿童人身安全没有得到保护措施的问题。停车安全报警装置可以使驾驶人员离开车后发出报警声音，从而去提醒驾驶人员不要把儿童遗忘在车内。特别是，当系统对车内环境进行检测发现有儿童遗留时，蜂鸣器就会向外面发出报警声并要求驾驶人员及时进行救助，从而可以达到保障乘车儿童人身安全的目的。

1 系统硬件设计

图1 系统总体设计框架

本文设计的防止人员被遗留在车内的检测与报警系统工作过程如下：当车辆驻停后，如果声音检测模块、常闭震动检测模块、人体红外检测模块的任一模块检测到有人员遗留时，便会发出报警信号，并且通过GSM模块第一时间发送短信给驾驶员进行求救。该检测与报警系统的总体设计框架如图1所示。

硬件电路的设计是整个系统的核心内容，整个装置由STM32F103C8T6单片机、声音检测模块、常闭震动检测模块、人体红外感应模块、GSM模块以及蜂鸣器六部分组成，其中STM32F103C8T6单片机作为控制器，进行信号分析和处理；声音模块、常闭震动模块、人体红外模块为三个模块检测模块，对车内所遗留人员的活动变化迹象进行检测；GSM模块用于对所述活动迹象检测获得的信息发送给接收端；蜂鸣器用于提示和报警。

当车辆驻停，车门上锁后，声音传感器、震动传感器和人体红外传感器三个检测模块自行启动，整个系统开始工作。当这三个模块其中的一个模块检测到有人员遗留后，将其检测到的信号通过主控模块使喇叭发出声音(响四声)，然后继续检测，当这三个模块累计四次检测到信号发出声音时，便会通过GSM模块将信号传输给手机发送短信进行报警，当检测到无人员遗留时，系统则不会启用警报模块进行报警。

1.1 声音检测模块设计

图2 声音检测模块

声音检测模块主要用于检测周围环境的声音强度，并可以通过调节灵敏度来检测声音的强弱，它的输出形式是数字开关量输出。其主要有三个接口，分别是VCC接口、GND接口以及OUT接口，如图2所示，接口1接信号输出端，接口2接电源负极，接口3用来接电源正极，需将电压控制在5V。

1.2 常闭震动检测模块设计

常闭震动传感器主要依靠滚轴来检测周围环境的活动迹象。当模块没有检测到震动时，其开关闭合导通输出为低电平，指示灯亮；当模块检测到震动时，开关便会瞬间断开变为高电平，这时指示灯熄灭。

图3 常闭震动检测原理图

1.3 人体红外感应模块设计

人体红外感应模块是一种传感器，它可以检测人体或者动物发出的红外线并且输出电信号，它的工作原理是当这个传感器检测到某个人在这个感应范围内时，传感器就会输入一个高电平，当人超出感应范围传感器检测不到的时候，便会自动延时关闭高电平同时输出低电平人体红外感应传感器采用的控制单元是BISS0001芯片，它是一种高性能信号处理集成电路的传感器，配备了由人体红外传感器和少量外部元件组成的无缘超滤器开关，它可以快速自动开启各种白炽灯和蜂鸣器等设备，特别适用于各种敏感区域，或者是需要照明和报警的安全区域。它不仅能很好的匹配于人体的红外传感器，而且还能与其他类型的传感器相匹配。

2 系统软件设计

2.1 程序描述

程序中主要用到的知识点包括单片机的外部中断、串口通信、LED灯的点亮和熄灭操作以及蜂鸣器等。其中外部中断尤为重要，当声音检测模块、常闭震动检测模块、人体红外检测模块检测到有异常时，就会触发中断并进行报警，其次是GSM模块，通过GSM模块连接到手机上，使车主第一时间了解车内的情况。

2.2 程序设计流程

当车辆驻停，分为三种情况，一种是看声音检测模块是否检测到有声音，另一种是看常闭震动检测模块是否能检测到有震动，还有一种情况就是看人体红外检测模块是否能检测到有人体靠近，一旦有任何一个模块检测到信号时，此时触发中断，蜂鸣器执行一次报警，如此循环，如果蜂鸣器连续四次发出声音，则触发GSM模块，打电话给车主进行报警。程序流程图如图4所示。

图4 程序流程图

3 系统调试

设计实物图如图5所示。

图5 实物图

首先对系统电路进行焊接，包括单片机的电源电压和外围电路、声音检测电路、常闭震动检测电路、人体红外检测电路、蜂鸣器报警电路、GSM通信电路、其他接口电路及辅助电路和三极管。焊接结束后，检查是否存在焊接错误、焊接不良和虚焊，确认无误后对电路板进行接线，再检查有无错误接线，在准备工作完成后，开始为单片机烧写程序，最后通电并测试系统功能。

若焊接好后，给电路板通电测试，声音检测模块和常闭震动检测模块的电源指示灯亮，说明电路板各器件连接正常。如果周围环境有声音或者是有震动，但是模块检测不到，便说明模块灵敏度不够，需要调节声音检测模块以及常闭震动检测模块上面的电位器。

给电路板通电，若电路板连接正常，当声音检测模块、常闭震动检测模块、人体红外检测模块连续四次检测到信号，但是GSM模块没有打电话进行报警，不排除一种原因是手机卡没安装好或者信号比较弱，需要断电重新进行测试，或者换个位置测试。