一种智能化校车防闷死预警系统设计与实现

蒋国平

（广东交通职业技术学院，广东 广州 510800）

前言

随着城镇化的发展，优质教学资源地集中，学生上学的半径及所经途中的道路复杂程度都在增加，校车的营运一方面解决学生的上学问题，缓解了城镇学校周边的交通拥塞问题，校车放心安全日益备受社会各界的推崇。但另外一方面实际运营中，校车安全的效果还需要驾驶员和随车照管员来落实和监督，幼儿园、中小学的学生安全意识的淡薄无疑给他们带来很大的压力，校车的安全管理特别是儿童被遗忘在车内窒息而亡的案例层出不穷[1]。笔者开发设计了一套智能化校车防闷死预警系统，以减少人为的疏忽和遗漏。

1 目前校车防闷死系统的缺陷

针对幼儿被遗忘校车惨遭闷死的事件，国内很多专家都开发研制了很多系统，北京信息科技大学北京市传感器重点实验室刘宝宇等设计采用了STM32单片机[2]，而南昌工程学院高伟运ATmega16和TC35i的系统设计[3]，都是通过安装在校车的车门处安装了两组红外对管和一个数码管作为计数模块,在车内安装了人体热释电传感器和面式压力检测传感器作为检测模块，但他们的系统结构复杂，传感器在测量如此密闭的环境数值会出现大面积的误差以及触发有被困人员的机制阈值很难具体测量，甚至人体微小的变化也会检测不到被困者，所以对于发现到被困人员该系统具有很大的挑战性。西安工业大学张燕等“校车防滞留检测报警系统的设计与实现”[4]中采用了通过ZigBee无线传感器网络中的声音传感器和人体红外传感器同时检测幼儿滞留情况，但该系统并未说具体的应用场景，正确的场景应该是车辆熄火、车窗紧闭、车门落锁的情况，而且并未交代怎么确定是正确的场景的方法；同济大学和上海机动车检测中心合作的“儿童乘员车内滞留热伤害研究”[5]，研究儿童乘员在乘用车和校车车内可能受到的热伤害，通过车内温度试验，得到了不同环境温度下乘用车和校车车内温度变化数据，并没有给出具体的设计方案；沈阳工程学院机械学院“校车防滞留报警系统设计”[6]、淮北师范大学的“儿童滞留校车报警系统的设计”都旨在都框架的设计和研究[7]，这对于救助被困者作用不大，通风性和及时散热性不强，而且方案中在无生物被困时，打开车窗不利于汽车安全理念，增大了车内的贵重物品丢失率。

综上，国内目前的校车防闷死系统地研究还没有引起大家的重视[8][9]，在方案设计方面存在没有充分利用车辆自身基本数据、加装系统复杂易扰乱了原有车辆安全、破坏性救援增加了车辆维修费，另外砸窗也增加车内儿童二次伤害等缺陷，所以市面上鲜有此类产品出现。

2 新型智能化校车防闷死预警系统设计

2.1 方案设计

如图上图所示，新型智能化校车防闷死预警系统有三大系统组成：1）OBD数据通信模块；2）人体感知模块；3）预警告知模块；4）电源模块。其工作原理是电源模块给整个系统提供稳定电源，OBD数据通信模块传输所要的数据参数，若返回的参数是发动机转速为零，车窗紧闭，车门落锁，数据处理模块则判定进入监视状态，人体感知模块开始工作；当人体感知模块检测到有被困者时传回指令给数据处理模块，数据处理模块做出分析判断后，发送相关指令给预警模块的GPS，GPS在获取车辆的地理位置后传回数据处理模块，数据处理模块会通过预警系统 GPRS/GSM 发送被困信息给车主以及相关的紧急联系人，被困信息内容格式为“您的车内有被困者，地理位置为+++，请及时处理”。车主可以自行前往到车内救助并且可以通过手机发送相关的指令给预警系统，以此实现远程实时操作车辆基本数据。路途遥远的可以通过车联网技术对车进行远程控制车辆的 OBD写入数据以此来缓解被困者的危险，具体控制如下：远程开启天窗或远程开启空调。

图1 新型智能化校车防闷死预警系统工作方案设计图

2.2 电路设计

根据以上方案，笔者设计了相关的电路，其关键电路如下图。

图2 电路图

为了组建电路不影响原车电路的运行，且兼顾经济型，电路设计大部分采用通用模块设计，其中，数据处理模块采用 STC89C52，OBD数据通信模块内置蓝牙单元型号为HC-05，人体感知模块采用红外摄像头和人体红外传感器，人体红外传感器的型号为HC-SR501RD-624，红外摄像头模块的型号为 OV7725，红外传感部分主要检测人体的辐射以获取信息；GPRS/GSM模块的型号为SIM900。

2.3 运行程序设计

系统的运行采用C/C++，其主体运行程序如下。

#include〈reg52.h〉//包含头文件，包含特殊功能寄存器的定义

3 结束语

笔者在硬件搭建和软件设计完成后，选取一辆校车进行测试，通过对某车型数据的调用，能实现完整的自动报警监测系统，系统能连续、及时、准确地监测校车及其车内人员变化状态，后期不同车型还待观察。

笔者设计和开发了一款借助汽车基本数据，包括汽车的发动机转速、车门是否落锁和汽车车窗是否关闭的信息以此来判断汽车是不是熄火且密闭的状态，采用人体识别模块，识别后结合远程控制天窗和空调的开启技术，在特定的某款校车车型上应用准确率达到90%以上。此装置功能比较全面，整体小巧，成本低，作为一种新型的检测装置及自动感应器，对于减少校车内闷死事故有着实用的价值。