太阳能车载智能报警系统设计

张丽萍，朱尧富

(台州职业技术学院 机电工程学院，浙江 台州 318000)

0 引 言

现代电子技术的迅速发展和广泛应用，为人们的生活带来更多便利。当前，随着“互联网+”的推进，电子技术进入智能化时代，电子产品对人们生产生活的影响越来越大。报警器就是人们日常生活中常见的电子产品之一，市场上的烟雾报警器和火灾报警器等现已日渐完善和成熟[1-3]。针对汽车消费群体的报警系统也不断受到关注和重视[4-6]。

据国家统计局发布2019年国民经济和社会发展统计公报数据显示，2019年末全国民用汽车保有量26 150万辆，比上年末增加2 122万辆，其中私人汽车保有量22 635万辆，增加1 905万辆，中国汽车市场具有较大的发展空间和潜力。汽车消费需求依然旺盛的同时，随着全面二孩政策的实施，至2019年中国0～3岁婴幼儿群体预计超过5 000万名，儿童乘车安全问题受到社会和家庭广泛关注。据统计，中国每年有超过1万余名14岁以下的儿童死于交通安全事故，其死亡率高居世界第一位，对于这些孩子来说，除去车祸外，车内中暑已经成为车辆相关死亡事件的第二位。

本文针对孩子被困车内无法自救这一问题，设计一个基于温度和人体检测的报警系统，以单片机为主控芯片，结合GSM无线移动通信和电子技术，实时监测车内的状态，车主可通过手机掌控车内的情况，接收报警短信[7]，不需要复杂操作，安装方便，小巧美观，作为汽车配件能随时守护车辆与人员安全。

1 系统组成

系统组成如图1所示，由太阳能电源模块、汽车状态检测、红外探测器、温度检测电路、主处理模块、报警电路以及其他接口构成。

图1 智能车载报警系统组成框图

系统同时检测车内人员情况和温度值，发现车内有人或车内温度超过设定值，系统向车主手机发送报警短信，以便车主及时处理，同时系统直接发出声光报警信号通知车外人员，防止儿童长时间滞留车内无人知晓。

2 硬件设计

2.1 检测控制电路

主控芯片单片机采用STC89C52RC，该单片机功耗低、成本低和接口丰富，可满足设计要求，最小系统由电源电路、时钟电路和复位电路构成[8-9]。温度检测模块采用改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件，比传统的温度计减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点，经过单线接口送入单片机[10-11]。人体检测模块采用基于红外线技术的自动控制模块HC-SR501，人进入自动感应区域范围时，输出高电平；人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平，输出信号一般是3.3 V～0 V电平，和单片机相连时需要进行电平转换，检测元件与单片机连接原理图如图2所示。

图2 检测控制电路原理图

2.2 电源模块

系统电源模块由太阳能板、锂电池和稳压电路组成，电路如图3所示。选用聚合物锂电池供电，体积小且安全性高，本文利用太阳能板将光能转化为电能，为锂电池充电[12]。太阳能板选用6 V 1 W的单晶太阳能板，单晶太阳能板光电转换效率最高，坚固耐用，使用寿命一般可达15年。

图3 电源模块电路原理图

2.3 通信模块

通信模块选用高性能工业级GSM/GPRS模块SIM800，以GSM模块和单片机为核心，利用GSM短信息系统的通信平台，通过串口与单片机进行通信，控制手机收发短信[13-15]。基于GSM的短信息服务，是目前基于时分多址技术的移动通信体制中比较成熟、完善和应用最广泛的一种系统，也是我国公众移动通信网的主要方式。

SIM800模块通过AT命令设置工作模式等，连接电路如图4所示，系统+ 5V电源经过二极管降压为4.3 V作为模块供电电压，电容起到稳压滤波的作用，与单片机的串口通信就是将单片机串口的RXD、TXD分别接到SIM800的RXD、TDX端。

图4 GSM模块连接原理图

3 软件设计

本次系统软件设计主要以C语言编程完成[16]，主程序流程如图5所示。单片机上电初始化，液晶屏显示“TZVTC”“SIM Initialize!”，初始化完成，读取并显示当前温度值，按键扫描程序设置报警温度上下限值，检测程序检测传感器信号是否异常，根据需要发出报警信号。用GSM短信息系统进行无线通信具有双向数据传输功能，用指定电话打入，程序判断是否为车主注册号码:是,则挂机和结束报警;否,则直接挂机。

图5 主程序流程图

4 系统调试

软硬件设计完成，可利用Proteus软件实现单片机仿真模拟，仿真结果如图6所示。系统开始仿真后，LCD1602显示屏上显示当前测量温度值NOW Wd和设定的报警温度值SET Wd，并在第一行温度值后显示是否有人信息，“NOTE”表示红外人体检测有人报警，显示屏仿真如图6(a)所示，当红外人体检测无人时显示屏相应位置将显示“OK”字符。报警电路仿真如图6(b)所示，单片机P1.3作为控制信号，当红外人体检测到有人时P1.3为高电平，LED灯亮并伴随蜂鸣器发声报警，检测无人时P1.3为低电平不报警，当测量温度高于设定值，同样发出声光报警。

图6 Proteus仿真结果

设计实物如图7所示，SIM800模块内插入SIM卡，该SIM卡可向车主电话发送报警短信，车主电话也可通过拨打该SIM卡号结束报警获取车内温度值。短信发送不受距离限制，提醒车主车内温度和人员情况。GSM模块的短信模式有2种：第1种是TEXT模式，第2种是PDU模式。PDU模式可以采用unicode编码发送英文、汉字，但合成PDU码比较复杂，而TEXT模式只能发送英文，但无须编码，本设计采用TEXT模式。车主手机收到报警短信和获取车内温度内容如图8所示。

图7 实物图 图8 车主手机接收信息

5 结束语

本文基于市场痛点研发了一款电子产品，作为汽车配件产品，便宜实用是它的主要特点。设计选用低成本高性能的元件模块，锂电池供电，不需要另外接车内电源。锂电池充电可用太阳能板，正常情况下也不需要用户频繁更换电池，而且安装方便，不需要外部接线，无安装条件限制，可以在新车安装，也可以在已使用的汽车上安装，不改动车辆其他装置，没有改装后遗症。不仅可以作为车内儿童安全报警器，还可以作为汽车安全报警器，对人身和车辆安全都有重要的意义。