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本文针对车内防窒息应用需求，基于STC89C52单片机、红外传感器、GSM 模块等设计了一款车内防窒息监测报警系统。车辆熄火后，通过红外传感器多次检测车内是否还有人，当系统确认车内有人时，触发电机转动控制车窗升降，同时，向预设置手机发送报警短信，对外发出尖锐的报警声，多措施多方位保护车内儿童安全，以解决儿童等弱势体在车内窒息身亡的问题。
0  引言
随着人民生活水平的提高，汽车日益成为人们的重要交通工具。近年来，国内外屡屡发生监护人将孩子遗忘在车内而导致的儿童高温窒息的悲剧，研究表明，当气温达到35℃时，阳光照射15min ，封闭车厢内温度可升至65℃，在这样的环境里待上半小时就能致命，让人不得不对家庭用车安全注意起来。
而当今互联网技术、安全监控系统以及传感器和单片机的飞速发展，为车内防窒息监测报警功能提供了可能。基于上述背景，本文设计一款基于单片机的车内防窒息监测报警系统，以有效防止家庭用车中孩童误被锁车内的安全隐患。
1  系统方案设计
本文设计的车内防窒息监测报警系统，利用红外线传感器检测车内环境情况，识别车内是否还有人，反馈给单片机，单片机对输入的信号进行处理，通过I/O 口输出的脉冲信号传送给步进电机，驱动它按设
定的方向转动一定角度；同时，通过蜂鸣器引起路人注意，GSM 模块给预存联系人发短信（余贤祥，一种防止在汽车内窒息的方法和系统，中国专利：CN201410589723.X ，2015），通知其车内遗留儿童或其它人员，以实现短信报警远程监控。系统工作原理图如图1
所示。
图1 系统工作原理图
图2 热释电红外传感器电路图
2  系统硬件设计
车内防窒息监测报警系统主要由检测系统、控制系统、执行系统以及动力系统组成。2.1  检测系统
检测系统的核心是热释电红外传感器。热释电红外传感器以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出（钱爱玲，钱显毅，传感器原理与检测技术：机械工业出版社，2015），将电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路。9～10μm 是人体辐射的红外线中心波长，热释电红外传感器波长灵敏度为0.2～20μm ，符合探测人体辐射的红外线传感器。热释电红外传感器电路如图2所示。2.2  控制系统
控制系统的核心运算器件采用STC89C52单片机。STC89C52单片机是一种带8K 字节系统可编程Flash 存储器的低电压、高性能COMOS8微处理器（郭天祥，单片机原理及应用：高等教育出版社，2012），性价比优异、性能稳定、控制功能强、集成度高，能够满足本设计的需求。2.3  执行系统
执行系统由步进电机、GSM 模块和声音报警模块组成。
（1）设计选用DC-5V 步进减速电机（步进角度5.625°，减速比1/64），通过步进电机转动来控制车窗的打开和关闭。STC89C52单片机控制电机运行的各种工作状态，通过功率电路来扩展输出
电流以满足被控元件的电流、电压。
图3 ULN2003电路图
功率电路采用ULN2003达林顿晶体管阵列，串联2.7K Ω的基极电阻，外加5V 工作电压后连接到TTL 和CMOS 电路，可直接完成数据处理。ULN2003芯
片输入端与控制系统P1口连接，输出端
基于单片机的车内防窒息监测报警系统
西安思源学院  张  瑜  薛梦琪  张丽芝  王  刚  孔  冰  陈卫东  张
蘅
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与步进电机连接。ULN2003芯片驱动步进电机连接电路如图3所示。
（2）执行模块接收来自控制模块的信号，通过GSM 模块完成告警短信的发送，GSM 模块选用TC35，由GSM 基带处理器、GSM 射频、闪存、供电、天线接口、ZIF 连接器六部分组成。
系统上电后，通过对IGT 引脚加一个低脉冲（延时＞100ms ，电平下降持续时间≤1ms ），使TC35进入工作状态，驱动IGT 激活TC35时，供电电压≥3.3V 。
基带处理器集成的SIM 接口符合ISO 7816-3 IC Card 标准，ZIF 连接器预留6个引脚给SIM 卡，当有SIM 卡插入时，CCIN 引脚置为高电平，系统方可开始工作。目前，各运营商SIM 卡暂无CCIN 引脚，故本设计中将CCINC 引脚CVCC 引脚相连，以完成SIM 卡检测功能。GSM 电路如图4
所示。
图4 GSM电路图
（3）本系统设计在充分考虑实用性的基础上，无需改变车辆自身电路结构，选用蜂鸣器构成声音报警模块，在检测到车内有遗留儿童时，控制模块触发蜂鸣器发出告警，以引起路人注意。2.4  动力系统
山西汽车网采用蓄电池作为动力源，并支持车载USB 充电，在车子行驶过程中会确保系统电池充放电正常，而在车子熄火后也会保证供电可靠。电源电路如图5
所示。
图5 电源电路图  3  系统软件设计
车内防窒息监测报警系统先对车内进行红外数据采集检测车内是否有人，在有人的情况下经过模数转换显示在数码管上，系统通过延时后控制步进电机转动车窗下降留出间隙，防止小孩在车内窒息，同时GSM 通信给车主发短信及蜂鸣报警，本系统的软件流程如图6
所示。
图6 软件流程图
4  总结
调试结果表明设计的车内防窒息监测报警系统可以完成实时监测、车窗升降、与车主通信、发出声音报警等功能，可以有效地保护车内儿童。
本装置的创新之处有三点：一是通过单片机控制步进电机正反转，实现车窗升降；二是可和发出蜂鸣报警，多重报警安全可靠；三是支持车载USB 充电，无需改变汽车原有程序和装置，在车辆熄火后也会保证供电可靠。此装置灵敏且可靠性高，适用性强，生产成本较低，在车辆安全监控系统装置的市场有很大的发展前景。
基金项目：西安思源学院2019年国家级大学生创新创业训练计划项目——车载守护宝《基于单片机的车内防窒息监测报警系统》（项目编号：201913121002）。
作者简介：张瑜（1988—），女，汉族，山西大同人，硕士，现任职于西安思源学院，研究方向：智能电网在线监测与故障诊断。
通讯作者：薛梦琪（1998—），女，汉族，陕西韩城人，大学本科，现就读于西安思源学院，研究方向：电气工
程及其自动化设计。