科学技术创新
洪懿琳
(长安大学，陕西西安710054)
随着社会经济的发展，我国小汽车保有量逐步升高，然而，在享受快速便捷出行条件的同时，由汽车与人的关系衍生出的潜在危险也致使不少悲剧的发生，其中最令人痛惜的莫过于幼童被困车内致死事件。据美国儿童安全组织调查数据显示,1990年以来，美国至少有944名儿童被困车内致死，此类事故平均每9天发生一起[1]。每个孩子都是父母的希望、社会的未来，因此，解决车内遗落幼童的安全问题刻不容缓。
1设计思路
1.1国内外类似研究存在的问题
纵观当下国内外类似研究，大部分设计主要为依托儿童安全座椅设置的警报系统、基于单片机的小型报警装置、运用信息传输技术的远程报警系统等，然而，当前解决车内被困幼童安全问题的装置普及度依旧不高，其存在的问题主要包括:
1.1.1对致死原因的理解存在偏差。目前大部分研究将儿童被困车内致死的原因归咎于“窒息”，其技术主要集中于通过检测车内二氧化碳、一氧化碳、氧气等浓度来实现报警。但事实上，密闭性再好的汽车也不可能完全隔断与外界的空气交换，这一点由“汽车落水后被水浸没”的现象可以证实。而据现代医学研究表明，在环境温度仅有26.7℃的情况下，受阳光直射的汽车车内温度在10分钟内就可达37.2℃，又因幼童身体发育不完全，其体温升高速度是成人的3~5倍，在持续太阳暴晒下，幼童在5分钟内便会失去对体温的调控，极易在短时间内引起电解质紊乱、多脏器衰竭甚至死亡等危害[2]。由此可见，车内高温的危害性远大于氧气不足。
1.1.2传感器选择不当。目前部分研究使用压力传感器、人体红外传感器等检测车内是否遗留幼童，但是，压力传感器容易受到车内物体压力等的干扰，人体红外传感器容易受到光源、热源、遮挡物等的
干扰，导致误报现象频发。多种传感器并行工作看似准确，实则造成不必要的浪费。
1.1.3报警不及时。目前部分研究设置的报警模块主要为声光报警或远程信息报警，但一般情况下，当检测出车内险情后再报警时车主很可能已经走远，而车内温度升高迅速，很难保证车主能够在车内温度升至“致命温度”前及时返回，导致错过最佳抢救时间而造成悲剧发生。
1.2本系统的设计思路
为改进现有技术方案以解决上述问题，本研究提出一种可以实现多级报警的设计思路，主要由单片机控制模块、传感器
检测模块、声光报警模块、GSM 报警信息传输模块四部分构成，实施步骤为：当单片机控制模块检测到汽车熄火且车门落锁后，人体红外传感器开始工作。若检测到车内有人，此时无论温度高低，立即启动一级预警:LED 灯闪烁、蜂鸣器发出警报，以提醒车主关注车内异常状况，车主可以根据实际意图选择忽略或及时采取相应措施，该过程持续20秒后自动停止。一级预警结束后，温度传感器、声音传感器开始工作，当车内温度到达报警阈值且声音检测模块判断车内存在遗落幼童时，启动二级报警:GSM 系统将警报信息发送至车主手机，同时LED 灯闪烁、蜂鸣器响，以提醒附近众车内险情，便于过路热心众协助施救。其中,LED 灯与蜂鸣器上设置有手动开关，为避免对大众造成干扰，当确认幼童解除危险后可手动关闭报警器。
图1总体思路图
1.3创新优势1.3.1规避“窒息致死”理论造成的检测偏差，以温度作为车内危险程度的判定标准，提高系统准确性、安全性。
1.3.2简化传感器的应用，以声音识别作为技术突破，通过区分幼童与成年人的声音来判断车内是否遗留幼童，协同温度检测器一起作为危险判断标准以启动警报装置，提高系统的高效性。
1.3.3为避免抢救不及时、红外传感器易误报的缺点，设置
基金项目：长安大学中央高校基本科研业务费资助项目，项目编号:310821173501。作者简介：洪懿琳(2000-)，女，汉族，籍贯：福建福州，长安大学本科在读，交通运输专业，运输安全方向。
摘要：如今车内幼童被困致死事故频发，为解决儿童滞留车内的安全问题，本文在分析目前同类课题研究的基础上，提出以声音识别为技术突破、以多级报警为安全保障的设计思路，明确高危致死原因，探究声音能量报警可行性。设置单片机控制模块、报警阈值检测模块、声光报警模块、GSM 信息传输模块，通过一级预警、二级报警以提高系统的安全性、可靠性。
关键词：高温致死；声音识别；多级报警中图分类号:TP277文献标识码:A 文章编号:2096-4390(2021)
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2021.18科学技术创新多级报警系统，通过一级预警、二级报警的模式提高报警装置的可靠性，为幼童的安全保驾护航。
2实验研究2.1数据获取
为探究“声音识别”的可行性，我们在车内对幼童(据美国学
前教育协会的定义，本项研究中“幼童”的年龄为七岁及以下)
与成人的音频数据进行采集。考虑到成人具有较强的自救能力以及幼童遭遇危险易哭闹的特征，本次采集的音频主要包括：幼童哭闹声、幼童说话声、成人说话声、成人唱歌声、背景声。2.2数据处理由于音调高低与声音频率有关，为避免数据量过少造成的误差，我们从声音频率入手，比较不同声音的频谱图。又因成人清唱声与成人说话声区别不大，以下只列举四组频谱图进行说明。由以上可见，这四组声音数据的相同点为：声音强度均在5HZ-100HZ 频率范围内较突出；不同点为：背景声在1000HZ-10000HZ 范围内无明显波动，而其余三种声音的声强不仅在5HZ-100HZ 频率范围内波动较大，在1000HZ-10000HZ 频率范围内也有明显的起伏。由此得出初步结论:5HZ-100HZ 频率范围内的声音主要来源于背景噪音，而1000HZ-10000HZ 的声音主要源自哭闹声、说话声等人体发出的声音。
因此，我们将研究范围确定在1000HZ-10000HZ 频率内。接着，为进一步明确差距，运用MATLAB 计算各组声音能量值，方法为:(1)对原始数据(时域图中的数据)进行快速傅里叶变换;(2)将变换后的数据平方后求和[3]。结果表明，在1000HZ-10000HZ 范围内，除背景声外，各组能量值均达0.0002Pa 2以上，而背景声能量值仅有0.0000028Pa 2左右。考虑到各组声音在检测时均包含背景声，因此，我们以背景声为比较基准，计算1000HZ-10000HZ 范围内
的各组声音能量值与背景声
能量值的比值。
由图2可见，幼童哭闹声(第1、4、5、6、7、8组)的能量值平均高达背景声能量值的1000倍以上，而其余声音数据(2、3组为背景声;9、10组为幼童说话声;11、12、13、14为成人说话声;15、16、17、18、19为成人清唱声)与背景声能量值的比值较幼童哭闹声要小得多。由此可以明确，通过在1000HZ-10000HZ 频率范围内各声音与背景声能量值的比较，可以有效地区
分幼童哭闹声与其他声音。
3结构与安装3.1结构设计
汽车仪表识别本装置的连接方式分为有线与无线两种，有线连接包括单片机控制模块与传感器检测模块、GSM 系统，
称为装置本体；无线连接为单片机控制模块与LED 灯、蜂鸣器报警模块，称为报警器。具体结构如图3所示。
3.2安装位置比较论证
运用德尔菲法与模糊综合评价法对装置本体的安装位置进
行比较，结果如表1所示。
表1装置本体安装位置比较矩阵由上述结果得，将装置本体安装在车顶中央是最优选择。此外，为方便引起周围众注意，由LED 灯与蜂鸣器构成的报警器宜安装在两侧车门底端。4结论本文通过对国内外类似系统的研究分析，总结出目前该类研究普遍存在致死原因理解偏差、传感器选择不当、报警不及时等问题。针对上述缺陷，本文提出一种新的设计方案，以声音识别为技术突破，以多级警报为安全保障，在现有技术的基础上进行改进，进一步提高系统的准确性、安全性。参考文献
[1]李钰滢，李泽森，程俊锋，王阗，张莹杰.儿童滞留车内安全隐患分析及预防措施[J].时代汽车,2020(18):192-193.[2]杨波，罗阳，丁涛涛，李清港，张丽萍.基于单片机的车内儿童检测报警装置的设计[J].电子世界,2019(14):146-147.
[3]杜仲平.基于嵌入式的婴儿哭声报警算法研究[D].天津：天津大学
,2016.图21000H Z-10000H Z 内各组声音能量值与背景声能量值的比
值
图3装置结构图后侧车门 汽车仪表台 车顶中央
好（100） 中（80） 差（60） 好（100） 中（80） 差（60） 好（100） 中（80） 差
（60）
可靠性（0.46） 0.23 0.58 0.19 0.16 0.39 0.45 0.52 0.3 0.18
安全性（0.4） 0.4
0.46 0.14 0.3 0.42 0.28 0.49 0.38 0.13 美观程度（0.14）
0.39 0.32 0.29 0.56 0.29 0.15 0.3 0.45 0.25
综合隶属度 0.3204 0.4956 0.184 0.272 0.388 0.34 0.4772 0.353 0.1698
综合得分 82.728 78.64 86.148
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