汽车远程护童装置

摘要：为了解决远程监护车内儿童的问题，针对多因素变化的车内环境，设计了远程多数据采集，无线传输环境信息的装置。装置以STC89C52单片机为核心控制芯片，采用MG811二氧化碳模块、MQ-2一氧化碳模块、DS18B20数字温度模块，对车内温度、CO2、CO数据进行采集，HC-SR501模块感应车内人员的存在。单片机分析出危险信号，通过ATK-SIM800C模块以短信或电话的形式传送到手机端进行报警。经测试，该装置能对车内环境信息进行采集，且采集的数据精度高，数据传输响应时间短，可满足人们的需求。

关键词：远程监护;STC89C52;MG811;DS18B20;ATK-SIM800C

中图分类号：TP311      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）23-0095-02

1 概述

随着科技的进步， 发展智能化汽车势必会成为汽车行业的共识[1]。家长把孩子留守在车内，造成儿童窒息死亡的事故时常发生。汽车室内长久处于封闭状态，CO2浓度升高，室内温度相对升高，长久处于此环境下的儿童生命受到威胁。针对此情况，本文设计一种远程护童报警装置，帮助车主及时获取车内的环境状况，从而避免不必要的事故降临。

2 系统设计

本装置以51单片机作为控制核心，通过DS18B20、MG811、MQ-2模块对车内，温度、CO2和CO数据进行采集，再通过GSM模块，把数据上传到用户手机上。为更好地帮助用户对独处车内儿童进行远程监护，我们设计了两种报警情况;其一，当车内存在儿童且环境数据威胁到车内儿童安全时，装置通过发短信与蜂鸣器响的形式报警。其二，当车内存在儿童且车内环境已严重威胁到儿童体健康时，装置通过打电话与蜂鸣器响的形式报警。如图1为系统设计图。

3  硬件设计

3.1硬件参数需求

数字温度传感器为“单总线”传感器，功耗低，可直接给单片机提供稳定的数字温度数据。电化学气体传感器干扰性能强，功耗低;有稳定的输出性能，一般的环境因素对传感器灵敏度影响不大。红外人体感应传感器具有高灵敏度、高可靠性等优点，应用场景广泛。ATK-SIM800c通信模块，采用四频工作频段，支持蓝牙、TTS、SIM卡等功能，体积小巧，使用方便，DC5-24V超宽供电范围，支持RS232/TTL串口连接。

3.2电源电路设计

电源是电子系统设计的核心，稳定的电源可以使系统的稳定性更强，因此电源部分是需要重点设计的部分。在本次设计中，由于通信模块、一氧化碳检测模块、二氧化碳检测模块等都需要单独供电，都有电源部分电路，在这里只重点介绍装置的电源电路。

电源电路设计如图2所示，其中33uH电感L在回路中起着消除系统运行产生的磁通量，保证电源稳定;220uF和680uF的电容分别放在稳压芯片的输入和输出两端，起着滤波的作用。

3.3温度检测电路设计

高温引发的汽车事故是至今为止最多的一项，针对汽车内温度上升速度和范围，我们选择DS18B20作为本装置的温度检测模块较为合适。

DS18B20数字温度传感器工作在外部电源供电下，具有较高的稳定性，且抗干扰能力强。如图3所示。

3.4 CO2检测电路设计

图4为CO2传感器工作电路，MG811为固体电解质传感器，它的信号输出阻抗非常高，因此不能直接用普通的电压表或万用表测量其输出信号[2][3]。

MG811直接与空气接触工作，环境温度的变化会影响传感器的灵敏度。用于较高的精度环境时，需要加上温度补偿[4]。反之，则可以不加温度补偿。

传感器敏感电极与参考电极间的电势差（EMF）符合能斯特方程：EMF = Ec- （（2F）*ln（P（CO2））-1*R*T[5]。

4 软件设计

装置中由于电化学气体传感器，在达到稳定的灵敏度前，需一个预热的过程;通信模块要达到稳定的通信功能需要初始配对;所以系统上电后会进行初始化延时，在这个时间段内，系统不会对数据进行采集。当系统正常工作后，通过STC89C52单片机给各模块发送获取信息的命令，各模块收到命令后，对车内环境温度、二氧化碳浓度及一氧化碳浓度等数据进行采集，并把数据传送给单片机，由单片机内部程序将所有数据进行对比分析，并将危险的数据通过通信模块发送到车主手机上。

5 结束语

本文设计了一种基于STC89C52单片机为控制核心的汽车远程护童的装置，给出了主要软硬件的具体设计方案，并通过真实的温度（高/低）、二氧化碳（过高）以及一氧化碳（过高）测试了装置的检测范围、精确度等性能。实验结果表明该装置的监测范围宽、精度高，使用寿命长，操作便捷，价格便宜等，能较好地解决现今汽车事故检测装置的不足。

参考文献：

[1] 赵君.基于8051单片机的温度控制系统[D].长春：吉林大学，2012.

[2] 姜威.基于ZigBee及GPRS的蔬菜大棚远程无线监测系统设计[D].沈阳：沈阳工业大学，2018.

[3] 张川.基于CPLD的多传感器数据采集卡设计与实现[D].北京：北京工业大学，2013.

[4] 赖思其.基于无线传感器温室大棚环境参数控制系统的设计与优化[D].雅安：四川农业大学，2016.

[5] 何文明，杜军.基于STM32的车用气体和温度检测、报警系统[J].泰山学院学报，2017，39（3）：119-122.

【通联编辑：光文玲】

收稿日期：2021-06-25

基金项目：2019年国家级大学生创新创业课题创新训练项目“汽车远程护童装置”（项目号：20195200192）;2020年度贵州省基础研究计划（科学技术基金）项目“基于位置信息感知的车联网安全传输技术研究”（项目号：黔科合基础【2020】1Y258）;贵州省教育厅创新群体研究项目“基于V2X的无人系统协同控制关键技术研究”（合同编号：黔教合KY字[2021]022）;2019校级重点课题“基于OBE理念的电子电路应用型课程建设与实践”（项目号：2019ZD010）;贵州师范学院一流大学建设一流平台项目“大学生创新创业训练计划项目管理系统”（贵师院发[2018]100号）;2016年贵州省省级重点支持学科“计算机应用技术”（黔学位合字ZDXK[2016]20号）

作者简介：王晴晴（1986—），女，江苏徐州人，副教授，硕士，主要研究方向为车联网;陈进（1997—），男，仡佬族，贵州务川县人，在读本科。