基于热释电红外线传感器的汽车安全报警系统研究

摘 要：近几年发生了多起小孩子被遗留在车上而由高温引起窒息身亡的悲剧，为此，笔者设计了一个自动报警系统，该系统包括热释电红外传感器、菲涅尔透镜、语音警示报警电路及自动开门装置组成。当车停下来，发动机熄火，车门上锁，如果车上有人，车就会自动发出警报，确保小孩不会被遗忘留在车上的问题，并自动解锁门锁，确保外面人员施救。如果人在车上休息而车上锁，可通过解锁键取消报警。

关键词：汽车，热释电红外线传感器，安全报警系统

前言

近几年，发生了多起小孩子被遗留在车上而由高温引起窒息身亡的悲剧，给很多家庭带来了无限的悲痛。为了解决驾驶者由于疏忽带来的严重问题，笔者研究了一款基于红外线传感器的报警器，能够及时报警，并解锁小车的电子锁，引起驾驶者和周围行人的注意，及时将孩子救出来，从而避免悲剧。

1 热辐射概述

物体由于具有温度而辐射电磁波的现象叫做热辐射。一切温度高于绝对零度的物体都能产生热辐射，既不依靠分子之间的碰撞，又不依靠气体或液体的流动，物体因自身的温度直接向外发射能量的方式。物体的温度越高，辐射的总能量就越大，短波成分就越多。一般来说，所有物体都是红外辐射源，只是由于温度和物体不同而发射的红外光波长不同。

物体发射红外线的辐射能，其峰值波长和温度关系满足λm*T=2989（μm.k）（其中λm为最大波长，T为绝对温度）。而人体正常体温为36°C～37.5°C，即309K～310.5K，辐射的最强的红外线波长λm=2989/（309～310.5）=9.64μm～9.67μm。中心波长为9.65μm。本文正是利用人体红外辐射的这种特性和热释电红外线传感器可探测人体所辐射出的红外光的特性，设计一套安全报警系统。

2人体热释电红外传感器的工作特点

人体热释电红外线传感器是基于热电效应的热电型红外传感器。它主要由传感探测元。干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成？其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂。硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而变化。为了抑制因自身温度变化而产生的干扰，该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化，并将其转换为电信号输出。设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元。

目前，红外报警器一般包括光学系统、热释电红外传感器、信号滤波和放大、信号处理和报警电路等几部分。菲涅尔透镜的主要作用是将人体辐射的红外线聚焦到热释电红外探测元上，同时也会产生交替变化的红外辐射高灵敏区和盲区，用于适应热释电探测元要求信号不断变化的特性；热释电红外传感器是报警器设计中的核心器件，它将人体的红外辐射信号转换为电信号以供后续的信号处理电路使用；信号处理主要是把传感器输出的微弱电信号进行放大、滤波、延迟、比较，为报警功能的提供电信号。

3 汽车安全报警系统的设计

3.1汽车安全报警系统的结构设计

该汽车安全报警系统是基于人体热辐射特点以及热释电式红外线传感器原理进行设计，主要包括热释电红外传感器、菲涅尔透镜、语音警示报警电路及自动开门装置基本部分。基本思路是：当驾驶者停车熄火后，离开汽车，自动锁车或者遥控锁车，传感器进行检测，如果车内还有人，则5s之后开始自动报警，报警声用录音好的特色语音，提醒驾驶者及时回去施救或者引起行人注意，同时汽车电子锁自动解锁，避免车内有人而行人通过破坏汽车施救带来的损失。如果车内人员锁车休息，则可以通过按钮解除报警，避免误报。如图1所示。

3.2汽车安全报警系统的硬件设计

3.2.1汽车安全报警系统的报警模块设计

此模块所设计的控制电路以人作为被测对象，可检测的范围覆盖整个车厢范围，一般特指家庭用车或者幼儿园接送车型。图2是采用热释电红外线传感器的安全报警电路，电路中的热释电红外线传感器采用LH1778，在接通电源后，若LH1778没有接收到红外线，则检测电路输出5V信号。当有人在车内时，LH1778收到人体辐射的红外线，输出信号经LM358放大，再经三极管放大，发出警报信号。

3.3.2语音报警模块电路

该模块所设计的是控制电路采用语音芯片ISD1820，ISD1820p是一种使用方便单片8s至20s语音录放芯片，外接电阻调整录音时间，内置喇叭驱动放大电路，直接驱动8w0.5Ω的喇叭进行报警。

3.3.4整合模块

将信号交给汽车电脑单片机处理有，单片机向语音报警模块发出驱动信号，发出语音警示，提醒驾驶者和周围的的人，车上仍有人，须及时处理。单片机在向语音报警模块发出驱动信号同时，将门锁自动解锁。

3.3.3自动解锁车门设计

安全系统除了语音报警外，还需要一些合理的信号处理，所以该系统还设计了自动解锁模块，主要是预防车主在特定的环境没有注意到报警而忽略车上的情况，方便周围的人在不损坏车的情况下能够及时解救车内小孩，减少損失。

汽车所使用的门锁基本都是电机式的自动车门锁，该锁是通过可逆式电动机、传动装置及锁体总成构成。其工作过程的原理是：通过电动机带动齿轮齿条，进而驱动锁体总成以实现锁紧或开启车门。所以，门锁模块子节点的功能主要是通过驱动电路控制可逆式电动机的正转或反转，实现开/关锁。

因此，该设计利用自动门锁原理，当红外线传感器发送出信号报警同时，也同时给门锁节点发送信号。实现可逆式电机正转，实现门锁自动打开。从而为施救车内的小孩提供便利。

3.3.5手动解除报警设计

当驾驶者或者车上的人想在车上锁车休息时，安全报警系统也会进行检测，因此这种情况也会产生报警。手动解除报警的主要功能是为了解除误报的情况下，合理解除报警。该设计解除报警的方法是直接切断红外线传感器发送的信号，报警系统没有接受到信号而不产生报警，并且门锁也没有自动打开，确保车内人员休息安全。

4 结束语

热释电红外线传感器安全报警系统结构简单，成本低廉，经济性好。而且该系统工作稳定，安装在车内部，可有效的避免小孩子不被发现或者忽略而关在车内引发的事故。另外该系统不应有隔蔽，周围不应放置强电磁波。

参考文献：

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作者简介：

欧赵福（1982-），男，民族：瑶族，籍贯：广西来宾，职业：讲师，学历：硕士研究生，研究方向：机械制造机及其自动化。