基于单片机的车内高温预警系统设计

巴兴强 马越 王晓辉

摘 要： 利用单片机控制技术，结合红外探测、温度感应、无线通信等技术，设计车内高温人体预警系统，以防止儿童及老人长时间滞留车内，在高温情况下发生意外。工作原理为：在车辆熄火，车门关闭后，系统启动；当红外探测系统感应到车上有人存在时，单片机控制温度感应器启动，通过温度检测器实时监控车内温度；当温度高于预设温度时，单片机会产生高电平，报警系统启动。同时，利用无线通信向车主发送报警信息，从而达到避免因车内高温给滞留人员带来人身及财产伤害，防止事故发生。

关键词： 单片机； 红外感应； 温度检测器； 无线通信； 高温预警； 汽车安全

中图分类号： TN02?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2018）17?0149?04

Abstract： The technologies of single chip microcomputer control， infrared detection， temperature sensing and wireless communication are used to design the in?car high temperature warning system to prevent the children and elderly person staying in the car from accident at high temperature. The working principle is that， if the engine is stalled and the door is closed， this system starts； if the infrared detection system senses the presence of people in the car， the single chip microcomputer controls the starting of temperature sensor， and monitors the in?car temperature in real time by means of the temperature detector； if the in?car temperature is higher than preset value， the single chip microcomputer will send a high voltage level to start the alarm system， at the same time， the system will send the alarm information by means of wireless communication to the car owner to avoid the personal injury and property damage causing by the high temperature in the car， and prevent other accidents.

Keywords： single chip microcomputer； infrared induction； temperature detector； wireless communication； high temperature warning； automobile safety

0 引 言

近年来，我国连续发生的多起儿童被遗忘在车内而导致儿童窒息死亡或患热射病的现象，引起了社会的高度重视。研究表明，当汽车处于35 ℃的高温环境时，在车体密闭的情况下，阳光直射15 min后封闭车厢内的温度即可达到65 ℃。而根据现有医学研究，当密闭环境的温度高于38 ℃时，人体就会出现不适，当温度达到40 ℃时，会出现头晕眼花、站立不稳等现象。人体长时间处在密闭高温的环境下，生命健康会受到严重损害。在炎热的夏季，室外气温很容易达到40 ℃，而我国的地下停车系统远远不能满足汽车的停车需求，大多数车辆是在室外停放，在这样的环境下，车内温度很容易达到50 ℃，甚至更高，这一严峻的现实问题，给汽车用户带来严重隐患。

本文基于单片机的车内高温预警系统，正是针对目前的这种需求设计出来的。利用红外探测模块、温度检测模块、单片机和无线信息传输模块技术[1?4]，实现当车主离车之后对车内是否有滞留人员和温度进行监测，达到预警的作用，从而减少潜在悲剧的发生。

1 系统设计

本设计共分为四个模块，由单片机控制中心、红外探测模块、温度感应模块、短信警示模块组成。设计理念是单片机作为主控单元，对整个系统进行控制，通过控制程序，将各个子模块连接起来，最终达到提供高温预警信息的目的，详细设计如图1所示。

响应流程为：当车辆停靠熄火，驾驶员离开车辆并将车门关闭时，触发单片机控制系统启动，系统开始工作运行。通过单片机，首先打开热红外人体探测仪，对车内进行监测，若检测到车内无人员滞留，系统关闭，进入休眠模式，减少能量损耗；若检测到车内有滞留人员，则返回信号给单片机，再由主控单元打开温度检测传感器，车内温度检测器开始工作，并实时监测车内温度。当车内温度达到预设值（一般设置为与人体温度相近的37 ℃）时，报警器启动预警，并通过单片机操纵无线通信网络向预设的人员手机等显示终端发送预警信息。

2 系统硬件设计

2.1 单片机

选用STC89C52单片机作为主控系统中心，设计最小系统，包括40条引脚，分I/O端口、控制和电源三类引脚。其中，4个8位I/O口，共32条引脚，用于传输数据、地址、控制和状态等信息。电源线2条，控制线共6条，用于传送控制信号，时钟电路引脚在18（XTAL1）和19（XTAL2）之间。复位电路由9（RST）引出[1?2]，如图2所示。

2.2 热释电红外探测仪

热释电红外探测仪的主要功能是感知人体所产生的红外辐射[3]，其内部设有两个串联或并联的感应元件，当汽车内部的背景辐射产生作用时，感应元件不产生输出信号；当有人体在探测范围内出现时，红外辐射作用于单个元件上，热释电敏感元形成温度差[ΔT]，促使晶体内部电荷进行运动，从而在电极表面形成电压差[ΔU]，通过信号放大电路作用后产生输出信号[4]。为有效消除干扰辐射，在其外部设置滤光片部件，将大于12 μm和小于9 μm的红外波长阻挡在外，仅让人体发出的10 μm左右红外线波长通过并作用于感应元，提高探测结果的准确度和信任度，减少误报、漏报。在电路中增加低噪放大器，经由放大器对其进行增益补偿，避免在车内温度与人体温度相似的偶然情况下，错误触发传感器，提高灵敏度[5]。

2.3 温度检测模块

该设计采用DS18B20数字温度传感器[6?7]。与热敏电阻型传感器相比较，数字式测量系统更加简便，测温精度高，尤其是它可以将汽车内的温度测量值转换成串行数字信号，并提供给单片机进行处理，经过编程达到温度读数的目的。而且DS18B20可以直接从单线通信线上得到电源供给，省去了外部电源的需求，从而简化接线步骤。该系统主要包括一部温度传感器、64 B闪速ROM，RAM，TH和TL触发器等，其功能特性为：

1） 测量范围为-55～125 ℃ ，分辨率为0.5 ℃；

2） 单线接口，只需1个接口就可完成温度转换的读写时间片的操作；

3） 9位数字方式读温度，典型转换时间为1 s；

4） 用户可定义非易失性温度告警设置；

5） 典型的供电方式为3线制，亦可采用寄生电源供电的2线制。

根据本传感器的特性，采用寄生电源的方式与单片机进行连接，其连接电路图如图3所示。

2.4 无线通信网络

通信芯片使用雙频GSM/GPRS模块的SIM900A经典芯片，由于单片机与该芯片的工作电压不同，对后者进行单独供电。组建单片机与该芯片的开发平台，对系统时钟、中断、串口进行配置，保证模块可以高效准确运行[8?9]。在本文设计中，利用内嵌GPRS DTU数据传输单元，将单片机串口数据转换为IP数据，再通过无线通信的高速传输通道进行传输。其内部集成TCP/IP协议栈，只要用户手机处于开机状态，GPRS附着在移动网络上并保持联系，遇到发送请求时，单片机产生AT指令控制内置芯片，通过预设储存在buf的电话号码，向用户发送短消息，实现数据通信的功能[10]。通信芯片设计电路如图4所示。

3 软件设计

软件设计流程如图5所示。首先，车载单片机系统初始化操作，无线通信模块转为文本模式收发短信代码。当无红外传感器触发时，等待热释电红外传感器信号；在单片机识别到传感器信号后，启动温度传感器，并等待温度传感器释放信号；当单片机接收到温度传感器的异常信号后，通过无线通信模块，对应向手机发送指令，写入移动通信内置单元，以短信形式传输至用户终端。用户收到信息后，可进行相应的处理，实现相应的操作。总体软件设计如下：

4 结果分析

将汽车露天放置于太阳下，然后熄火关闭车门，系统启动运行，车内无人的情况下，系统进行初始检测后关闭；安排人员坐在车内，同样熄火关闭车门，系统重新启动运行。为安全起见，将报警温度预设值设为37 ℃，在暴晒40 min后，车内温度上升并超过预设值后，系统成功向预留的电话号码发送SOS信息。此时重新将车门打开，系统关闭。

5 结 语

基于单片机的车内高温预警系统设计是对汽车功能的一种完善，对于提高汽车安全性和减少汽车使用者损失方面具有重大意义。该系统利用单片机进行控制，方便准确，且成本低廉，增加的无线通信模块实现了对远程数据监测和为用户提供重要信息的目标，减少高温情况下儿童及老人车内窒息或受热辐射损伤事故的发生，因此具有极大的现实意义和推广价值。

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