兒童安全座椅智能防遺忘安全系統分析

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1設計系統總框架

以兒童安全座椅為基礎的防遺忘智能安全系統，內設防遺忘兒童功能模塊、檢測車內的環境安全功能模塊、報警及救援功能模塊。此系統選用FDC2214型號電容數字高分辨率轉換裝置，采集電容傳感裝置信號，借助微型處理裝置來對于FDC2214型號電容數字高分辨率轉換裝置所采集信號實施微處理；采用二氧化碳、一氧化碳、溫度傳感裝置采集車內部環境的信息數據，根據車輛內部環境具體惡化程度，及時采取報警應對措施。此系統設計框架即為：全球移動通信系統（GSM）→車主移動手機、STM32（微型控制裝置）處理信號→藍牙→啟停發動機→電壓傳感裝置（電池電量的變化）→二氧化碳、一氧化碳實際濃度變化的檢測→溫度及電容變化檢測。

2設計系統硬件

2.1檢測防遺忘模塊。檢測防遺忘模塊內設藍牙收發、啟停發動機檢測、報警這三個子模塊。藍牙發射連接著車載的點煙裝置，啟動發動機，車載點煙裝置會及時為藍牙的發射系統模塊供應電能，每間隔30s進行一次與檢測活動跡象模塊通信；汽車熄火后，該藍牙發射子模塊會處于斷電狀態，兩者通訊失敗，以至于觸發到峰鳴裝置報警，該峰鳴裝置將會報警約1min左右，以向車主提示應當將兒童抱離車中。2.2檢測活動跡象模塊。檢測活動跡象模塊，內設檢測二氧化碳及一氧化碳子模塊、檢測溫度及電容模塊。檢測電容子模塊，使用芯片為TI公司所生產FDC2214型號，此類型芯片有著較強的抗干擾性能、低功率、高分辨率等應用優勢。傳感裝置經電路板檢測覆蓋銅區域及人體間所形成電容實際大小情況，確定人體距離電路板具體參數，此系統內自制電容的檢測子模塊具體檢測面積極為120㎡，因此，傳感裝置高分辨率為28位。經實測后，人體距電路板20cm，此模塊能實現精準化檢測。故此檢測電筒子模塊能夠可靠、穩定系檢測出兒童的安全座椅具體乘坐情況；檢測啟停發動機子模塊，在車輛處熄火狀態，把二氧化碳的濃度實際變化量當成車內部空氣的指標，經車內部二氧化碳實際濃度檢測，便可對車輛內部環境實況做好精準檢測，如果控制裝置已檢測出兒童的安全座椅內坐著兒童，車內部二氧化碳已超出額定濃度參數值，則會迅速觸發到報警系統；檢測溫度子模塊，可借助溫度傳感裝置對車內部環境的溫度狀況實施判斷，過高溫度狀態下，報警會被及時觸發。夏季，外部溫度35℃，經15min陽光照射,封閉車廂內氣溫升到65℃，處于此環境條件下0.5h必會失去生命體征。即使溫度環境為21℃，經陽光直射，在1h后車內的溫度也將高達47℃，而因兒童年齡尚小，體溫自行調節機制處于為完全發育狀態，較弱的體溫自行調節機能，會促使兒童在車內發生窒息的可能性較大。因夏季多數車主均會在車輛發動機處于怠速狀態將車內空調啟動，如果車輛停靠于密封環境中，尾氣中的一氧化碳會進至車內引發兒童一氧化碳中毒癥狀出現。因此，檢測啟停發動機子功能模塊，它可對車輛內部發動機轉實際所處狀態及兒童是否已經被抱走實施精準化檢測，車輛內部一氧化碳實際濃度屬于車輛內部的空氣質量重要衡量標準。如果控制裝置檢測到車輛內部一氧化碳實際濃度已超額定參數值，則會及時觸發報警系統。2.3全球移動通信系統（GSM）安全報警模塊。GSM安全報警模塊，主要是以全球移動通信系統（GSM）為基礎一個通信報警子模塊，可及時提醒車主在車輛內部兒童極易可能存在著危險狀況。在車輛內部環境已達臨界點，會及時觸發一級短信形式報警，該系統會每間隔一定時間，以短信息的形式來提醒車主。如果車輛內部環境已持續惡化，但并未處極限狀態，則第二級的電話報警將會被觸發。

3設計軟件主程序

如圖1所示，為所設計的系統程序基本流程。系統內部檢測電容子模塊如果檢測到車輛內部兒童安全座椅中，在車輛處于啟動狀態至熄火狀態所需時間達1min，則該時刻蜂鳴器應響應1min，用來提醒車主將兒童從車中抱走。如果車主并未將兒童抱走，則檢測車輛內部溫度及二氧化碳實際情況，若檢測到車內二氧化碳實際濃度超過1000ppm，溫度超過33℃，便會及時觸發系統內部一級報警，向車主的移動手機內部發送相應報警信息。若車輛內部環境處于持續惡化狀態，已測得車輛內部二氧化碳實際濃度已超1500ppm，溫度超過36℃，二級報警會被觸發，系統會及時撥打車主的電話以示警告。因檢測車輛啟停發動機子模塊，經點煙裝置狀態檢測，以判斷車輛發動機具有啟停狀態，并不能夠檢測到發動機可處怠速的狀態。故如果車輛發動，兒童坐在安全座椅上，一氧化碳的傳感裝置處于間歇運行狀態。一氧化碳實際濃度超50ppm，一級報警觸發，發動報警短信；一氧化碳實際濃度超200ppm，二級報警觸發，撥打車主電話發出警報。

4系統運行測試及實現

4.1系統運行IIR濾波測試及實現。電容傳感裝置檢測到了原始信號，通過IIR濾波裝置處理數據，經比較分析了解到，與原始數據相比，經濾波處理過后數據平滑度突出，抗干擾能力較強，系統的安全性能極高，能夠及時、精準地檢測到車輛內部溫度環境狀況及是否存在著兒童。4.2系統運行積分微分計算測試及實現。如圖2、圖3所示，為微分前后數據對比圖。從圖2、圖3兩圖中即可了解到，經系統運行積分微分計算測試后表明，積分處理后數據能夠與原始的信號處于相互匹配狀態，表明該以兒童安全座椅為基礎的防遺忘智能安全系統所檢測到信號及信息數據的可靠性、真實性，以兒童安全座椅為基礎的防遺忘智能安全系統處于可靠性運行狀態，各項功能可確保實現充分發揮。

5結語

綜上所述，本文主要提出了以兒童安全座椅為基礎的電容傳感裝置防遺忘智能安全系統，通過該系統設計及其實現，不僅能夠實時化地檢測到車輛內部溫度環境狀況（如環境溫度、一氧化碳及二氧化碳實際濃度）、是否存在著兒童，而且還能夠及時觸發報警系統模塊，通過一級及二級報警形式提醒車主在車內可能存在著兒童，而且兒童所處危險境地等，能夠提醒車主不要將兒童遺忘在車中，及時抱走兒童，防止意外發生，更好地維護兒童安全。經系統運行測試及實際分析后，可基本上認定此系統的安全性及可靠性，各項功能均可實現充分發揮，為兒童安全提供保障。從總體上來說，以兒童安全座椅為基礎的電容傳感裝置防遺忘智能安全系統具有實踐應用的可行性和有效性，值得在市面上進一步推廣及應用。

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作者:張騁 單位:江蘇無錫車輛與機電產品檢測基地