儿童滞留车内主动安全防护系统设计

Sheji yu Fenxi !设计与分析
儿童滞留车内主动安全防护系统设计
吕绪浩何文超徐婷
(东北师范大学人文学院理工学院，吉林长春130117)
摘要:针对儿童滞留车内高温伤害问题,设计一套主动安全防护系统，以STM32单片机为控制核心，通过GPS 模块、三轴加速度
计等多传感器综合判定车辆是否 ，
Haar 算子准确检测车内是否有儿童滞留，当温度传感器检到车内温度超过
危险阈值启动防护 ，
关键词:儿童滞留车内；多传感器;人
测
0引言
儿童乘车安全是车安全领域的重要课题之一，目前研 究工主 儿童 系统 设计 安全性评
微控制器向车 控制 、声光报警电路和远程报警电
出报警指令，启动防护 “
2硬件电路设计
等
，对于车辆 滞留车内儿童的安全问题
研*。

美国Kids and Cars 组织对2001—2010年美国儿童车内非 通 伤害 统计 ， ，儿童滞留车内
58%, 高 伤害
叭
针对该问题，本文设计一套主
动安全防护系统，通过 车
辆内
温度及儿童滞留 ；
综合判定是否启动防护
2.1微控制器模块
微控制器模块以STM32F103型单片机为控制核心，与外
围 模块防护报警模块 相连， 2所
C2
HI-10 pF
C3HI-10 pF VCC 卜
温度传感器
IGNP'llj —| VDD_3 VSS 二3 PB9/TIM4_CH4 PBg/TIM4_CH3 BOOTO PB7/I2C1_SDA/TIM4_CH2 PB6/I2CFSCL/TIMCCH1
VSSA - _PB5VDDA PA0-WKUP/ADC_IN0/TTM2_Cm_ETR PA1/ADCJN1/TD42 CH2 _ _PA2/485-DAJSART2ZTX PA3/485-RJUSAB.T2_RX PA4/SPI1_NSS/ADC1IN4 PA5/SPHZSCK/ADCJN5 PA6/ADQN6/HM3]CH1 PA7/ADCZIN7/TIM3ZCH2 PB0/ADCJN8/TIM3ZCM3 PB1/ADCJN9/TIM3ZCH4 PC2 - -PB15/TIM1_CH3N PB14/TTM1_CH2N VSS_1 _44VCC|"三轴加逮度计
?B5
PB4/JNTRST PB3/JTDO PA15/JTDI PA14/JTCK/SWCLK
VDD_2
VSSZ2 PA13/JTMS/SWDK) PA12/CANTX/USBDP/TIM1_ETR PAI l /CANRX/USBDM/TIMrCH4 PA1O/USART1_RX/TIMCCH3 PA5/USART12rX/TIM 「CH2 PA8/iiMl_CHl®ICO PB 10/SCLAJSART3_TX PB11/SDA/USART3JRX PB13/SPI2_SCK/TIM 1_CH1N PB]2/SPI^NSS/T1M1 BKIN 原车电源开关状杏门锁开关状态7 J "17P5□K 摄像头人脸检測模块 士GND 1主动防护系统总体设计
1.1总体方案设计
儿童滞留车内主动防护系统
主 控制器模块 检测模
块和防护 模块 控制器模块以STM32单片机为核心， 模块 车 、 人
车内温度 ，防护 模块 车 控制
、 1为儿童滞留车内主动
防护系统
楡测信号1118 1? 2Q 21 22 23 1A 车窗控制信号L ~1|一 声光报警信号VCC|-------[34
益券 GPS TX 30 GPS EU 29|gnd -i GSMRX GSMTX P4GPS 模块
27-2S — VCC 卜STM32F1O3C
图2微控制器模块接口电路
2.2信号检测模块
2.2.1车辆
车辆 采多传感器多项数据融合 法判
断车辆是否 ， 理 3所，主要由GPS+北
斗双模定位模组S1216F8-BD 、三轴加速度计MPU6050、原车 源开关 门锁开关
车电源开关
门锁开关 通过 压式 ，光耦隔离器PC817起
到电压转换 同，隔离了 装置对车器的影响。

2.2.2 人
人 采用嵌入式OpenM V 机器视觉模块,
利用内置Haar Cascade 特征检测器现人脸检测功能。

Cascade 器 Haar 特征 为25个阶段 级联 4
为O p enM V 实物人 效果。

2.2.3车内温度
图1主动防护系统组成示意图
1.2工作原理
儿童滞留车内主动防护系统工 理为 车 通过传感器判车辆是否
，当车辆 ，
人 判 是否 儿童滞留， 儿童滞留，车内
温度
温度传 控制器 控制器根据接收
到温度判定是否启动防护 模块。

当温度超过 阈值，
基金项目：吉林省教育厅科学研*项目资助(2016518)
参照职业卫生标准獗业性中暑的诊断》(GBZ 41—2019)叭
当体温超过38 G 身体开始衰竭 高温环境下红外传
感器 人体体温误差较大，文暂以环境温度到38 H 为
阈值。

温度传感器选 DS18B20,单总线 构，只需占
用一根端口线与 处理器通信，节省了大 引线和逻辑 。

2.3防护报警模块
2.3.1 车 控制
儿童滞留车内 危险，首措施是降温通 车控制
车车 机构，当 控制器启动防护
， 器 合， 接通车 机构 源 车 下
机电信息2020年第36期总第642期
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设计与分析♦Sheji yu Fenxi
U
-2
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贏
粋GND
ShFTra S1216
通过检测原车电源和！
车辆是于实
如果车辆，人脸
检测模块人检测，当检测
到车内有滞留儿童时，传感
器,过，降下车窗通
声光报警提醒路人注意，同
时GSM短信通知车主速速返回＞
4结语
儿童滞留车内
2主
动安防，主微控
制器模块、信号检测模块及防护报警图3车辆驻停信号检测电路
图4Ope n MV实物及人脸检测效果
2.3.2声光报警电路
儿童滞留车内发生危险时，路人是最直接有效的救助人员。

声光报警电路采用原车闪光灯和防盗喇叭,当微控制器启动报警功能时，发出控制信号使继电器吸合，接通闪光灯和防盗喇叭电源，声光报警提醒路人注意。

2.3.3远程报警电路
儿童滞留车内发生危险时，需及时通知车主返回。

远程报警电路采用安信可公司的工业级四频GSM/GPRS A6模组,工作频段850/900/1800/1900MHz，可低功耗实现短信数据信息的传输。

电路如图5所示＞
采集温度数据
降下车窗
通风降温
声光报警
寻求路人帮助
远程报警
提醒车主返回触发摄像头人脸检测模块工作
Antemu
34 GND*37三ZEZ ~r~39~
41 VCC 8
P
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甬
21_
18-SIM DATA
GND GND 图5远程报警电路
3软件程序设计
的儿童滞留车内主动防的程程如图6 ,先通过％PS模块检测车辆的速
当车速低于时可以判断车辆于
速，x、y、#的加速彳亍合，速的和$,当和在1个重力加速度左右时即可判断车辆处于静止状态〔3];最后模块组成,通过采的数据可车辆是实和车内是有儿童滞留2当发生危险时可及时有效控制通2启动报警功能2最低儿童滞留车内风险。

[参考文献]
[1]吴东盛，冯南山，陈芷衡.太阳能儿童车内滞留主动安全防护
系统设计与试验研究[J].公路与汽运,2018（1）：20-24.
[2]职业性中暑的诊断:GBZ41—2019[S].
[3]朱旦，廖明，田林晓，等.预防儿童被锁车内报警系统开发
[J].计算机科学与应用,2018,8（2）：197-205.
收稿日期：2020-10-15
作者简介：吕绪浩（1988—）,男，山东聊城人，硕士研究生，讲师,研究方向:汽车电子技术。

何文超（1987—）,男,吉林长春人，硕士研究生，讲师,研究方向:控制理论与控制工程。

徐婷（1991—）,女，吉林松原人，硕士研究生，助教，研究方向:电气工程及其自动＞
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