一种车内人员应急保护系统的制作方法
【专利摘要】一种车内人员应急保护系统，包括单片机、以及分别与单片机连接的人体红外传感器、声音传感器、在有人时判断车内温度是否高于38℃的温度传感器和判断车内氧气浓度是否低于18%的氧气浓度传感器，所述人体红外传感器和声音传感器均设置在车内顶部的中心位置，以方便检测车内是否有人，单片机连接设于车内的蜂鸣器，用于唤醒车内沉睡中的人，车窗玻璃升降机的开关并联继电器电路，可变电位器通过单片机连接所述继电器电路，以控制车窗玻璃打开缝隙的大小，单片机通过无线通信单元连接车外监护人员的通讯设备。当车内有人并出现高温和/或缺氧状况时，应急保护系统及时发出警报并向车外监护人员的通讯设备发出信号，提高车内人员的安全系数。
【专利说明】
一种车内人员应急保护系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及汽车领域，尤其是一种车内人员应急保护系统。
【背景技术】
[0002]随着经济和社会的发展，私家车保有量的日益增多，家庭外出活动增加，将儿童单独放在车内休息的情况经常出现，在车内这样一个密闭的狭小的空间内，尤其是在夏季，会导致缺氧、高温的极端环境，对儿童造成伤害，甚至威胁生命。另外，有一些人喜欢开着空调在车内休息，当人在缺氧的环境中长时间处于睡眠状态，极易发生生命危险。驾驶员在缺氧的环境中开车，将会出现精神不集中、肢体肌肉协调动作变差等症状，影响安全驾驶。从每年的新闻报道看，总要发生若干起这样的事故。由医学知识可知，当车内温度高于38°C时，人体多个脏器将参与降温活动，属于二级预警温度，由职业危害及预防得知识可知，当车内氧气含量体积浓度低于18%时，已成为缺氧环境，将对人体造成伤害，当氧气浓度进一步降低时会使人出现呼吸加深加快，脉博加快，血压升高，肢体肌肉协调动作变差，疲乏无力，精神不集中，反应迟钝，思维紊乱，头晕，头痛，恶心，呕吐，意识朦胧，并出现紫绀等症状，威胁人的生命安全。
【发明内容】
[0003]本实用新型的主要目的是公开一种车内人员应急保护系统，当车内有人并出现高温和/或缺氧状况时，应急保护系统及时发出警报并向车外监护人员的通讯设备发出信号，提高车内人员的安全系数。
[0004]本实用新型的技术方案是:一种车内人员应急保护系统，包括单片机、以及分别与单片机输入端连接的人体红外传感器、声音传感器、在有人时判断车内温度是否高于38°C的温度传感器和判断车内氧气浓度是否低于18%的氧气浓度传感器，所述人体红外传感器和声音传感器均设置在车内顶部的中心位置，车窗玻璃升降机的开关并联继电器电路，可变电位器通过单片机连接所述继电器电路，在车内设有蜂鸣器，蜂鸣器连接单片机的输出端，单片机输出端还通过无线通信单元连接车外监护人员的通讯设备。
[0005]在车外也设有蜂鸣器，车外的蜂鸣器连接单片机的输出端，以向车外发出求救信号。
[0006]在车内设有误警报或解除紧急情况后的重启键，重启键通过复位电路连接单片机。
[0007]所述单片机、人体红外传感器、声音传感器、温度传感器、氧气浓度传感器、蜂鸣器和无线通信单元分别通过电压转换电路连接车载电源。
[0008]所述电压转换电路包括5V电压转换电路和3.3V电压转换电路，车载电源经5V电压转换电路与人体红外传感器连接，5V电压转换电路连接3.3V电压转换电路，3.3V电压转换电路分别连接单片机、声音传感器、温度传感器、氧气浓度传感器、无线通信单元和蜂鸣器。
[0009]所述人体红外传感器和声音传感器各有I个，均设置在车内顶部的中心位置。
[0010]所述应急保护系统设有总电源开关，总电源开关连接5V电压转换电路。
[0011]与现有技术相比，本实用新型至少具有下列优点及有益效果:
[0012]1、本实用新型通过人体红外传感器和/或声音传感器判断车内是否有人，两个传感器只要有一个发出信号，即可判断车内有人，避免了漏报，如果车内有人，再根据温度传感器和氧气传感器判断车内环境是否高温缺氧，如果车内的温度高于38°C，或氧气含量(体积浓度)低于18%，抑或上述温度和氧气含量两个条件都满足，那么说明车内处于高温缺氧环境，这时，单片机通过继电器电路接通车窗玻璃升降机的开关，将车窗适当打开一定缝隙，使车内进入新鲜空气以通风降温，让车内人员感到舒适，同时，单片机接通蜂鸣器，蜂鸣器发出报警以唤醒处于睡眠状态的车内人员，单片机还通过无线通信单元向车外监护人员的通讯设备(如手机)发出信息，以告知监护人员；
[0013]2、通过调节可变电位器的阻值可改变输送给单片机的电压，单片机根据电压大小控制输入继电器电路的高电平的时间长短，进而通过车窗玻璃升降机开关调节车窗玻璃打开缝隙的大小，非常实用和方便；
[0014]3、当车内人员无法与外界取得联系时，在车外设置的蜂鸣器可向周围的人发出求救信号；当高温缺氧紧急情况结束后，按下重启键，通过复位电路重启系统，解除警报;仿真器用于系统的下载和仿真；系统由车载电源供电，通过电压转换电路将车载电源的电压转换为符合系统各部分要求的电压，保证了在停车情况下该系统也能正常工作。
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型一实施例的结构框图。
[0016]图2是本实用新型一实施例的单片机与外围设备连接引脚说明图。
[0017]图3是一实施例的人体红外传感器的电路图。
[0018]图4是一实施例的声音传感器电路图。
[0019]图5是一实施例的温度传感器电路图。
[0020]图6是一实施例的氧气浓度传感器电路图。
[0021]图7是一实施例的蜂鸣器电路。
[0022]图8是一实施例的无线通信单元S頂900A与外围电路连接的引脚图。
[0023]图9和图10是STM32F103C8T6单片机外接晶振的电路图。
[0024]图11是一实施例的复位电路。
[0025]图12是一实施例的可变电位器的电路图。
[0026]图13是一实施例的继电器电路图。
[0027]图14是一实施例的5V电压转换电路。
[0028]图15是一实施例的3.3V电压转换电路。
[0029]图16是一实施例的SWD接口电路图。
[0030]图17是本实用新型一实施例应急保护系统对应的程序流程图。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0032]本实用新型的一种车内人员应急保护系统包括单片机、以及分别与单片机连接的人体红外传感器、声音传感器、温度传感器和氧气浓度传感器。车内设有蜂鸣器，蜂鸣器连接单片机，以在紧急情况时发出警报。单片机通过无线通信单元连接车外监护人员的通讯设备。
[0033]人体红外传感器和声音传感器均设置在车内顶部的中心位置，用于判断车内是否有人，两个传感器只要有一个向单片机发出信号，就说明车内有人，避免漏报。如果车内有人，温度传感器判断车内的温度是否高于二级预警温度(38°C)，氧气浓度传感器判断车内的氧气浓度是否低于人体正常的需求(例如低于18%)，当车内的温度高于二级预警温度，或氧气含量低于人体正常的需求，抑或上述温度和氧气含量两个条件都满足时，单片机接通车窗玻璃升降机的开关，将车窗适当打开一定缝隙，使车内进入新鲜空气以通风降温，车内人员感到舒适，同时，单片机接通蜂鸣器，蜂鸣器发出报警以唤醒处于睡眠状态的车内人员，单片机还通过无线通信单元向车外监护人员的通讯设备(如手机)发出信息，以告知监护人员。
[0034]实施例一
[0035]如图1，是本实用新型一实施例的结构框图。本实施例的车内人员应急保护系统包括单片机、人体红外传感器、声音传感器、温度传感器、氧气浓度传感器、蜂鸣器、无线通信单元和天线。
[0036]如图2，是本实施例的单片机与外围设备连接引脚说明图。单片机型号是STM32F103C8T6。
[0037]人体红外传感器选用DYP-ME003人体红外单元，其具有延时功能，电源电压范围0〇4.5-20￥，输出高电平3.3 V，低电平0V，通过调整放大器的增益，控制人体红外传感器的感应距离在适当的范围内。图3是人体红外传感器的电路图。人体红外传感器输出数字信号O和I，直接连接单片机的21脚。车内有人时，红外传感器输出高电平I。
[0038]声音传感器可采用东莞市丰川电子有限公司生产的三线制声音传感器，该三线制声音传感器灵敏度可调，输出数字电平O和I，电源电压3.3V-5V，当电源电压为3.3V时，数字电平O和I对应的输出电压分别为OV和3.3V，该三线制声音传感器在外界声音强度达不到设定阈值时，输出高电平，在探测到声音且高于设定阈值时，输出低电平。图4是声音传感器电路图。声音传感器输出数字信号O和I，直接连接单片机的25脚。车内有人时，声音传感器输出低电平O。
[0039]温度传感器模块采用具有I2C输出接口的LM75A，其电源电压为2.8-5.5V。图5是温度传感器电路图。温度传感器以I2C总线方式与单片机相连，连接到单片机的42、43、45脚。
[0040]氧气浓度传感器采用深圳洁豪电子商务有限公司的氧气浓度传感器，该氧气浓度传感器的电源电压为3.3-5V，输入采用英国CITY的40XV传感器，测量范围1-25%，该氧气浓度传感器为线性传感器，空气中氧气浓度为20.8%时，输出电压为2V，因此，氧气浓度与输出电压的关系为:氧气浓度=20.8*输出电压/2(V0L)，当氧气浓度为18%时，对应的输出电压为1.731V。图6是氧气浓度传感器电路图。氧气浓度传感器输出的是模拟信号，因此其输出信号连接到单片机的10脚，首先经内部A/D转换器转换成数字信号，再供单片机处理。
[0041 ] 蜂鸣器选取华誉/HYT-0903电磁式有源一体环保蜂鸣器，其电源电压2-5V。图7是蜂鸣器电路。当车内处于高温缺氧的环境时，单片机26脚输出高电平，使三极管Q2导通，驱动蜂鸣器报警。
[0042]无线通信单元选用SnraOOA，采用3.3V电源。图8是无线通信单元S頂900A与外围电路连接的引脚图。单片机的29、30、31脚分别与其I脚、10脚和9脚相连。SIM卡座的1、4、5和6脚分别与无线通信单元的31、32、33和30脚相连。天线通过SMA插头与无线通信单元的60脚相连。天线采用GPRS/GSM模块柱状弯头天线，频率范围是900-1800MHZ，频率误差在土 5MHz，频带宽度7MHz，电压驻波比小于等于1.5，增益是3.5 dBi，最大功率是50W，输入阻抗是50Ω，极化形式是垂直极化，天线长度是47mm，接口形式是SMA弯头，内螺公针。
[0043]图9和图10是STM32F103C8T6单片机外接晶振的电路图。图9的PC14和PC15分别连接单片机的3脚和4脚。图10的OSCIN和OSCOUT分别连接单片机的5脚和6脚。
[0044]图11是复位电路图。重启键通过复位电路连接单片机。复位电路的输出RESET连接单片机的7脚。当系统出现误警报或解除紧急情况后，按下重启键即可解除警报。
[0045]车窗玻璃升降机的开关并联继电器电路，可变电位器的中心触头连接单片机的I/O口，单片机连接所述继电器电路。通过调节可变电位器电位器，可调节单片机I/O口的电平大小，进而调节车窗玻璃打开缝隙的大小。图12是可变电位器的电路图。图13是继电器电路图。如图12，可变电位器RPl的中心触头与单片机11脚相连。调整可变电位器的中心触头，可改变单片机11脚的输入电压，该电压经单片机内部的A/D转换器转换后成为数字信号，单片机根据该信号的大小，控制单片机27脚输出高电平时间的长短。本实施例中，设置11脚电压OV时对应27脚输出高电平的时间为O秒，11脚电压3.3V时对应27脚输出高电平的时间为3秒。如图13，继电器电路连接单片机27脚，单片机27脚输出的高电平经继电器电路的Rl到达Ql的基极，使Ql导通，电流流过继电器JKl线圈1、2两端，继电器4端与常闭触头3断开，与常开触头5闭合，使J2的1、2两脚导通，而J2的MOTl、M0T2分别与车窗玻璃升降机的开关两端相连接，从而实现玻璃打开一定缝隙的目的。
[0046]依据所选器件，人体红外传感器采用5V电源，声音传感器、温度传感器、氧气浓度传感器、蜂鸣器、单片机、无线通信单元等采用3.3V电源。车载电源的电压是12V。车载电源通过5V电压转换电路连接人体红外传感器，5V电压转换电路将12V车载电源电压转换为5V。5V电压转换电路连接3.3V电压转换电路，3.3V电压转换电路分别连接声音传感器、温度传感器、氧气浓度传感器、蜂鸣器、单片机和无线通信单元。3.3V电压转换电路将5V电压转换电路的5V电压转换为3.3V电压，供声音传感器、温度传感器、氧气浓度传感器、蜂鸣器、单片机和无线通信单元使用。利用车载电源为系统供电，保证了在停车情况下该系统也能正常工作。图14是5V电压转换电路。图15是3.3V电压转换电路。3.3V电压转换电路外接去耦电容。
[0047]车窗玻璃升降机的开关并联继电器电路，可变电位器通过单片机连接所述继电器电路，以控制车窗玻璃打开缝隙，单片机通过无线通信单元连接车外监护人员的通讯设备。
[0048]本实用新型的应急保护系统在设计过程中还用到用于从计算机下载程序和调试程序的仿真器。仿真器的一个端口通过SWD接口电路与单片机连接，仿真器的另一个端口连接计算机。图16是SWD接口电路图。单片机34、37脚连接SWD接口电路，该接口是仿真器JLINK的一个端口，仿真器JLINK的另一个端口是USB，通过USB连接线和计算机相连，实现单片机程序的下载和仿真。
[0049]另外，可以在车内和车外各设置一个蜂鸣器，两个蜂鸣器均与单片机26脚相连接，在车内人员处于高温缺氧情况时，车外的蜂鸣器向车外发出求救信号，车内的蜂鸣器用于唤醒车内沉睡中的人。人体红外传感器和声音传感器各有一个，均设置在车内顶部的中心位置。应急保护系统还可以设置一总电源开关，总电源开关连接5V电压转换电路，在系统发出误报警的情况下，可以关闭整个系统。
[0050]图17是本实用新型一实施例应急保护系统对应的程序流程图。参考图17，系统开机后，程序进行初始化，配置单片机的I/O口及外围设备接口，使无线通信单元SM900A的PWRKEY的引脚出现低电平，并持续1-5秒。之后，单片机就不断地对DYP-ME003人体红外传感器和声音传感器的输出信号进行采样，当人体红外传感器的输出信号为高电平3.3V，或声音传感器的输出信号为低电平0V，或二者同时满足时，说明车内有人，如果上述两个条件均不满足，说明车内无人。如果车内无人，则继续对人体红外传感器和声音传感器的输出信号进行采样。如果车内有人，继而对温度传感器模块LM75A的输出信号进行采样，同时对氧气浓度传感器的输出信号进行采样。当温度传感器的输出信号大于38°C或氧气浓度传感器的输出信号小于1.731V(此时对应的氧气浓度为18%)，或上述两个条件同时满足时，说明车内已形成高温缺氧环境。当车内环境不满足高温缺氧条件时，系统将重新检测是否有人及有人时检测是否满足高温缺氧条件。当车内环境满足高温缺氧条件时，该系统将:1、自动接通车窗玻璃升降机的开关，将车窗适当打开一定缝隙，使车内进入新鲜空气以通风降温，让车内人员感到舒适;2、单片机接通蜂鸣器，蜂鸣器发出报警以唤醒处于睡眠状态的车内人员；
3、单片机通过无线通信单元向车外监护人员的手机发出信息，以告知监护人员；4、当高温缺氧紧急情况结束后，按下RESET重启键重新启动系统，解除警报，使系统进入正常工作状
O
【主权项】
1.一种车内人员应急保护系统，其特征在于，包括单片机、以及分别与单片机输入端连接的人体红外传感器、声音传感器、在有人时判断车内温度是否高于38°c的温度传感器和判断车内氧气浓度是否低于18%的氧气浓度传感器，所述人体红外传感器和声音传感器均设置在车内顶部的中心位置，车窗玻璃升降机的开关并联继电器电路，可变电位器通过单片机连接所述继电器电路，在车内设有蜂鸣器，蜂鸣器连接单片机的输出端，单片机输出端还通过无线通信单元连接车外监护人员的通讯设备。2.根据权利要求1所述的一种车内人员应急保护系统，其特征在于，在车外也设有蜂鸣器，车外的蜂鸣器连接单片机的输出端，以向车外发出求救信号。3.根据权利要求1所述的一种车内人员应急保护系统，其特征在于，在车内设有误警报或解除紧急情况后的重启键，重启键通过复位电路连接单片机。4.根据权利要求1所述的一种车内人员应急保护系统，其特征在于，所述单片机、人体红外传感器、声音传感器、温度传感器、氧气浓度传感器、蜂鸣器和无线通信单元分别通过电压转换电路连接车载电源。5.根据权利要求4所述的一种车内人员应急保护系统，其特征在于，所述电压转换电路包括5V电压转换电路和3.3V电压转换电路，车载电源经5V电压转换电路与人体红外传感器连接，5V电压转换电路连接3.3V电压转换电路，3.3V电压转换电路分别连接单片机、声音传感器、温度传感器、氧气浓度传感器、无线通信单元和蜂鸣器。6.根据权利要求1所述的一种车内人员应急保护系统，其特征在于，所述人体红外传感器和声音传感器各有I个，均设置在车内顶部的中心位置。7.根据权利要求4所述的一种车内人员应急保护系统，其特征在于，所述应急保护系统设有总电源开关，总电源开关连接5V电压转换电路。
【文档编号】E05F15/73GK205644889SQ201620282367
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年4月7日
【发明人】陈建华, 付主木, 张青野, 谢萍
【申请人】河南科技大学