儿童滞留车内主动安全防护系统设计

　　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真实驻停，利用摄像头和Haar算子准确检测车内是否有儿童滞留，当温度传感器检测到车内温度超过危险阈值时启动防护报警功能，避免意外发生。

　　关键词：儿童滞留车内;多传感器;人脸检测

　　0引言

　　儿童乘车安全是汽车安全领域的重要课题之一，目前研究工作主要集中在儿童约束系统的优化设计及其安全性评价等方面，对于车辆驻停后滞留车内儿童的安全问题缺乏深入研究。美国KidsandCars组织对2001—2010年美国儿童车内非交通事故伤害进行统计和分类，结果显示，儿童滞留车内热窒息死亡率达58%，远高于其他伤害类型[1]。针对该问题，本文设计一套主动安全防护系统，通过监测驻停车辆内的实时温度及儿童滞留状态综合判定是否启动防护报警功能。

　　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要由微控制器模块、信号检测模块和防护报警模块组成。微控制器模块以STM32单片机为核心，信号检测模块包括驻车状态检测电路、摄像头人脸检测电路和车内温度检测电路，防护报警模块包括车窗升降控制电路、声光报警电路和远程报警电路。

　　1.2工作原理儿童滞留车内主动防护系统的工作原理为：驻车状态检测电路通过传感器判断车辆是否真实驻停，当车辆驻停后，摄像头人脸检测电路判断是否有儿童滞留，如有儿童滞留，车内温度检测电路将测量温度传至微控制器。微控制器根据接收到的温度判定是否启动防护报警模块。当温度超过报警阈值，微控制器向车窗升降控制电路、声光报警电路和远程报警电路发出报警指令，启动防护功能。

　　2硬件电路设计

　　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，与外围信号检测模块和防护报警模块电路相连。

　　2.2信号检测模块

　　2.2.1车辆驻停检测电路

　　车辆驻停检测电路采用多传感器多项数据融合的方法判断车辆是否真实驻停，主要由GPS+北斗双模定位模组S1216F8-BD、三轴加速度计MPU6050、原车电源开关状态和门锁开关状态检测电路组成。原车电源开关状态和门锁开关状态通过电压方式检测，光耦隔离器PC817起到电压转换作用的同时，隔离了检测装置对原车电器的影响。

　　2.2.2摄像头人脸检测电路摄像头人脸检测电路采用嵌入式OpenMV机器视觉模块，利用内置HaarCascade特征检测器实现人脸检测功能。Cascade分类器将Haar特征分为25个阶段进行级联检测。

　　2.2.3车内温度检测电路参照职业卫生标准《职业性中暑的诊断》(GBZ41—2019)[2]，当体温超过38℃时身体开始热衰竭。由于高温环境下红外传感器测量人体体温误差较大，本文暂以环境温度达到38℃作为报警阈值。温度传感器选用DS18B20，单总线结构，只需占用一根端口线与微处理器通信，节省了大量引线和逻辑电路。

　　2.3防护报警模块

　　2.3.1车窗升降控制电路

　　儿童滞留车内发生危险时，首要措施是降温通风。车窗升降控制电路使用原车车窗升降机构，当微控制器启动防护功能时，继电器吸合，接通车窗升降机构电源使车窗下降。

　　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/GPRSA6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。

　　3软件程序设计

　　本文设计的儿童滞留车内主动防护系统的程序流程：系统初始化后，首先通过GPS模块检测车辆的速度，当车速低于某一值时基本可以判断车辆处于静止状态;然后再辅以三轴加速度计，对空间X、Y、Z三个维度的加速度进行矢量合成，形成与重力加速度方向一致的矢量和a，当矢量和在1个重力加速度左右时即可判断车辆处于静止状态[3];最后通过检测原车电源开关状态和门锁开关状态判断车辆是否处于真实停驻状态;如果车辆驻停，摄像头人脸检测模块执行人脸检测算法，当检测到车内有滞留儿童时，读取温度传感器温度，若超过设定阈值，降下车窗通风降温，声光报警提醒路人注意，同时GSM短信通知车主速速返回。

　　公路论文投稿刊物：《公路与汽运》 创刊于1985年，由中华人民共和国交通部主管、长沙理工大学主办，是一份介绍公路交通、汽车、道路、桥梁等领域科技信息的面向国内外公开发行的技术类科技期刊。国际标准刊号：ISSN 1671-2668;国内统一刊号：CN 43-1362/U。发行代号：国内42-95，国外DK43002。

　　4结语

　　为避免儿童滞留车内高温死亡或受永久性伤害，本文设计了一套主动安全防护系统，该系统主要由微控制器模块、信号检测模块及防护报警模块组成，通过采集的数据可准确判定车辆是否真实驻停和车内是否有儿童滞留，当发生危险时可及时有效地控制执行元件通风降温，并启动报警功能，最大限度地降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]朱旦文，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.

　　作者：吕绪浩何文超徐婷