摘 要：设计了一款车辆车内红外乘员探测及有害气体监测报警装置，系统以Arduino 单片机处理器为控制核心，融合了红外感应传感器、红外二氧化碳传感器、空气质量传感器(监测车内PM2.5、PM10、甲醛、TVOC、C、湿度、温度)、内蜂呜器、车外蜂呜器、显示器、独立电源构成实时监测，读取车辆运行状态、车内实时气体浓度和乘员存在情况，通过控制系统数据分析筛选得出危险情况，通过屏幕显示与声音信号来传递给驾驶员与车辆周边的人员，完成危险情况的报警,达到有害气体超标预警及防治儿童老人等成员被困致死的目的,解决了汽车封闭空间内有害气体危害成员身体健康和长久以来儿童围困车内高温致死等类似问题。实验结果表明，该系统具有实时性好、数据搜集检测灵敏、数据传输可靠、智能性好、经济性好等优点。功能集成性好，空间占用率低，降低成本。
关键词：乘员探测；有害气体监测；报警装置
1 研究背景及现实意义
随着国家经济的腾飞，人民的汽车拥有量呈现爆发式增长，但人们与之配套的安全意识并没有提高太多, 因车内遗留乘员致死伤或因车内有害气体中毒的情况时有发生。这会导致直接的人员伤亡和经济损失。此设计为了提高有害气体浓度检测及时灵敏性，保证乘员的健康，更为了防止车内遗留乘员致死，达到提醒驾驶员的目的，降低意外死亡率，增加乘客的舒适性和安全性。
利用单片机和多种传感器系统实现汽车的车内有害气体监测及乘员检则,通过传感器的实时检测与单片机的分析，既能实现实时的有害气体浓度监则与预警，保障车内空气质量,保障乘员人身健康，又能检测车内乘员及其它生命体的存在情况，防止其遗忘车内致死。基于这些性能要求，本文提出了一种车辆车内红外乘员探测及有害气体监测报警装置的设计方法。
2 系统构架设计
设计框架如图1 所示，该系统由启动/熄火检测装置、红外传感器、二氧化碳传感器、车锁状态检测装置、空气质量检测装置、单片机、车内外蜂鸣器、显示器(绿、黄、红)组成。
3 系统工作原理
整个系统的工作原理为: 在汽车后座车门上装有红外感应传感器，车厢内装有红外二氧化碳传感器、空气质量传感器(可监测车内PM2.5、PM10、甲醛、TVOC、00、湿度、温度)（转下页）和车内蜂鸣器及显示器，车身外装有车外蜂鸣器，在汽车的内部装有单片机模块。预先在单片机处理器中设定好各种有害气体的正常浓度和危险浓度参数，及判定车内活物存在的二氧化碳最低浓度变化范围参数。单片机可以接收由特定检测装置检测的汽车的启动熄火信号及车门上锁信号，以及来自红外感应传感器、红外二氧化碳传感器和空气质量传感器发出的特定信号，并可以控制显示器、车内蜂鸣器和车外蜂鸣器的工作状态。
工作状态一:当单片机接收到车辆的启动信号或熄火信号a 后，红外感应传感器检测到车内是否有乘员，有乘员则向单片机发送信号b;红外二氧化碳传感器监测二氧化碳浓度，二氧化碳浓度变化达到预定范围则向单片机发送信号c。单片机同时接收到这三个信号a,b,c 后，向车内蜂鸣器发送信号1,使车内蜂鸣器报警提示。报警3 到五秒即停，提醒车主注意车内乘员情况。
工作状态二:当单片机接收到车门上锁信号d 后:红外感应传感器检测车内是否有乘员，有乘员则向单片机发送信号b;红外二氧化碳传感器检测二氧化碳浓度，二氧化碳浓度变化达到预定范围则向单片机发送信号c,单片机同时检测到这三个信号d,b,c 后，向车外蜂鸣器发送信号2,使车外蜂鸣器持续报警，提醒车主车内有乘员，待信号解除后复位。
工作状态三:空气质量传感器持续监测车内有害气体浓度。当有害气体浓度符合标准时，向单片机发送信号A，单片机向空气质量显示器发送信号3,使显示器高绿灯;当有害气体浓度略高于标准时，向单片机发送信号B;单片机向空气质量显示器发送信号4,使显示器亮黄灯;当有害气体浓度达到危险浓度时，向单片机发送信号C;单片机向空气质量显示器发送信号5,使显示器亮红灯，并向车内蜂鸣器发送信号6 使其报警。
4 硬件设计
Arduino 单片机是微控制器的核心，由于汽车运行状态检测与有害气体监测分析需要启动/熄火和车锁状态检测装置、空气质量传感器的信号输入与车内外蜂鸣器、显示器(绿、黄、红)的输出，同时还要有输入信号的分析、处理及之后结果的分析，对系统的实时性要求很高，且系统运算大，因此选择Arduino 单片机，该芯片构建于开放源代码simple I/O 介面版，并且具有使用类似Java、C 语言的Processing/W 开发环境。Arduino 能通过各种各样的传感器来感知环境，通过控制灯光、马达和其他的装置来反馈、影响环境。
装置的电源供给装置采用独立电源供电，当电量低于20%时自动由汽车蓄电池充电。
空气质量传感器采用深圳滕威环保科技有限公司生产的TW70ST 七合一传感器，TW70ST 七合一传感器模块是一款高性价比的数字串口输出传感器模块，它同时采用RS485 数据总线和UART 串口TTL 电平两种输出模式，集CO2，甲醛，TVOC，激光PM2.5,PM10，温度,湿度于一体。它可对所处环境进行实时全面的检测，具有良好的稳定性。它检测温度精确到0.1℃，湿度精确到0.1%。该传感器每秒自动通过RS485 接口输出这七组监测数据，还带有电源反接保护功能。其S485 接口定义：5V 接电源5V，B 为RS485 数据口D-/B，A 为RS485 数据口D+/A，GND 为电源；UART 接口定义：5V 接电源5V，TXD 为UART 数据输出脚，N/A 为悬空，GND 接电源地。
图1
结束语
本文进行了车辆车内红外乘员探测及有害气体监测报警装置的系统构架和硬件电路的设计，并完成了该报警装置系统的研制，通过实际测试模拟汽车的有害气体检测和乘员被遗忘在车内的情况，系统达到了预期的功能实现，但仍存在可优化的问题，例如如何提高检测乘员存在情况的精度等。车辆车内红外乘员探测及有害气体监测报警装置的下一步完善和优化将使其走向真正的实际应用
