摘要：針對兒童滯留車內高溫傷害問題，設計一套主動安全防護系統，以STM32單片機為控制核心，通過GPS模塊、三軸加速度計等多傳感器綜合判定車輛是否真實駐停，利用攝像頭和Haar算子準確檢測車內是否有兒童滯留，當溫度傳感器檢測到車內溫度超過危險閾值時啟動防護報警功能，避免意外發生。

　　關鍵詞：兒童滯留車內;多傳感器;人臉檢測

　　0引言

　　兒童乘車安全是汽車安全領域的重要課題之一，目前研究工作主要集中在兒童約束系統的優化設計及其安全性評價等方面，對于車輛駐停后滯留車內兒童的安全問題缺乏深入研究。美國KidsandCars組織對2001—2010年美國兒童車內非交通事故傷害進行統計和分類，結果顯示，兒童滯留車內熱窒息死亡率達58%，遠高于其他傷害類型[1]。針對該問題，本文設計一套主動安全防護系統，通過監測駐停車輛內的實時溫度及兒童滯留狀態綜合判定是否啟動防護報警功能。

　　1主動防護系統總體設計

　　1.1總體方案設計

　　兒童滯留車內主動防護系統主要由微控制器模塊、信號檢測模塊和防護報警模塊組成。微控制器模塊以STM32單片機為核心，信號檢測模塊包括駐車狀態檢測電路、攝像頭人臉檢測電路和車內溫度檢測電路，防護報警模塊包括車窗升降控制電路、聲光報警電路和遠程報警電路。

　　1.2工作原理兒童滯留車內主動防護系統的工作原理為：駐車狀態檢測電路通過傳感器判斷車輛是否真實駐停，當車輛駐停后，攝像頭人臉檢測電路判斷是否有兒童滯留，如有兒童滯留，車內溫度檢測電路將測量溫度傳至微控制器。微控制器根據接收到的溫度判定是否啟動防護報警模塊。當溫度超過報警閾值，微控制器向車窗升降控制電路、聲光報警電路和遠程報警電路發出報警指令，啟動防護功能。

　　2硬件電路設計

　　2.1微控制器模塊微控制器模塊以STM32F103型單片機為控制核心，與外圍信號檢測模塊和防護報警模塊電路相連。

　　2.2信號檢測模塊

　　2.2.1車輛駐停檢測電路

　　車輛駐停檢測電路采用多傳感器多項數據融合的方法判斷車輛是否真實駐停，主要由GPS+北斗雙模定位模組S1216F8-BD、三軸加速度計MPU6050、原車電源開關狀態和門鎖開關狀態檢測電路組成。原車電源開關狀態和門鎖開關狀態通過電壓方式檢測，光耦隔離器PC817起到電壓轉換作用的同時，隔離了檢測裝置對原車電器的影響。

　　2.2.2攝像頭人臉檢測電路攝像頭人臉檢測電路采用嵌入式OpenMV機器視覺模塊，利用內置HaarCascade特征檢測器實現人臉檢測功能。Cascade分類器將Haar特征分為25個階段進行級聯檢測。

　　2.2.3車內溫度檢測電路參照職業衛生標準《職業性中暑的診斷》(GBZ41—2019)[2]，當體溫超過38℃時身體開始熱衰竭。由于高溫環境下紅外傳感器測量人體體溫誤差較大，本文暫以環境溫度達到38℃作為報警閾值。溫度傳感器選用DS18B20，單總線結構，只需占用一根端口線與微處理器通信，節省了大量引線和邏輯電路。

　　2.3防護報警模塊

　　2.3.1車窗升降控制電路

　　兒童滯留車內發生危險時，首要措施是降溫通風。車窗升降控制電路使用原車車窗升降機構，當微控制器啟動防護功能時，繼電器吸合，接通車窗升降機構電源使車窗下降。

　　2.3.2聲光報警電路

　　兒童滯留車內發生危險時，路人是最直接有效的救助人員。聲光報警電路采用原車閃光燈和防盜喇叭，當微控制器啟動報警功能時，發出控制信號使繼電器吸合，接通閃光燈和防盜喇叭電源，聲光報警提醒路人注意。

　　2.3.3遠程報警電路

　　兒童滯留車內發生危險時，需及時通知車主返回。遠程報警電路采用安信可公司的工業級四頻GSM/GPRSA6模組，工作頻段850/900/1800/1900MHz，可低功耗實現短信數據信息的傳輸。

　　3軟件程序設計

　　本文設計的兒童滯留車內主動防護系統的程序流程：系統初始化后，首先通過GPS模塊檢測車輛的速度，當車速低于某一值時基本可以判斷車輛處于靜止狀態;然后再輔以三軸加速度計，對空間X、Y、Z三個維度的加速度進行矢量合成，形成與重力加速度方向一致的矢量和a，當矢量和在1個重力加速度左右時即可判斷車輛處于靜止狀態[3];最后通過檢測原車電源開關狀態和門鎖開關狀態判斷車輛是否處于真實停駐狀態;如果車輛駐停，攝像頭人臉檢測模塊執行人臉檢測算法，當檢測到車內有滯留兒童時，讀取溫度傳感器溫度，若超過設定閾值，降下車窗通風降溫，聲光報警提醒路人注意，同時GSM短信通知車主速速返回。

　　公路論文投稿刊物：《公路與汽運》 創刊于1985年，由中華人民共和國交通部主管、長沙理工大學主辦，是一份介紹公路交通、汽車、道路、橋梁等領域科技信息的面向國內外公開發行的技術類科技期刊。國際標準刊號：ISSN 1671-2668;國內統一刊號：CN 43-1362/U。發行代號：國內42-95，國外DK43002。

　　4結語

　　為避免兒童滯留車內高溫死亡或受永久性傷害，本文設計了一套主動安全防護系統，該系統主要由微控制器模塊、信號檢測模塊及防護報警模塊組成，通過采集的數據可準確判定車輛是否真實駐停和車內是否有兒童滯留，當發生危險時可及時有效地控制執行元件通風降溫，并啟動報警功能，最大限度地降低兒童滯留車內風險。

　　[參考文獻]

　　[1]吳東盛，馮南山，陳芷衡.太陽能兒童車內滯留主動安全防護系統設計與試驗研究[J].公路與汽運，2018(1)：20-24.

　　[2]職業性中暑的診斷：GBZ41—2019[S].

　　[3]朱旦文，廖明，田林曉，等.預防兒童被鎖車內報警系統開發[J].計算機科學與應用，2018，8(2)：197-205.

　　作者：呂緒浩何文超徐婷