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基于單片機的車內滯留兒童預警系統設計-嵌入式文檔類資源-CSDN下載內容包括詳細設計文檔word版，附帶開題報告和相關PPT等文檔，供大家參考學習。也可在本博客主頁找到更多下載資源、學習資料請訪問CSDN下載頻道.https://download.csdn.net/download/u013253075/35459492

目 ?錄

摘要- I

ABSTRACT II

1? 緒論- 1

1.1? 研究背景及意義- 1

1.2? 創新內容及拓展- 2

1.3? 目標功能- 2

2? 設計方案論證分析- 3

2.1? 方案需求- 3

2.2? 方案比較及選擇- 3

3? 系統硬件設計- 6

3.1? 系統整體設計- 6

3.2? 主處理器- 8

3.2.1? 芯片簡介- 8

3.2.2? 外圍電路- 8

3.3? 人員檢測模塊- 9

3.4? 濕溫度采集模塊- 10

3.5? 有害氣體濃度數據采集模塊- 10

3.6? 液晶顯示模塊- 11

3.7? GSM通信模塊- 12

3.8? 現場報警模塊- 13

4? 系統軟件設計- 14

4.1? 主程序設計- 14

4.2? GSM模塊程序設計- 15

4.2.1? TC35模塊的AT指令集- 15

4.2.2? TC35初始化子程序- 15

4.2.3? GSM模塊讀寫短信程序設計- 16

4.3? 傳感器及顯示程序設計- 18

5? 仿真調試與分析- 20

5.1? 結果分析- 20

5.2? 設計可完善的地方- 22

6? 總結與展望- 23

6.1? 總結- 23

6.2? 展望- 23

參考文獻- 25

致謝- 27

附錄- 28

摘? 要

隨著汽車行業的迅猛發展，汽車逐漸走入大眾的視野，但因車內溫度過高、氧氣不足、有害氣體濃度過高而導致的中毒窒息事件不斷發生，引起了社會各界的廣泛關注。美國KidsandCars組織對近十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，兒童車內滯留熱窒息死亡占58%，遠高于其他傷害類型。兒童長時間困在車內時，由于孩子自救能力有限，無法尋求外界幫助或打開空調通風系統、通風窗來自救，隨著車內溫度變化和有害氣體的積累，極易造成兒童脫水受傷甚至窒息致死。

為了預防兒童被鎖車內而危及生命安全，設計了一種基于單片機控制的車內滯留兒童預警系統。當司機停車熄火離開后，系統通過人體紅外傳感器判斷車內有沒有滯留的兒童或其他人員，并自動通過溫濕度檢測模塊和有害氣體檢測模塊檢測車內的環境數據；如果檢測到車內的溫度過高或者二氧化碳的濃度過高，車內人員存在缺氧窒息或者脫水的危險時，系統會根據設定好的程序采取措施主動解救車內被困兒童，通過現場報警模塊亮起警示燈同時播放警示音以引起路過行人的注意，并通過GSM通信模塊自動向提前設定好的車輛聯系人的手機發送求救信息。本文設計的系統裝置的體積小，可以后期加裝到車輛上，性能比較穩定。

關鍵詞：車內滯留兒童? 單片機? 傳感器? GSM通信

ABSTRACT

With the rapid development of the automobile industry, the automobile has gradually come into the public's view. However, the poisoning and suffocation events caused by the high temperature, lack of oxygen and high concentration of harmful gases in the automobile have been happening constantly, which has aroused widespread concern of all walks of life. The statistics and classification of non traffic accident injuries in children's vehicles in the United States in recent ten years by kidsand cars show that 58% of the deaths of asphyxia caused by heat retention in children's vehicles are far higher than other types of injuries. When children are trapped in the car for a long time, due to their limited self-help ability, they can not seek outside help or open the air conditioning ventilation system and ventilation window to save themselves. With the change of temperature in the car and the accumulation of harmful gases, it is very easy to cause dehydration injury and even suffocation death.

In order to prevent children from being locked in the car and endangering their lives, a security system based on single chip microcomputer is designed. When the driver stops and stops, the system judges whether there are children or other people in the car through the human infrared sensor, and automatically monitors the environmental data in the car through the temperature and humidity detection module and the harmful gas detection module; If it is detected that the temperature in the car is too high or the concentration of carbon dioxide is too high, and the personnel in the car are in danger of hypoxia, suffocation or dehydration, the system will take measures according to the set procedures to actively rescue the trapped children in the car, light up the warning light through the on-site alarm module, and play the warning sound to attract the attention of passers-by, And through the GSM communication module, it automatically sends the rescue information to the mobile phone of the vehicle contact set in advance. The system device designed in this paper has small volume, can be installed on the vehicle later, and the performance is relatively stable.

Keywords: Children in the car? singlechip? sensor? GSMcommunication

1??緒論

1.1??研究背景及意義

據調查統計，美國發生兒童被熱死在車內的事件每年就多達38起。近年來，國內媒體也頻繁地播報了孩子被遺忘于車內導致窒息而死的悲劇，......

目前，有些智能安全座椅可以避免兒童被遺忘在車內。譬如，胸帶位置內置無線接收器的兒童座椅，不斷的實時接收來自發射器的數據信號。汽車啟動時，......

車廂屬于封閉式空間，會形成小型溫室效應。尤其是炎熱天氣，人員長時間滯留車內，溫室效應造成溫度愈來愈高，空氣中二氧化碳含量變高，相對的氧氣濃度愈來愈低。由此引發胸悶缺氧窒息，這是一種緩慢性的癥狀，......

首先檢測車內是否有人員滯留，繼而對車內溫濕度和二氧化碳濃度進行實時檢測，......

1.2??創新內容及拓展

本設計的創新內容是添加了遠程GSM報警，有效解決了車內有人滯留造成窒息，而車外無人知曉的情況發生?？梢约皶r將險情通知監護人，......

1.3??目標功能

本系統預期實現的功能包括：

（1）檢測汽車內是否有人員滯留.....

（2）在有人情況下，實時采集影響人體舒適度的溫濕度.......

（3）現場預警功能，采用聲光報警......

（4）遠程報警功能，由GSM模塊將危險情況的說明以短信......

2??設計方案論證分析

2.1? 方案需求

系統是用于特殊情況下的預警系統，因此需要對當前情景進行初步判斷和深入判斷。本設計針對出現人員滯留車內的情況，所以要先進行一個初步環節：探測車廂內是否有人。其次，還需要掌握使人員窒息的環境因素。最主要的原因有：過高的溫濕度（使人中暑等，會加重人體虛弱程度），密閉空氣中的氧氣含量變得低于人體正常呼吸所求（相對的，也就是人體呼出愈來愈多的二氧化碳到空氣中）。

然后，是判斷當前環境因素是否能夠使人員缺水或窒息。......

重中之重就是預警功能的設計，目的是讓擁有汽車鑰匙的人能夠在長距離或者超遠距離知曉是否發生危險情況。這就要求傳輸實時數據，......

2.2??方案比較及選擇

根據方案需求，則要求使用到人員檢測模塊、溫濕度測量模塊、二氧化碳濃度測量模塊和GSM無線通信模塊。

人員的檢測方法主要分為兩種，一種是壓力傳感器的設計方案，多采用......

溫濕度測量模塊采用使用廣泛的DHT11，它利用專有的溫度和濕度傳感......

二氧化碳濃度測量模塊采用固體電解質傳感器MG811，采用數字......

現如今通信技術迅猛發展，主流技術有GSM、CDMA2000、5G......

（1）Bluetooth、NFC都是近場通信技術，主要用于成本......

（2）Zigbee是一種新興的短距離、低速率無線網絡......

（3）Wi-Fi簡單地說是用來傳輸局域網數據的，......

這些近距離無線傳輸設備存在一些很明顯的缺點，距離限制比較大、......

（4）現今社會應用最主要的蜂窩系統就是GSM、CDMA2000、5G等。

5G通訊技術這幾年發展迅猛，優點頗多，能夠快速傳輸高質量的影音圖像等數據......

GSM、CDMA2000同屬于第二代傳統移動通訊服務。在國內使用廣泛，優點頗多，如穩定性強、通話質量高等。但是鑒于國內移動運行商（電信、移動、聯通）......

GSM通訊技術與實際生活密切聯系，能達到設計的要求，就選擇它作為本設計的通訊方案。我們利用GSM的短信和電話功能，以信息的形式來發送報警信息......

3??系統硬件設計

3.1??系統整體設計

本設計采用STC89C52(宏晶科技公司)單片機作為主處理器，系統主要由溫濕度數據采集、二氧化碳濃度數據采集、LCD1602液晶顯示屏、聲光報警、......系統整體原理圖如圖3-2所示。

圖3-1? 系統設計框圖

圖3-2? 系統整體原理圖

3.2? 主處理器

STC89C52單片機作為主處理器，具有操作簡易、技術成熟、通用性強、造價低廉的優點。系統中需要由單片機接收來自傳感器測量到的數據，......

3.2.1??芯片簡介

系統設計中使用了STC89C52單片機芯片，使用的是經典MCS-51內核，其主要特性如表3-1所示。

表3-1? STC89C52主要特性

屬性	具體介紹
時鐘選擇	選用12時鐘機器周期
工作電壓范圍	3.3V～5.5V（5V單片機）
頻率	0～40MHz，等同于普通51單片機的0～80MHz，實際工作可達48MHz
片上RAM	可供512字節存儲
I/O端口	共32個，為提高驅動能力P0/P1/P2/P3都做內部上拉處理
外部中斷	共4個中斷源，本設計采用下降沿觸發中斷
定時器/計數器	共3個16位定時/計數器(T0，T1，T2)
串口中斷	共1個，用于通信，發送數據使用

3.2.2??外圍電路

單片機一般不是特指單獨的微控制單元芯片，而是泛指單片機系統。單獨的芯片沒有電源驅動是無法工作的，單片機系統是指以微控制單元芯片為核心、......STC89C52最小系統如圖3-3所示。

圖3-3? 單片機最小系統

(1)時鐘電路：STC89C52芯片在正常工作時本身是無法產生時鐘信號的，也就無法在程序中驅動相應的硬件按時工作。因此，需要通過起振一個外部晶體振蕩器以提供時鐘信號......

(2)復位電路：晶振正常起振時，復位功能需要在復位引腳輸入維持至少2個......

3.3??人員檢測模塊

本設計采用的傳感器為HC-SR501熱釋電人體紅外傳感器，模塊采用超低電壓工作模式。其他，如紅外對管模塊，......HC-SR501熱釋電人體紅外傳感器的主要性能指標如表3-2所示。

表3-2? HC-SR501的主要性能指標

屬性	性能指標
產品型號	HC-SR501人體感應模塊
工作電壓范圍	直流電壓4.5～20V
電平輸出	高3.3V/低0V
靜態電流	工作電流控制小于50uA
觸發方式	L不可重復觸發/H重復觸發
延時時間	可調節范圍為0.5～200S
封鎖時間	默認為2.5S，可調節范圍為零點幾秒～幾十秒
感應角度	小于100度錐角

熱釋電人體紅外模塊HC-SR501的輸出引腳接P1.5，VDD接+5V電源，GND接地。

3.4??濕溫度采集模塊

本設計選用了集成溫濕度檢測的傳感器DHT11，以數字信號的形式輸出，進行溫濕度實時監測。......等優點。濕溫度采集模塊DHT11的主要性能指標如表3-3所示。

表3-3? DHT11主要性能指標

屬性	性能指標
供電電壓范圍	直流電源3.3V～5.5V
輸出數據	單線數字信號
測量范圍	溫度：0～50℃，濕度：20～90%RH，
測量精度	溫度：±5℃，濕度：±5%RH，
穩定性	一般環境下，小于±1%RH/年

DHT11控制引腳DATA接P1.7，VDD接+5V電源，GND接地，NC端懸空

(封裝好的模塊是沒有這個引腳的)。

3.5 ?有害氣體濃度數據采集模塊

本設計采用的是MG811二氧化碳濃度傳感器，它對CO2有良好的靈敏度和選擇性，受溫濕度的變化影響較小，具有良好的穩定性、再現性......

根據其設計原理，實際使用時，需要對模塊進行3~5分鐘的預熱準備才能正常工作。其主要性能指標如表3-4所示。

表3-4? MQ811主要性能指標

參數	技術條件
加熱電壓VH	6.0±0.1V(直流或交流)
加熱電阻RH	室溫下30.0±5%Ω
加熱電流IH	約200mA
加熱功耗PH	約1200mW
使用溫度Tao	-20～50℃
儲存溫度Tas	-20～70℃
輸出信號EMF	30～50mV(350～10000ppmCO2)

二氧化碳濃度模塊數據輸出引腳DOUT接P1.6，VDD接+5V電源，GND接地，AOUT懸空(采用模擬輸出的時候，AOUT外接ADC模塊)。

3.6??液晶顯示模塊

本設計在開啟實時監測功能時把溫濕度等數據顯示在液晶上，只需要兩行或一行，所以采用LCD1602這款液晶顯示屏。該模塊仿真電路有2種，其中.......

在實物電路設計中，實現對1602的控制是將讀數據引腳RS、寫數據引腳RW和控制使能引腳E分別連接到單片機P3口P3.6、P3.5、P3.7，P0口直接與液晶顯示器LCD......腳具體定義如表3-5所示。

表3-5? LCD1602引腳定義

引腳編號	引腳名	電平	輸入/輸出	作用
1	VSS	GND		電源地
2	VDD	+VDD	輸入	直流電源+5V
3	VEE		輸入	液晶顯示對比度調節的偏壓信號
4	RS	0/1	輸入	0：輸入指令/1：輸入數據
5	RW	0/1	輸入	0：向LCD1602寫入指令或數據/ 1：從LCD1602讀取信息
6	E/EN	0/1	輸入	使能信號，1時讀取信息/0(下降沿)執行指令
7	D0	0/1	輸入/輸出	第一位數據端口Line0(最低位)
8	D1	0/1	輸入/輸出	第二位數據端口Line1
9	D2	0/1	輸入/輸出	第三位數據端口Line2
10	D3	0/1	輸入/輸出	第四位數據端口Line3
11	D4	0/1	輸入/輸出	第五位數據端口Line4
12	D5	0/1	輸入/輸出	第六位數據端口Line5
13	D6	0/1	輸入/輸出	第七位數據端口Line6
14	D7	0/1	輸入/輸出	第八位數據端口Line7(最高位)
15	A	+Vcc	輸入	背光電源正極
16	K	GND		背光電源負極

3.7 ?GSM通信模塊

本設計采用的是基于GSM通信模塊TC35，它是德國西門子公司出品的一種通訊設備。主要有TC35和TC35i兩種以供選擇，他們之間的功能基本一致。后者是新一代GSM模塊，......各部分組成情況如圖3-4所示。

圖3-4? TC35模塊框架

GSM模塊讀取數據引腳RXD與單片機P3.0引腳相連，發送數據引腳TXD與P3.1引腳相連，......

3.8??現場報警模塊

本設計選擇蜂鳴器和LED燈模擬實景中的車子鳴笛和閃燈的現場報警功能。蜂鳴器默認使用P1.1口的P1.1。LED1~LED8由P2口控制。

4??系統軟件設計

4.1??主程序設計

主程序軟件流程設計如圖4-1所示，預先設定好報警閾值和發送短信對象的號碼，然后對各個模塊進行初始化，包括：串口中斷、定時器、外部中斷、GSM模塊初始化。......

圖4-1? 主程序流程圖

4.2 ?GSM模塊程序設計

4.2.1 ?TC35模塊的AT指令集

TC35與單片機的通信協議，在TC35模塊應用中就是已經規定好的AT指令集，系統中所要涉及到的一些AT指令如表4-1所示。

特別需要注意的，每條AT指令以回車符（程序中為\r\n）作為指令結束的標志。......

表4-1? 部分AT指令

AT指令	功能接收
AT	握手檢測設備連接情況
AT+EO	重置設備RESET
ATD	打電話
AT+CMGF	選擇短信格式，0為PDU模式/1為Text模式
AT+CMGS	從GSM模塊發送短信息
AT+CMGR	從SIM卡中讀取短信息
AT+CMGD	刪除SIM內存中的短信息

4.2.2 ?TC35初始化子程序

TC35的初始化包括AT握手連接、AT握手連接成功、網絡正在注冊、成功注冊基站的判斷。默認發送“AT”指令握手連接；指令“AT+CREG?”查看網絡注冊查詢狀態，.......圖如下圖4-2所示。

圖4-2? TC35初始化流程圖

4.2.3 ?GSM模塊讀寫短信程序設計

本設計由單片機向GSM模塊按步發送AT指令并進行判斷完成讀寫短信操作，上表4-1中的AT基本指令可以實現TC35的不同通信功能。首先都要先利用AT指令使單片機與TC35......如圖4-3所示。

圖4-3 ?發送短信子程序流程圖

其中text模式為默認通訊方案，并已初始化為“AT+CMGF=1\r\n”。text模式可以發送英文字符等，但是無法發送中文字符。可以用外部中斷按鍵的設置來拓展功能，......

英文短信：DangerInCar，中文短信：車內有窒息危險。

（a）text英文短信模式 ?（b）pdu中文短信模式

圖4-4? 寫短信子程序流程圖

4.3??傳感器及顯示程序設計

首先對LCD1602液晶顯示模塊進行初始化，再對DHT11傳感器模塊和MG811二氧化碳濃度傳感器模塊初始化，由DHT11和MG811采集實時數據，由1602顯示屏顯示......流程圖如下圖4-5所示。

圖4-5? 檢測溫濕度及顯示程序流程圖

LCD1602的初始化設計如下圖4-6(a)所示。在寫入數據的時候，利用1602的工作特性定義兩個函數，分別用來寫入字符數據和命令數據，程序設計如下圖4-6(b)和圖4-6(c)所示。......

????? ??????

（a）1602初始化程序? （b）1602寫數據程序 ??（c）1602寫命令程序

圖4-6? LCD1602相關程序流程圖

5??仿真調試與分析

5.1??結果分析

（1）系統上電后沒有檢測到有人，液晶顯示屏LCD1602如圖5-1所示顯示。系統設計的是先檢測到人的存在，然后再檢測溫濕度數據和CO2濃度是否超標。因此，......

圖5-1? 人體紅外感應仿真

（2）系統上電后，液晶顯示屏LCD1602顯示情況如圖5-2所示：溫度31℃，濕度39%，二氧化碳濃度未超標（normal）。此時系統中的GSM模塊TC35自隨著主程序設備初始化后，.....

圖5-2? 溫濕度及CO2數據正常仿真

（3）系統上電后，溫濕度超標的情況下，液晶顯示屏顯示如圖5-3所示。溫度32℃超出設定溫度31℃，濕度39%小于設定濕度40%，二氧化碳濃度顯示normal未超標。......

圖5-3? 溫度值超標仿真

（4）系統檢測到溫濕度正常，二氧化碳濃度超標的情況下，系統也會自動采取措施，仿真結果如下圖5-4所示。

圖5-4? CO2濃度超標仿真

5.2??設計可完善的地方

（1）對于人員檢測部分，方案眾多，當初只是選擇了最為簡單的人體紅外檢測的方法。因為本設計只是提供一種解決方案，實際生活中的情況較為復雜，......

（2）設計中的液晶顯示屏為LCD1602，是顯示16×2個ASCII碼，顯示字符個數、字符庫都有限。然而實際生活中，后面完善設計可能需要拓展功能來顯示于液晶屏上，......

6??總結與展望

6.1??總結

經過這幾個月的調試，最終實現了基于單片機的車載滯留兒童安防系統的設計。本文對系統產生的背景、傳感器模塊的采用、系統硬件設計電路、......

本車載滯留兒童安防系統，采用STC89C52單片機I/O端口利用高精度的溫濕度傳感器和二氧化碳傳感器采集數據，通過人體紅外傳感器對人員是否滯留進行判斷，......

6.2??展望

本設計中采用的是二氧化碳濃度模塊，具體值監測功能沒有使用。根據更高需求，添加一個模擬量輸出檢測程序就可以實時顯示具體濃度數值。不過這一標準也不是正常工作情況下能夠用的了的，這需要進行一定的數據標定。該二氧化碳濃度模塊MG811生產設計時也是進行了一次濃度標定的，......

本設計中除了人體檢測，還采用了溫濕度檢測和二氧化碳濃度檢測。由于連接了GSM遠程通信模塊，可以將傳感器模塊設置成單獨工作或者添加其他傳感器，......

仿真調試時間緊張，而這個階段是比較枯燥的，能靜下心來十分重要。......

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總結

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