基于移動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)的車載生命檢測(cè)裝置

引 言

隨著夏天溫度的升高，一些家長(zhǎng)經(jīng)常在高溫時(shí)節(jié)開(kāi)車帶著孩子或?qū)櫸锿獬?。但是某些時(shí)候，家長(zhǎng)無(wú)法帶著孩子或?qū)櫸锵萝?，只能將其留在車?nèi)。由于車主可能因?yàn)槟承┰驘o(wú)法及時(shí)回來(lái)，而此時(shí)車內(nèi)的空調(diào)和換氣設(shè)備無(wú)法繼續(xù)運(yùn)作，生命體在車內(nèi)的呼吸作用會(huì)持續(xù)產(chǎn)生 CO2，再加上夏天高溫，相對(duì)密閉的惡劣環(huán)境對(duì)于生命體的威脅較大。本文基于現(xiàn)有成熟的4G 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)車內(nèi)生命信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，把生命體信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳輸到附近的基站和車主手機(jī)，并引發(fā)蜂鳴器報(bào)警。當(dāng)車主或附近的基站接收到電信號(hào)或蜂鳴器報(bào)警引發(fā)他人的關(guān)注后，可以立即采取有效的救助措施，及時(shí)救助生命。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其原理

該系統(tǒng)主要由如下三部分構(gòu)成 ：

(1) 第一部分是車內(nèi)生命體征信號(hào)的檢測(cè)，主要檢測(cè)車內(nèi)CO2含量的變化和溫度，生命體的呼吸作用會(huì)產(chǎn)生CO2， 利用紅外線檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)車內(nèi)溫度，將車內(nèi)檢測(cè)到的生命體征信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，方便信號(hào)傳遞 ；

(2) 第二部分是電信號(hào)的傳輸，同時(shí)也是該裝置的核心， 使用現(xiàn)有成熟的移動(dòng) 4G網(wǎng)絡(luò)傳輸電信號(hào)到手機(jī)終端或附近基站，可方便車主采取有效措施；

(3) 第三部分是處理部分，分為蜂鳴器和后期處理設(shè)備， 如蜂鳴器報(bào)警和信號(hào)接收單元反饋，后期也可添加自動(dòng)打開(kāi)空調(diào)等功能。

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖如圖 1 所示。

生命體征檢測(cè)裝置要能夠準(zhǔn)確檢測(cè)車內(nèi)CO2 濃度的變化及車內(nèi)溫度的變化。在炎熱的夏季，生命體在惡劣的環(huán)境下每多待一秒就多一分危險(xiǎn)，而且在相對(duì)密閉的空間，CO2 濃度在 1 000 ppm 左右就會(huì)引起人體的不適反應(yīng)甚至危及生命，所以對(duì)檢測(cè)裝置的靈敏度有較高要求。通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)生命體呼出的CO2以及車內(nèi)溫度的變化，將生命體征信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)， 進(jìn)行處理后將危險(xiǎn)信號(hào)傳遞出去。

2 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

硬件結(jié)構(gòu)主要包括 CO2 檢測(cè)與溫度檢測(cè)裝置、檢測(cè)控制模塊和移動(dòng)車載 4G 網(wǎng)絡(luò)。

2.1 CO2檢測(cè)與溫度檢測(cè)裝置

本文采用MH-Z16 紅外 CO2 傳感器裝置。該裝置是一款適用性比較廣泛且規(guī)模較小的傳感器，利用非色散紅外（NDIR）原理對(duì) CO2 濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能靈敏地檢測(cè)生命體征信號(hào) ；內(nèi)部安裝有溫度傳感器，能夠在車內(nèi)溫度發(fā)生變化時(shí)進(jìn)行溫度補(bǔ)償；具有數(shù)字輸出與模擬電壓輸出功能，方便使用。

2.2 檢測(cè)控制模塊

檢測(cè)控制模塊的主要作用是處理數(shù)據(jù)和控制信號(hào)，采用CC2530 微處理器基本電路。CC2530 是一款具有全面兼容 8051 單片機(jī)內(nèi)核的單片機(jī)，能夠很好地處理并傳遞電信號(hào)，包括晶振電路、電源電路、射頻輸出電路和輸入設(shè)備。CC2530 是本文轉(zhuǎn)置中的重要部分，優(yōu)越的接收機(jī)使其可調(diào)節(jié)范圍及編程輸出功率 ；在接收、發(fā)射等多種低功耗模式下具有極低的電流耗損，能夠保證較長(zhǎng)使用時(shí)間，且成本較低。

2.3 移動(dòng)車載 4G網(wǎng)絡(luò)

為了保證信息的良好傳輸，需增加無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備。根據(jù)車內(nèi)情況，本文使用移動(dòng)車載 4G 網(wǎng)絡(luò)。檢測(cè)終端中的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)?4G 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)移動(dòng)車載 4G 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)杰囍骰蛘吒浇幕?。這種網(wǎng)絡(luò)方式相對(duì)簡(jiǎn)單，而且現(xiàn)有的 4G 網(wǎng)絡(luò)比較成熟，相較于 GPRS 和 3G 網(wǎng)絡(luò)有了更大的進(jìn)步和發(fā)展，能夠更好地實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸。

3 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

軟件是系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，其性能的好壞對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性起決定性作用。本文基于 C 語(yǔ)言進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

3.1 軟件結(jié)構(gòu)的功能分析

軟件操作流程如圖 2 所示，其功能主要包括以下幾點(diǎn) ：

(1) 實(shí)時(shí)檢測(cè)車內(nèi) CO2濃度的變化和溫度的變化，并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào) ；

(2) 將采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞給處理模塊 ；

(3) 將要傳輸?shù)碾娦盘?hào)以特定的波特率通過(guò)傳輸口傳送到車載 4G網(wǎng)絡(luò)通信模塊 ；

(4) 利用移動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)將信號(hào)傳遞到附近基站或車主手機(jī)。

3.1 生命體信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)

在對(duì)車內(nèi)的 CO2 濃度和溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控后，必須將檢測(cè)到的 CO2 濃度和溫度信息以正確的程序轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，方便信號(hào)傳輸。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的基于移動(dòng) 4G 網(wǎng)絡(luò)的生命檢測(cè)裝置以檢測(cè) CO2 濃度和溫度變化為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)移動(dòng) 4G 網(wǎng)絡(luò)的傳輸，將車內(nèi)的生命信息及時(shí)傳輸?shù)礁浇慕邮諉挝?，能夠?qū)崟r(shí)、精確地監(jiān)測(cè)車內(nèi)信息，實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)報(bào)警，具有安全、耗資少及安裝維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，適合在車內(nèi)使用。

在考慮傳遞信號(hào)的同時(shí)，可利用一些設(shè)備短時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)車內(nèi)的空調(diào)或換氣設(shè)備，在一定程度上增加生命體的存活率。例如，在車頂安裝太陽(yáng)能電池板提供車內(nèi)電源，保證短時(shí)間內(nèi)車內(nèi)空調(diào)的運(yùn)作等。