安全校車

引言

校車的安全隱患主要有以下幾點(diǎn)：

第一種情況是校車到達(dá)目的地之后，兒童被遺落在校車 內(nèi)，長(zhǎng)時(shí)間沒有被人發(fā)現(xiàn)而導(dǎo)致的窒息事件。針對(duì)這種情況, 我們?cè)O(shè)計(jì)的安全校車采用紅外熱釋電來檢測(cè)車內(nèi)的人員，當(dāng)發(fā) 現(xiàn)司機(jī)離開，有兒童被遺落在車上時(shí)，控制終端可以通過語(yǔ)音 報(bào)警，提示有兒童被遺落到車上，引起司機(jī)或周圍人的注意。 同時(shí)還會(huì)通過控制終端控制電話撥號(hào)，給駕駛員電話提示車上 有人，提醒司機(jī)返回校車內(nèi)進(jìn)行檢查。及時(shí)檢查可以減小兒童 被遺落在車上的可能性，同時(shí)也可以及時(shí)報(bào)警防止兒童因?yàn)楸?長(zhǎng)時(shí)間遺落在車上而引起的窒息事件的發(fā)生。

第二種情況是校車在行駛中，兒童離開座椅，校車緊急 剎車或減速而引起的安全問題。針對(duì)這種情況，我們?cè)O(shè)計(jì)了座 椅壓力檢測(cè)模塊，當(dāng)兒童離開座椅時(shí)，終端模塊會(huì)迅速報(bào)警。 隨車?yán)蠋煏?huì)立刻去制止這種行為，減少車輛緊急剎車帶來的 不必要的傷害。

第三種情況是校車在行駛中，開窗透氣，兒童將頭或手 伸出窗外。我們針對(duì)這種情況在車窗上設(shè)計(jì)了紅外對(duì)管來檢 測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有兒童將手或頭伸出窗外時(shí)會(huì)立刻由控制終端語(yǔ)音 提醒，隨車的老師會(huì)立刻去制止，同時(shí)也會(huì)引起老師的警覺, 更加關(guān)注在校車上的兒童。

由此,本安全校車會(huì)在一般校車的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)更多的功 能，同時(shí)安全性也更高。

1安全校車介紹

研究表明，車門窗緊閉的情況下，10分鐘內(nèi)，車內(nèi)的溫 度會(huì)迅速提升6?7。。。而在相同環(huán)境下，兒童體溫升高速 度比成人快3?5倍，車內(nèi)溫度的快速上升可能導(dǎo)致孩子出現(xiàn) 體溫飆升、脫水、窒息等癥狀，嚴(yán)重的話甚至死亡。

而近年來，湖北省、山東省、廣東省等地幼兒園校車悶 死小孩事件發(fā)生多起，一個(gè)個(gè)鮮活可愛的小生命就這樣無(wú)辜 離開人世，所以為了進(jìn)一步保護(hù)孩子的安全，我們團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了 本作品。

這項(xiàng)設(shè)計(jì)主要分為四個(gè)模塊，即人體熱釋模塊、座椅壓 力模塊、車窗紅外模塊和終端報(bào)警模塊。在校車到達(dá)目的地時(shí), 人體熱釋模塊會(huì)徹底檢測(cè)車內(nèi)情況，如果駕駛員停車離開駕 駛室之后，車內(nèi)仍有兒童被遺忘，終端語(yǔ)音便會(huì)急促報(bào)警并 撥打司機(jī)電話，直至司機(jī)上車檢查并手動(dòng)停止報(bào)警！在校車行 駛中，座椅壓力模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)，如有兒童離開座椅，終端模塊 便會(huì)迅速報(bào)警，隨車?yán)蠋熆闪⒓粗浦?，減少車輛緊急剎車帶 來的不必要傷害！同時(shí)，車窗紅外模塊也實(shí)時(shí)檢測(cè)，如有兒童 將頭或手伸出窗外，終端語(yǔ)音模塊將會(huì)立即報(bào)警，隨車?yán)蠋熞?可快速察覺并及時(shí)制止！

本設(shè)計(jì)不僅實(shí)行模塊化管理，操作簡(jiǎn)便，而且還是傳輸 無(wú)線化，并且無(wú)須復(fù)雜改裝車內(nèi)設(shè)施即可快速安裝，更重要 的是成本低廉，人力與智能相結(jié)合。因此，它將成為兒童校 車的一把保護(hù)傘，一頂安全帽！

圖1所示是該安全校車的俯視圖。

2技術(shù)原理

本安全校車主要由4個(gè)模塊組成：人體熱釋電模塊、座椅壓力模塊、車窗模塊、終端報(bào)警模塊。

2.1人體熱釋電模塊采用的原理

普通人體會(huì)發(fā)射10 Um左右的特定波長(zhǎng)紅外線，用專門 設(shè)計(jì)的傳感器就可以有針對(duì)性的檢測(cè)這種紅外線的存在與否, 當(dāng)人體紅外線照射到傳感器上后，因熱釋電效應(yīng)將向外卜釋放電 荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測(cè)處理后就能產(chǎn)生控制信號(hào)。這種專門設(shè) 計(jì)的探頭只對(duì)波長(zhǎng)為10 um左右的紅外輻射敏感，所以除人 體以外的其他物體不會(huì)引發(fā)探頭動(dòng)作。探頭內(nèi)包含兩個(gè)互相串 聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元，而且制成的兩個(gè)電極化方向正好相反, 環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn) 生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測(cè)器無(wú)信號(hào)輸出。一旦人侵入探 測(cè)區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元 接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同， 不能抵消，于是輸出檢測(cè)信號(hào)。為了增強(qiáng)敏感性并降低白光 干擾，通常在探頭的輻射照面覆蓋有特殊的菲泥爾濾光透鏡, 菲泥爾濾光片根據(jù)性能要求不同,具有不同的焦IK感應(yīng)距離）， 從而產(chǎn)生不同的監(jiān)控視場(chǎng)，視場(chǎng)越多，控制越嚴(yán)密。傳感器的 光譜范圍為1?10 um，中心為6 um，均處于紅外波段，是 由裝在TO — 5型金屬外殼的硅窗的光學(xué)特性所決定的。熱 釋電紅外傳感器不但適用于防盜報(bào)警場(chǎng)所，亦適于對(duì)人體傷害 極為嚴(yán)重的高壓電及X射線、y射線工業(yè)無(wú)損檢測(cè)。

人體熱釋電傳感器由于具有功耗很小，能長(zhǎng)期可靠工作 和不發(fā)射任何類型的輻射信號(hào)，不易被常規(guī)手段偵測(cè)到的特點(diǎn), 所以在安全監(jiān)控領(lǐng)域得到大量使用。當(dāng)人體進(jìn)入傳感器監(jiān)測(cè) 的范圍內(nèi)時(shí)，傳感器將輸出一個(gè)有效的檢測(cè)信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)處 理電路放大、濾波、比較后輸出一個(gè)電壓去驅(qū)動(dòng)控制電路，以 此完成偵測(cè)過程。通過紅外熱釋電來檢測(cè)車內(nèi)是否有兒童被 遺落是一種很好的選擇。

2.2座椅壓力模塊原理

壓阻式壓力傳感器是利用單晶硅材料的壓阻效應(yīng)和集成 電路技術(shù)制成的傳感器。壓阻式傳感器常用于壓力、拉力、 壓力差和可以轉(zhuǎn)變?yōu)榱Φ淖兓钠渌锢砹浚ㄈ缫何?、加速度?重量、應(yīng)變、流量、真空度）的測(cè)量和控制。由于壓阻式壓力 傳感器的特點(diǎn)，我們采用壓阻式壓力傳感器來測(cè)量?jī)和欠?離開座位。通過采集兒童對(duì)壓阻式壓力傳感器的壓力，測(cè)量 壓力變化的范圍來實(shí)現(xiàn)對(duì)兒童是否離開座位的判斷，最后綜 合各種數(shù)據(jù)來判斷兒童是否離開座位。

2.3車窗模塊

車窗模塊是采用紅外對(duì)管來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。紅外線接收 管是將紅外線光信號(hào)變成電信號(hào)的半導(dǎo)體器件，它的核心部 件是一個(gè)特殊材料的PN結(jié)，和普通二極管相比，在結(jié)構(gòu)上 有較大變化，紅外線接收管為了更多更大面積地接收入射光 線，PN結(jié)面積盡量做得比較大，電極面積盡量減小，而且 PN結(jié)的結(jié)深很淺，一般小于1 um。紅外線接收二極管是在 反向電壓作用之下工作的。沒有光照時(shí)，反向電流很?。ㄒ话?小于0.1 uA）,稱為暗電流。當(dāng)有紅外線光照時(shí)，攜帶能量的 紅外線光子進(jìn)入PN結(jié)后，把能量傳給共價(jià)鍵上的束縛電子, 使部分電子掙脫共價(jià)鍵，從而產(chǎn)生電子空穴對(duì)（簡(jiǎn)稱：光生載 流子）。它們?cè)诜聪螂妷鹤饔孟聟⒓悠七\(yùn)動(dòng)，使反向電流明 顯變大，光的強(qiáng)度越大，反向電流也越大。這種特性稱為"光 電導(dǎo)”紅外線接收二極管在一般照度的光線照射下，所產(chǎn)生 的電流叫光電流。如果在外電路上接上負(fù)載，負(fù)載上就獲得了 電信號(hào)，而且這個(gè)電信號(hào)隨著光的變化而相應(yīng)變化。應(yīng)用紅外 對(duì)管的工作特性，我們通過采集紅外對(duì)管的接收信號(hào)的情況 來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集兒童是否將手或頭伸出窗外。通過判斷紅外 對(duì)管是否能正常的接收信號(hào)來實(shí)現(xiàn)判斷，同時(shí)將數(shù)據(jù)傳給終 端判斷，及時(shí)進(jìn)行語(yǔ)音提示，可以讓隨車的老師及時(shí)制止兒 童的這些危險(xiǎn)的行為。

2.4終端報(bào)警模塊

終端報(bào)警模塊是采用的STC89C52單片機(jī)控制，同時(shí)通 過語(yǔ)音模塊進(jìn)行語(yǔ)音提醒。終端模塊中通過紅外熱釋電判斷 車內(nèi)是否有兒童，當(dāng)車內(nèi)有兒童時(shí)通過NRF來實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸 數(shù)據(jù)，及時(shí)將車內(nèi)采集的數(shù)據(jù)傳遞給控制終端，最后由MCU 發(fā)送數(shù)據(jù)來控制語(yǔ)音芯片實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音提醒，同時(shí)控制電話模塊 及時(shí)給司機(jī)撥打電話，防止兒童被困車中。

綜上所述，本產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)及時(shí)提醒、提高人的警覺性 等功能，對(duì)于校車的安全性和可靠性有很大的提升。同時(shí)成 本低、性價(jià)比高。圖2所示是本安全校車的軟件功能圖。

3作品創(chuàng)新點(diǎn)

本安全校車的創(chuàng)新點(diǎn)在于及時(shí)的語(yǔ)音提醒、及時(shí)撥號(hào)給 司機(jī)、紅熱釋電的檢測(cè)等實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的操作，及時(shí)提醒駕駛員 和老師注意兒童的安全，從而減少兒童被困車內(nèi)的情況，大 大提高了校車的安全性。

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