基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的車內(nèi)生命探測(cè)聯(lián)動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)

引 言

近日，常有兒童或?qū)櫸镆蜍囍魇韬龆鴾糗噧?nèi)，并因車內(nèi)高溫或寒冷加之空間密閉而發(fā)生窒息，導(dǎo)致幼小生命無端葬送，為家庭和社會(huì)帶來極大傷害。

傳感和識(shí)別技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)感知物理世界獲取信息和實(shí)現(xiàn)物體控制的首要環(huán)節(jié) [1]。車內(nèi)生命探測(cè)聯(lián)動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)傳感器可以對(duì)車內(nèi)環(huán)境參數(shù)及噪聲進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) [2-4]，并通過生命探測(cè)算法對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而判別車內(nèi)是否存在生命跡象。如果存在生命跡象，且車內(nèi)環(huán)境惡劣，則對(duì)車主進(jìn)行短信報(bào)警，提醒其進(jìn)行妥善處置，以防止悲劇發(fā)生。

1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)綜合運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、4G 通信、云服務(wù)和數(shù)據(jù)庫等技術(shù)， 可分為軟件和硬件兩部分。

1.1 硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件由溫濕度傳感器、二氧化碳傳感器、噪聲傳感器、4G 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、云端服務(wù)器和車主手機(jī)構(gòu)成。系統(tǒng)硬件架構(gòu)如圖 1 所示。

(1) 溫濕度傳感器主要用于對(duì)車內(nèi)溫濕度參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) ；

(2) 二氧化碳傳感器主要用于對(duì)車內(nèi) CO2濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) ；

(3) 噪聲傳感器主要用于對(duì)車內(nèi)噪聲進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) ；

(4) 4G 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)主要用于將收集到的各類傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行打包并通過 4G 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至云端服務(wù)器 ；

(5) 云端服務(wù)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器參數(shù)的存儲(chǔ)、顯示和報(bào)警條件的判斷，當(dāng)滿足報(bào)警條件時(shí)，通過調(diào)用網(wǎng)絡(luò)短信服務(wù)向車主手機(jī)發(fā)送報(bào)警信息。

1.2 軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件主要由數(shù)據(jù)通信、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)、數(shù)據(jù)分析、聯(lián)動(dòng)報(bào)警四部分組成。數(shù)據(jù)通信功能主要包含兩個(gè)方面 ：

（1）4G 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)與各類傳感器之間的通信，兩者采用 RS 485 通信接口與 Modbus 通信協(xié)議 ；

（2）4G 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)與云端服務(wù)器采用 HTTP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通信。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)功能主要完成對(duì)報(bào)警條件的設(shè)置及對(duì)車主電話號(hào)碼的管理。數(shù)據(jù)分析功能主要實(shí)現(xiàn)對(duì) 4G 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和存儲(chǔ)，并定時(shí)讀取歷史數(shù)據(jù)，通過生命探測(cè)算法對(duì)生命跡象進(jìn)行判別。生命跡象判別算法流程如圖 2 所示。聯(lián)動(dòng)報(bào)警功能主要實(shí)現(xiàn)當(dāng)系統(tǒng)判別出車內(nèi)存在生命跡象，且車內(nèi)環(huán)境達(dá)到惡劣條件設(shè)置閾值時(shí)，通過調(diào)用網(wǎng)絡(luò)短信服務(wù)向車主手機(jī)發(fā)送報(bào)警信息。

2 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)

由于系統(tǒng)需安裝在車廂內(nèi)部，故需采用車載電瓶供電。實(shí)驗(yàn)室采用 24 V 鋰電池進(jìn)行模擬供電，系統(tǒng)的硬件連接如圖 3 所示。傳感器與 4G 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)采用 RS 485 通信接口進(jìn)行連接，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)內(nèi)安裝有 4G 電話卡，用于與云服務(wù)器進(jìn)行 HTTP 通信。

3 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)軟件采用 C#.NET 語言編寫，數(shù)據(jù)庫采用 MySQL，短信包采用聚合數(shù)據(jù)短信包服務(wù)。應(yīng)用系統(tǒng)界面如圖 4 所示。

系統(tǒng)觸發(fā)聯(lián)動(dòng)報(bào)警的條件如下 ：

（1）當(dāng)車內(nèi)溫度大于 35 ℃，且繼續(xù)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，同 時(shí) CO2 濃度大于 800 ppm，且呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，在一個(gè)判別周期內(nèi)，車內(nèi)某時(shí)刻的噪聲大于 80 dB 則觸發(fā)報(bào)警 ；

（2）當(dāng)車內(nèi)溫度小于 14 ℃，且繼續(xù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，同 時(shí) CO2 濃度大于 800 ppm，且呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，在一個(gè)判別周期內(nèi)，車內(nèi)某時(shí)刻的噪聲大于 80 dB 則觸發(fā)報(bào)警。

系統(tǒng)在 5 min 內(nèi)不重復(fù)發(fā)送短信。車主收到的短信報(bào)警界面如圖 5 所示。

4 結(jié) 語

通過多次測(cè)試，當(dāng)車內(nèi)環(huán)境比較惡劣時(shí)，系統(tǒng)可以準(zhǔn)確地探測(cè)出車內(nèi)是否存在生命跡象，從而每 5 min 對(duì)車主進(jìn)行短信提醒，可有效避免兒童或?qū)櫸镆蜍囍鞯氖韬龆鴾糗噧?nèi)，由于車內(nèi)高溫或寒冷加之空間密閉而發(fā)生窒息的悲劇。

系統(tǒng)的優(yōu)化建議從如下幾方面入手 ：

（1）當(dāng)前硬件采用傳感器 + 4G 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的方式實(shí)現(xiàn)，安裝、供電較麻煩，后續(xù)將做成一體化集成芯片，方便安裝和使用 ；

（2）對(duì)生命跡象探測(cè)算法進(jìn)行優(yōu)化，使其更加準(zhǔn)確可靠。