安全校車

引言

校車的安全隱患主要有以下幾點：

第一種情況是校車到達目的地之后，兒童被遺落在校車 內(nèi)，長時間沒有被人發(fā)現(xiàn)而導致的窒息事件。針對這種情況, 我們設(shè)計的安全校車采用紅外熱釋電來檢測車內(nèi)的人員，當發(fā) 現(xiàn)司機離開，有兒童被遺落在車上時，控制終端可以通過語音 報警，提示有兒童被遺落到車上，引起司機或周圍人的注意。 同時還會通過控制終端控制電話撥號，給駕駛員電話提示車上 有人，提醒司機返回校車內(nèi)進行檢查。及時檢查可以減小兒童 被遺落在車上的可能性，同時也可以及時報警防止兒童因為被 長時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。針對這種情況，我們設(shè)計了座 椅壓力檢測模塊，當兒童離開座椅時，終端模塊會迅速報警。 隨車老師會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。我們針對這種情況在車窗上設(shè)計了紅外對管來檢 測，當發(fā)現(xiàn)有兒童將手或頭伸出窗外時會立刻由控制終端語音 提醒，隨車的老師會立刻去制止，同時也會引起老師的警覺, 更加關(guān)注在校車上的兒童。

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

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致孩子出現(xiàn) 體溫飆升、脫水、窒息等癥狀，嚴重的話甚至死亡。

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，一個個鮮活可愛的小生命就這樣無辜 離開人世，所以為了進一步保護孩子的安全，我們團隊設(shè)計了 本作品。

這項設(shè)計主要分為四個模塊，即人體熱釋模塊、座椅壓 力模塊、車窗紅外模塊和終端報警模塊。在校車到達目的地時, 人體熱釋模塊會徹底檢測車內(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，終端語音便會急促報警并 撥打司機電話，直至司機上車檢查并手動停止報警！在校車行 駛中，座椅壓力模塊實時檢測，如有兒童離開座椅，終端模塊 便會迅速報警，隨車老師可立即制止，減少車輛緊急剎車帶 來的不必要傷害！同時，車窗紅外模塊也實時檢測，如有兒童 將頭或手伸出窗外，終端語音模塊將會立即報警，隨車老師也 可快速察覺并及時制止！

本設(shè)計不僅實行模塊化管理，操作簡便，而且還是傳輸 無線化，并且無須復(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個模塊組成：人體熱釋電模塊、座椅壓力模塊、車窗模塊、終端報警模塊。

2.1人體熱釋電模塊采用的原理

普通人體會發(fā)射10 Um左右的特定波長紅外線，用專門 設(shè)計的傳感器就可以有針對性的檢測這種紅外線的存在與否, 當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)檢測處理后就能產(chǎn)生控制信號。這種專門設(shè) 計的探頭只對波長為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引發(fā)探頭動作。探頭內(nèi)包含兩個互相串 聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元，而且制成的兩個電極化方向正好相反, 環(huán)境背景輻射對兩個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，于是探測器無信號輸出。一旦人侵入探 測區(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，于是輸出檢測信號。為了增強敏感性并降低白光 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，視場越多，控制越嚴密。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特性所決定的。熱 釋電紅外傳感器不但適用于防盜報警場所，亦適于對人體傷害 極為嚴重的高壓電及X射線、y射線工業(yè)無損檢測。

人體熱釋電傳感器由于具有功耗很小，能長期可靠工作 和不發(fā)射任何類型的輻射信號，不易被常規(guī)手段偵測到的特點, 所以在安全監(jiān)控領(lǐng)域得到大量使用。當人體進入傳感器監(jiān)測 的范圍內(nèi)時，傳感器將輸出一個有效的檢測信號，此信號經(jīng)處 理電路放大、濾波、比較后輸出一個電壓去驅(qū)動控制電路，以 此完成偵測過程。通過紅外熱釋電來檢測車內(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）的測量和控制。由于壓阻式壓力 傳感器的特點，我們采用壓阻式壓力傳感器來測量兒童是否 離開座位。通過采集兒童對壓阻式壓力傳感器的壓力，測量 壓力變化的范圍來實現(xiàn)對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管來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。紅外線接收 管是將紅外線光信號變成電信號的半導體器件，它的核心部 件是一個特殊材料的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，反向電流很?。ㄒ话?小于0.1 uA）,稱為暗電流。當有紅外線光照時，攜帶能量的 紅外線光子進入PN結(jié)后，把能量傳給共價鍵上的束縛電子, 使部分電子掙脫共價鍵，從而產(chǎn)生電子空穴對（簡稱：光生載 流子）。它們在反向電壓作用下參加漂移運動，使反向電流明 顯變大，光的強度越大，反向電流也越大。這種特性稱為"光 電導”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載，負載上就獲得了 電信號，而且這個電信號隨著光的變化而相應(yīng)變化。應(yīng)用紅外 對管的工作特性，我們通過采集紅外對管的接收信號的情況 來實現(xiàn)實時采集兒童是否將手或頭伸出窗外。通過判斷紅外 對管是否能正常的接收信號來實現(xiàn)判斷，同時將數(shù)據(jù)傳給終 端判斷，及時進行語音提示，可以讓隨車的老師及時制止兒 童的這些危險的行為。

2.4終端報警模塊

終端報警模塊是采用的STC89C52單片機控制，同時通 過語音模塊進行語音提醒。終端模塊中通過紅外熱釋電判斷 車內(nèi)是否有兒童，當車內(nèi)有兒童時通過NRF來實現(xiàn)無線傳輸 數(shù)據(jù)，及時將車內(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)來控制語音芯片實現(xiàn)語音提醒，同時控制電話模塊 及時給司機撥打電話，防止兒童被困車中。

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

3作品創(chuàng)新點

本安全校車的創(chuàng)新點在于及時的語音提醒、及時撥號給 司機、紅熱釋電的檢測等實現(xiàn)實時的操作，及時提醒駕駛員 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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