张骋

（江苏无锡车辆与机电产品检测基地，江苏 无锡 214000）

儿童安全座椅（Child Restraint System；CRS），也称作儿童约束安全系统，能够依据儿童不同年龄、体重等，为儿童定制并安置于车辆内部一种安全座椅，为儿童乘车提供安全防护。但是，传统模式的儿童安全座椅往往各项功能较为单一化，并不能够满足现实中各方面的需求，安全防护功能效果较为薄弱。在这一背景下，此行业领域急需研发出一种更具安全功能性、防遗忘智能安全系统，以便于防止车主将儿童遗忘在车中，更好为儿童提供安全防护。因此，对以儿童安全座椅为基础的一种防遗忘智能安全系统开展深入研究，具有极大的现实意义及价值。

1 设计系统总框架

以儿童安全座椅为基础的防遗忘智能安全系统，内设防遗忘儿童功能模块、检测车内的环境安全功能模块、报警及救援功能模块。此系统选用FDC2214 型号电容数字高分辨率转换装置，采集电容传感装置信号，借助微型处理装置来对于FDC2214 型号电容数字高分辨率转换装置所采集信号实施微处理；采用二氧化碳、一氧化碳、温度传感装置采集车内部环境的信息数据，根据车辆内部环境具体恶化程度，及时采取报警应对措施。此系统设计框架即为：全球移动通信系统（GSM）→车主移动手机、STM32（微型控制装置）处理信号→蓝牙→启停发动机→电压传感装置（电池电量的变化）→二氧化碳、一氧化碳实际浓度变化的检测→温度及电容变化检测。

2 设计系统硬件

2.1 检测防遗忘模块

检测防遗忘模块内设蓝牙收发、启停发动机检测、报警这三个子模块。

蓝牙发射连接着车载的点烟装置，启动发动机，车载点烟装置会及时为蓝牙的发射系统模块供应电能，每间隔30s进行一次与检测活动迹象模块通信；汽车熄火后，该蓝牙发射子模块会处于断电状态，两者通讯失败，以至于触发到峰鸣装置报警，该峰鸣装置将会报警约1min 左右，以向车主提示应当将儿童抱离车中。

2.2 检测活动迹象模块

检测活动迹象模块，内设检测二氧化碳及一氧化碳子模块、检测温度及电容模块。检测电容子模块，使用芯片为TI公司所生产FDC2214 型号，此类型芯片有着较强的抗干扰性能、低功率、高分辨率等应用优势。传感装置经电路板检测覆盖铜区域及人体间所形成电容实际大小情况，确定人体距离电路板具体参数，此系统内自制电容的检测子模块具体检测面积极为120 m2，因此，传感装置高分辨率为28 位。经实测后，人体距电路板20cm，此模块能实现精准化检测。故此检测电筒子模块能够可靠、稳定系检测出儿童的安全座椅具体乘坐情况；检测启停发动机子模块，在车辆处熄火状态，把二氧化碳的浓度实际变化量当成车内部空气的指标，经车内部二氧化碳实际浓度检测，便可对车辆内部环境实况做好精准检测，如果控制装置已检测出儿童的安全座椅内坐着儿童，车内部二氧化碳已超出额定浓度参数值，则会迅速触发到报警系统；检测温度子模块，可借助温度传感装置对车内部环境的温度状况实施判断，过高温度状态下，报警会被及时触发。夏季，外部温度35℃，经15min 阳光照射,封闭车厢内气温升到65℃，处于此环境条件下0.5h 必会失去生命体征。即使温度环境为21℃，经阳光直射，在1h 后车内的温度也将高达47℃，而因儿童年龄尚小，体温自行调节机制处于为完全发育状态，较弱的体温自行调节机能，会促使儿童在车内发生窒息的可能性较大。因夏季多数车主均会在车辆发动机处于怠速状态将车内空调启动，如果车辆停靠于密封环境中，尾气中的一氧化碳会进至车内引发儿童一氧化碳中毒症状出现。因此，检测启停发动机子功能模块，它可对车辆内部发动机转实际所处状态及儿童是否已经被抱走实施精准化检测，车辆内部一氧化碳实际浓度属于车辆内部的空气质量重要衡量标准。如果控制装置检测到车辆内部一氧化碳实际浓度已超额定参数值，则会及时触发报警系统。

2.3 全球移动通信系统（GSM）安全报警模块

GSM 安全报警模块，主要是以全球移动通信系统（GSM）为基础一个通信报警子模块，可及时提醒车主在车辆内部儿童极易可能存在着危险状况。在车辆内部环境已达临界点，会及时触发一级短信形式报警，该系统会每间隔一定时间，以短信息的形式来提醒车主。如果车辆内部环境已持续恶化，但并未处极限状态，则第二级的电话报警将会被触发。

3 设计软件主程序

如图1 所示，为所设计的系统程序基本流程。系统内部检测电容子模块如果检测到车辆内部儿童安全座椅中，在车辆处于启动状态至熄火状态所需时间达1min，则该时刻蜂鸣器应响应1min，用来提醒车主将儿童从车中抱走。如果车主并未将儿童抱走，则检测车辆内部温度及二氧化碳实际情况，若检测到车内二氧化碳实际浓度超过1000ppm，温度超过33℃，便会及时触发系统内部一级报警，向车主的移动手机内部发送相应报警信息。若车辆内部环境处于持续恶化状态，已测得车辆内部二氧化碳实际浓度已超1500ppm，温度超过36℃，二级报警会被触发，系统会及时拨打车主的电话以示警告。因检测车辆启停发动机子模块，经点烟装置状态检测，以判断车辆发动机具有启停状态，并不能够检测到发动机可处怠速的状态。故如果车辆发动，儿童坐在安全座椅上，一氧化碳的传感装置处于间歇运行状态。一氧化碳实际浓度超50ppm，一级报警触发，发动报警短信；一氧化碳实际浓度超200ppm，二级报警触发，拨打车主电话发出警报。

4 系统运行测试及实现

4.1 系统运行IIR 滤波测试及实现

电容传感装置检测到了原始信号，通过IIR 滤波装置处理数据，经比较分析了解到，与原始数据相比，经滤波处理过后数据平滑度突出，抗干扰能力较强，系统的安全性能极高，能够及时、精准地检测到车辆内部温度环境状况及是否存在着儿童。

4.2 系统运行积分微分计算测试及实现

如图2、图3 所示，为微分前后数据对比图。从图2、图3 两图中即可了解到，经系统运行积分微分计算测试后表明，积分处理后数据能够与原始的信号处于相互匹配状态，表明该以儿童安全座椅为基础的防遗忘智能安全系统所检测到信号及信息数据的可靠性、真实性，以儿童安全座椅为基础的防遗忘智能安全系统处于可靠性运行状态，各项功能可确保实现充分发挥。

图1 设计系统程序基本流程示意图

图2 微分前期信号曲线图

图3 微分后期信号曲线图

5 结语

综上所述，本文主要提出了以儿童安全座椅为基础的电容传感装置防遗忘智能安全系统，通过该系统设计及其实现，不仅能够实时化地检测到车辆内部温度环境状况（如环境温度、一氧化碳及二氧化碳实际浓度）、是否存在着儿童，而且还能够及时触发报警系统模块，通过一级及二级报警形式提醒车主在车内可能存在着儿童，而且儿童所处危险境地等，能够提醒车主不要将儿童遗忘在车中，及时抱走儿童，防止意外发生，更好地维护儿童安全。经系统运行测试及实际分析后，可基本上认定此系统的安全性及可靠性，各项功能均可实现充分发挥，为儿童安全提供保障。从总体上来说，以儿童安全座椅为基础的电容传感装置防遗忘智能安全系统具有实践应用的可行性和有效性，值得在市面上进一步推广及应用。