10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.06.018 基于 Arduino 的车载儿童防滞留系统模拟设计* 王文乐，郑鑫，袁昊，胡一品，张轶，季惠 （江苏食品药品职业技术学院机电工程学院，江苏 淮安 223005 ） 摘 要：汽车在给人们出行带来便利的同时也引发了一些儿童安全问题，尤其是由于成人的疏忽而导致儿童被遗忘 在车内最终导致死亡的事件频发。针对该问题也曾有研究人员利用不同的软件设计出基于 STM32F103、基于 MCS-51 以及基于 ATmega16 的防滞留系统等。文章则是基于 Arduino 系统的原理以及方法设计了一套用于防止儿 童被滞留车内的报警系统，并通过模拟实验初步验证了该系统的可行性。 关键词：儿童安全；Arduino 系统；防滞留报警；模拟实验 中图分类号：U462.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2020)06-56-03 Simulation Design of Children's Retention Prevention System in Vehicle based on Arduino* Wang Wenle, Zheng Xin, Yuan Hao, Hu Yipin, Zhang Yi, Ji Hui ( Mechanical and Electronic Engineering Department, Jiangsu Food & Pharmaceutical Science College, Jiangsu Huaian 223005 ) Abstract: While cars bring convenience to people's travel, they also give rise to some children's safety problems, especially the frequent incidents that children are left behind in the car and eventually die due to adults' negligence. To solve this problem, some researchers have designed STM32F103, McS-51 and ATmega16 based anti-retention systems with different software. In this paper based on the principle and method of Arduino system, we designed an alarm system to prevent children from being trapped in the car, and preliminarily verified the feasibility of this system through simulation experiments. Keywords: Children’s safety; Arduino system; Retention prevention; Simulation design CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2020)06-56-03 前言 儿童车内安全问题一直是广受关注的问题，尤其是由于 成人的疏忽将儿童遗留于车内导致儿童死亡的案例频发更是 加剧了该问题受关注的程度。据圣何塞州立大学的统计报告 表明，在美国，儿童因为被滞留在车内而导致死亡的案例， 1998 年~2018 年共发生了 794 起，平均每九天就会发生一起 此类事件[1]。而在我国从 2013 年至今，据统计共有 147 名儿 童被困车中，其中 40%的儿童不幸死亡[2]。被遗忘在车中导致 儿童死亡的直接原因归于“汽车热”。研究表明，在阳光照射 下汽车的车内温度在 2 分钟内就可以上升到 34 摄氏度，在 20 分钟内就会上升到 42 摄氏度，此温度对成人亦可造成不 可逆的伤害[3]。而儿童因为身体发育尚未成熟，体温上升速 度是成人的三到五倍，而呼吸系统和耐热能力又远远不及成 人；另一方面又缺乏危险意识，自救能力不足（婴儿甚至不 作者简介：王文乐（1981-），女，讲师、工程师，就职于江苏食品 能呼救），从而导致悲剧的发生。解决该问题的根本方就是避 药品职业技术学院，研究方向：汽车检测与维修技术。基金项目： 免将儿童长时间遗忘在车内。因此，设计一套防止儿童由于 2019 年大学生创新项目（项目编号：20190017）。 疏忽大意而被长时间滞留在车内的报警系统是很有必要的。 56 

王文乐 等：基于 Arduino 的车载儿童防滞留系统模拟设计 与此相关的研究也有很多。国外与此相关的方法有：提 人体红外传感器配合工作。当红外传感器检测到车内有被滞 出了一种利用胶带和皮筋制成颜色醒目的绸带用于连接车门 留的儿童，此传感器开始检测车内的温湿度是否处于人体感 把手和驾驶座椅后背，当家长下车时就可以看到后排是否有 觉舒适的范围内，如果不在便会开启汽车空调，进行温湿度 滞留的儿童帮助提醒的方法；也有软件开发人员开发出应用 调节。 软件，该软件会根据不同情况发出语音提示，提醒车主车内 是否有滞留儿童；还有一些厂商设计出车内监测系统，当车 （3）继电器：由于 Arduino 系统所需要的传感器都是极 其敏感的电子设备，只能产生很小的电流，因此需要借助继 门锁死，监测到车内有物体移动，系统就会发出警报，并向 电器来驱动更大的电流装置。 车主手机发送信息等等[4]。国内也有不少的相关研究：有人 （4）液晶显示屏：用于显示数字信号和温度信号。 设计了基于 STC89C52RC 的防滞留系统，当红外传感器和声音 传感器同时检测到车内有滞留人员时，车内就会发出声音报 2 系统工作原理 警；而有人设计了一套系统通过利用车内座椅传感器检测座 椅上是否有滞留人员从而决定是否发出警报以达到防滞留儿 童的功能；也有人设计了基于 MCS-51 单片机的防滞留系统， 当检测到车内二氧化碳浓度过高就会发出警报，同时打开车 窗进行通风[5]。 本文则是基于 Arduino 系统（软件平台及硬件器材）设 计了一套用于防止儿童被滞留车内的报警系统。当系统监测 到车内滞留的儿童或者其他生命体时会发出报警信号，并主 动调节局部环境以保证车内滞留人员的安全，并通过模拟实 图 2 为基于 Arduino 的防滞留报警系统的工作流程图。 其工作原理是：当汽车停驶一段时间时（30s 或 1min 后）， 启动报警单元通过人体红外传感器监测车内有无滞留儿童， 如果没有检测到任何信号系统便会自动关闭；如果检测到车 内有儿童（或其它生命体）存在就反馈给 Arduino UNO 控制 板，输出信号控制车灯和喇叭发出声光报警，同时温湿度传 感器实时检测车内温湿度，将其控制在人体舒适度范围内， 并持续直至车内滞留儿童被救出系统关闭。 验初步验证了该系统的可靠性。 1 Arduino 简介及系统搭建 Arduino 是一个简单快速的原型制作工具，其便捷的使 用方式可以使任何人快速的上手，能够极大的节省学习时间， 缩短产品的开发周期，从而更好的帮助开发产品。Arduino 系统由一个可编程的电路板（硬件）和被称为 IDE (集成开 发环境)的软件部分组成。其硬件部分可以独立的工作，也可 以和其他传感器模块结合增加产品的功能[6]。 系统硬件部分以 Arduino UNO 开发板为核心控制器，包 图 2 系统工作流程 含三个主要单元，内含人体红外传感器、温湿度传感器、液 晶显示器和继电器，整体设计如图 1 所示。 3 模拟实验及结果 本系统需要各个模块单元相互协调工作，一旦某个模块 单元出现问题就会影响整个系统的正常工作。模拟时首先将 各个单元模块的元件安装到开发板上，需要注意引脚是否插 紧，元件接口正负极是否正确；接着将开发板上的杜邦线， 图 1 系统搭建及实物组装图 按照程序规定的接口连接好；最后连接电源，按照以下三种 （1）人体红外传感器：该传感器能够探测到人体发出特 情况进行测试： 定波长的红外线。安装在车载儿童防滞留报警系统中，主要 测试情形（1）：车内有滞留儿童，但车内温湿度在舒适 用于监测车内是否有滞留的儿童，当模块检测到人体发出的 范围内（温度：10℃-25℃，湿度：40%-60%）。 红外线后，输出高电平，反之，输出低电平。Arduino 主控 如图 3 所示。初始状态：将空调开启（温湿度正常），继 模块接收到该感应模块输出的高电平后就会令汽车的灯光和 电器开关指示灯熄灭，模拟车内有人状态。开始测试：模拟 喇叭开启帮助报警。 车门关闭（模拟开关关闭 30s 后，注意此时空调被关闭），观 （2）温湿度传感器：由温度、湿度组合传感器输出的已 察人体感应模块是否发出高电平，蜂鸣器是否开启，以及空 经校准信号的传感元件。在车载儿童防滞留报警系统中，与 调是否开启。 57 

汽车实用技术 测试结果：通电后（30s 后），人体感应模块探测到了人 体发出的红外线并将二极管点亮，蜂鸣器开启，液晶显示屏 显示温度和湿度都在设定范围内，继电器模块开关指示灯点 亮，即空调没有开启，测试成功，如图 3 所示。 图 5 测试 3 实验结果（显示温度 19℃，湿度 51%） 4 结论 图 3 测试（1）实验结果（显示温度 19℃，湿度 40%） 测试情形（2）：车内有滞留儿童，车内温湿度数值都不 在最佳的范围内。 如图 4 所示。初始状态：与情形 1 稍有不同，将空调开 启到温度与湿度超过舒适度的范围，其它条件相同，然后开 始测试。 测试结果：通电后（30s 后），与人体感应模块相连的二 极管被点亮，蜂鸣器开启，起初液晶显示屏显示的温湿度不 在程序设定值之内，因此控制继电器模块工作，继电器开关 指示灯关闭，即空调开启，1min 后显示温度和湿度都在正常 范围内，测试成功。 基于 Arduino 系统（软件平台及硬件器材）设计了一套 用于防止儿童被滞留车内的报警系统。并通过三种情形的模 拟实验初步验证了该系统的可靠性。Arduino 系统的简单快 捷为本文想法的实现提供了帮助。但是也正是由于该系统过 于简单，因此将其真正用到实车上还面临些许困难（需要增 加许多的元件连接以及接口匹配等），后续我们将会继续下一 步的研究，同时也希望该模拟报警系统的设计能够给更多的 人启发。 参考文献 [1] 苏妮娜,宋璠.基于 Android 系统的地质认识实习移动教学平台设 计[J].实验技术与管理,2018,35(08). [2] 徐亚坤,李鸣,杨大勇.基于 Android 的动态称重数据检测系统[J]. 电子器件,2018,41(04). [3] 郭志涛,韩海净,孔江浩,杨革宇,曹小青.基于 Android 移动终端的 多功能视频监控系统设计[J].现代电子技术,2018,41(16). [4] 丁超,杨永杰,潘睿,申红明.基于Android 系统的可穿戴报警设备设 图 4 测试 2 实验结果（显示温度 19℃，湿度 48%） 计[J].现代电子技术,2018,41(16). 测试情形（3）：车内没有滞留儿童。 [5] 李行,李波,韩燕.基于 Android 系统的数控机床实时监测研究[J]. 测试结果：人体感应模块没有探测到人体发出的红外线， 组合机床与自动化加工技术,2018(07). 二极管熄灭，蜂鸣器关闭，继电器模块开关指示灯点亮，继电 [6] 靳继来,谢艳新,钟成梁,郭俊志,李雨泽. 基于单片机的家用多功 器模块依然不工作，即空调不开启，测试成功，如图 5 所示。 能加湿器设计[J].农业网络信息,2017,(2):112-115. 58