一种车内环境危急情况时的警示电路_关紫迎.pdf

wwwele169com|73电子基础0 引言生活水平的提高，使得人们有充足的经济条件去拥有私人汽车来获得生活的便捷。据公安部交管局统计，截至2021 年 9 月，全国机动车保有量达 3.90 亿辆。随之而来的还有不同交通事故的高发，造成了大量的财产损失和人员伤亡。而产生这些严重后果的一个重要原因是未能对各种危急状态提前警示或事故发生后救援不够及时，在这样的环境下，进行交通安全研究是非常有必要的。现如今大多汽车报警电路的研究重点主要集中在于预防车辆事故的发生，报警种类也较为单一，而对于多种危急状态的综合报警，以及呼叫求助方面的研究还未完善成熟。结合行车过程中多种危急情况（比如严重的碰撞、车体侧翻、刹车失灵、老幼人员受困、车内外起火、落水等等），设计了一种多功能声光报警电路，既用于警示车内人员逃生，又可以提醒一定距离范围内的过往车辆及行人注意避让或提供救援。1 电路总体框架设计该电路分为两个部分，分别是本车的直接报警电路和异车报警接收感知电路。考虑到不同的危急情况，在电路系统当中加入相应的感应器，在行车发生事故时感应检测事故情况，用语音报警电路给予本车人员声光警示，并将本车事故情况编码，然后通过发射电路给异车发送警示和求救信号。本车直接报警电路由各类传感器，总控制电路、报警类型编码电路、报警信号发射电路，语音呼叫和灯光显示电路组成。该部分发射的报警信号还可以作为专业救援部门的搜救指引信号，本车报警电路结构框图如图 1 所示。当异车报警感知电路工作时收到事故车辆发出的信号，通过解码电路进行解码能识别事故车辆的事故类型并给予异车车主声光示警，同时通过距离识别电路判断事故车辆位置范围，借助以上电路工作来避免异车与事故车辆发生二次车祸，以及时提供事故车辆救援减少人员伤亡和财产损失。图 1 本车电路框架图异车报警感知电路包括警示信号接收电路，信号解码电路、距离判别电路、语音提示电路。该系统在行车环境危急情形下由各传感器进行相应的判别，及时触发报警请求救援，异车报警接收电路结构框图如图 2 所示。图 2 异车电路框架图2 具体电路硬件设计 2.1 分部硬件设计2.1.1 传感器为应对各种危急情况，在电路中设置相应的传感器，其一种车内环境危急情况时的警示电路关紫迎，张晓霞，吴灵丽，吴耀德（长江大学 物理与光电工程学院，湖北荆州，434023）基金项目：长江大学大学生创新创业项目（Yz2021281）。摘要：随着科学技术和经济水平的不断提高，人们的生活条件得到改善并提高，机动车作为重要的交通工具逐步普及，但由此引发的交通安全事故也逐年增加，造成了重大人员伤亡和财产损失。而产生这些严重后果的一个重要原因是未能对各种危急状态提前警示或事故发生后救援不够及时。本文在传统的报警电路的基础上，探讨设计了一款结合车内环境多种危急情况的多功能声光报警电路。利用多种不同的感应器对相应的危急情况进行探测，并发出声光来警示驾驶员和路边行人。关键词：交通安全；光电传感器；无线收发电路；报警电路DOI:10.16589/11-3571/tn.2023.03.01874|电子制作 2023 年 2 月电子基础中包含有 NIS-07 离子式烟雾传感器、LM35 温度传感器以及 HC-SR501 红外传感器等，面临火灾，车内人员滞留等情况时都能做到及时检测以及警示。NIS-07 离子烟雾感应器是一种通过相当于烟敏电阻的电离室引起的电压变化来感知烟雾离子的微电流变化装置，将收集到的烟雾信号转化为电信号。LM35 器件有很高的工作精度和较宽的线性工作范围，其输出电压与摄氏温度线性成比例，温度每上升 1，电压上升 10ms。温度传感器再加上 HC-SR501 红外传感器探测到活物发出的红外线，二者共同作用输出信号传递给控制电路。2.1.2 组合电路器件选用双运算放大器 LM358，四二输入与门74HC08，三三输入或门 74HC4075。V1V4 为各类传感器阈值比较的基准电位，各类传感器实际测定的参数与其比较，超过阈值电压时，比较器输出的电位为高电位，否则为低电位。例如温度传感器 LM35 测定的温度为 55时，输出的模拟电压为 3.2V，此时超过预先设定的基准电压 V2，输出高电位。红外传感器 HC-SR501感应到人体红外线时，触发的模拟电压也超过基准电压 V3输出高电位，此时 LM35 与 HC-SR50 同时输出有效，与门74HC08 输出高电位。另外若烟雾传感器 NIS-07 检测到车内环境烟雾浓度超过正常范围时，输出的模拟电压值将超过基准电压的阈值，输出高电位。以上任意条件之一被满足时，都会经过或门高电位输出。2.1.3 编码/解码电路PT2262/2272 是一对带地址、数据编码功能的红外遥控发射/接收芯片，是一种 CMOS 工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路。其中发射芯片PT2262是由载波振荡器、编码器和发射单元集成而一身，使得发射电路非常简洁。在使用中，我们通常采用 8 位地址码和 4 位数据码，这时编码电路 PT2262 和解码电路 PT2272 的第 18 脚为地址设定脚，每个引脚有三种状态可供选择：悬空、接正电源、接地，所以可选择的地址编码一共有 38=6561 组。我们可以根据实际需要设定地址码，只有编码电路 PT2262 和解码电路 PT2272 的地址码对应一致时，才能完成配对接收。在本次使用中，我们将两个模块对应的地址码预先设定成相同，其他的引脚设定为数据码，数据码位数由传感器的数量和类型决定，PT2262 输出信号经高频放大后发射。异车接收电路将经由天线和高频放大电路放大后的已调波送入到 PT2272，设有相同地址码的 PT2272 接收信号后将数据码解调出来并传输给语音芯片。2.1.4 语音模块 DTM3202DTM3202 是一款带 USB 直接更新语音内容，音量大小可调且支持 32G 的内存卡，带 12V 输出电压的语音模块。它能够 10 路一对一控制语音播放，还可以设置上电自动循环播放所有语音。将 MP3 格式的音频文件拷贝到 TF 卡，声音排序按文件名排列，以 5 位数字命名，例如 00001，通过 IO 口功能配置软件，生成配置存入 TF 卡。2.1.5 距离范围判别电路此电路由高频检波与比较电路组成，利用不同的电信号强度可以判别本车与异车的距离大致范围，以警示周围的车辆以及行人报警或避让或是救援。检波电路由检波管 D，RC 电路构成，完成对接收到的幅度已调波的幅度检波，输出的模拟电压值将送入到比较电路的比较输入端。比较电路采用集成运放构成，其输出电压范围为：05V。本次距离判别分为 0100m、100500m、5001000m 三个大致范围，故采用三级过电压比较器来实现，那么比较器的阈值电压根据对应范围实测参数确定，在电路中有分压电阻的取值来实现。高频放大后的信号经幅度鉴别判定距离后，得出与距离对应的代码，该组代码与PT2272 解码出的数据码一起共同传输给语音芯片，驱动扬声器发出报警信号。HC-SR501LIS3DSHLM35NIS-07VCCVCCVCCVCC123912832184567843218456784V1V2V3V4图 3 组合电路设计wwwele169com|75电子基础C11nF47%D2R210kR310kR410kR510kR610kLEDLEDLED321843218456784 图 4 距离范围判别电路设计 2.2 总电路图综上所述，本车电路主要由各类传感器通过组合电路输出信号触发语音芯片和带状 LED 发出声光以警示驾驶员，且将相应的传感器触发情况传递给 PT2262 芯片，编码发射给异车。异车电路的接收头接收到信号以后，将其通过 PT2272 解码并且经过幅度鉴别传递给语音模块。3 电路测试及仿真 3.1 组合电路的仿真采用 Protues 仿真，设置高低电平转换开关模拟传感器是否触发，当按下任意一个转换开关，经三输入或门输出高电平。3.2 幅度鉴别电路的仿真我们利用高频检波和比较电路组成幅度鉴别电路。接收头接收到的信号传输给高频检波部分，这部分的作用是从已调制的高频检波中恢复出原来的调制信号。在比较电路部分，利用不同的电阻，使得反相端输入的电压不同，使得输出不同的数字信号，判断其距离范围。示波器 XSC1 为电路的输入波形，示波器 XSC2/3/4 为输出的信号幅值情况，将它们进行幅度鉴别，可以看出他们的延时不同，得到类似于000111八种情况，由此判断出距离范围。9128123R110kR210kR310kR410k 图 7 组合电路仿真HC-SR501LIS3DSHDHT11NIS-07VCCVCCVCCVCC1239128A1A2A3A4A0A5A6A7A8/D3VSSVCCTEOSC1OSC2A11/D0A10/D1A9/D2DOUTPT2262LEDSYN115PAOUTVSSVDDASKXTLINXTLOUTX132184567843218456784V1V2V3V4图 5 本车报警电路图SYN480RA1A2A3A4A0A5A6A7D3VSSVCCDINOSC2OSC1D0D1D2VTPT2272C11nF47%D2R210kR310kR410kR510kR610kLEDLEDLED321843218456784R1VssRFANTVddRFCTHREFoscNCSHUTDO图 6 异车接收感知电路图76|电子制作 2023 年 2 月电子基础4 结论与展望 本电路分为本车直接报警电路和邻车报警感知电路，本车感应到不同的危急情况，给予本车声光警示，可以给车内人员更多的反应时间能够自救，并且一定距离范围内的异车可以得到提示远离事故车辆或是给予救援，使用十分方便，电路的编码信息可以与 GPS 定位系统连接且不依靠现有的通讯网络，对于减少危急状况下的人员财产损失具有现实的应用意义。参考文献 1 王万丰.我国道路交通安全事故统计分析 Z.我国道路交通安全事故统计分析-安全管理网(),2020-7-14.2 芦皓麟,宋晓松.基于 STC 单片机的家用无线音乐门铃改进设计 J.电子技术与软件工程,2020(06):87-88.3 王思淼,陈战胜,胡正坤.基于 LM35 的单片机温度采集显示系统 J.佳木斯大学学报(自然科学版),2012,30(06):900-902+906.4 李奇,吴宝春,钱小瑞,马润露.基于 PT2262-IR 的多功能变址遥控开关设计 J.大连民族学院信息与通信工程学院,2013.5王丽君,杨伟丰.电机无线遥控系统设计的研究J.大众科技,2009(11):124-125.通信作者：吴耀德。R110K R21K R31K R41k V35V XSC2ABCDGTXSC3ABCDGTXSC4ABCDGTXSC1ABCDGTV11.5Vrms 10KHz 0 U4OPAMP_3T_VIRTUALU5OPAMP_3T_VIRTUALU6OPAMP_3T_VIRTUAL图 8 幅度鉴别电路仿真图 9 幅度鉴别电路仿真结果（上接第 58 页）表6 盖革计数管相对固有误差测试标准值mSv/h测量值mSv/h相对固有误差重复性0.4880.482-3.28%1.1%5.99705.893-1.74%1.5%10.46010.5230.60%0.7%23.53023.067-1.97%1.6%258.40267.6723.59%2.3%600.00547.871-8.69%2.6%3031.02863.531-5.53%1.5%5399.05480.6981.51%1.4%10000.010192.5271.98%0.6%12110.011991.794-0.98%2.2%4 结论针对目前核辐射和核安保领域的现场辐射探测的应用要求，研制了一台便携式宽量程辐射监测仪。该仪器采用NaI 探测器和盖革计数管，双探测器复合一体化设计,对NaI探测器、盖革计数管以及外围电路和系统软件进行研究，解决了目前单一探测器只能测量某一段量程剂量率的问题。测试结果表明：仪器在 10nSv/h 12Sv/h 量程范围内线性良好，其相对固有误差 10%，角响应和能量响应符合相关规范要求，可方便地运用于各场合的辐射监测工作。参考文献 1 汤彬，葛良全，方方，等，核辐射测量原理 M.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2011.2 刘伯学，G-M 计数管剂量率仪用于环境辐射水平测量时的一些问题 J，核电子学与探测技术，1995，15（2）：109-113.3 上海市计量测试技术研究院，湖北省计量测试技术研究院，北京市计量科学研究所，等JJG 393-2003 辐射防护用 X、辐射剂量当量(率)仪和监测仪检定规程 S北京：中国计量出版社，2003