朱 琳，蔣美琪，楊 興，曾 誠
摘 要：本設計是一種基於STM32單片機和GSM通訊模塊的車載兒童安全報警系統，主要是由信號採集模塊、 單片機STM32F103為核心的控制模塊、SIM900A為核心的GSM/GPRS通訊定位模塊和客戶端組成。能夠實現對 私家車內是否滯留兒童進行監控，由控制器控制GSM模塊向車主或駕駛員發出簡訊報警，提醒車主或駕駛員及 時關注和發現兒童的生存環境狀態，避免安全事故的發生。
關鍵詞：車載；兒童安全；全球移動通信系統；簡訊報警
0 引言
根據道路交通公共管理局的數據顯示，截止至2016 年底，中國的汽車數量達到2.9億輛，私家車的數量高 達1.46億輛，佔小型汽車的92.60%[1]。國內私家車擁有 量和駕駛人數量在2011—2016年迅速增長。它再為人們 的生產和生活提供便利的同時，也造成了不可大意的安 全隱患。如果你長時間被關在一輛封閉的汽車裡，你的 孩子很難自救，比如呼救或敲打車窗等。時間越長，越 有可能造成恐懼甚至絕望，而加速悲劇則更容易，即使 獲救，發生也很容易在以後的生活中造成身心傷害。並 且汽車零部件和車內裝飾物質，含有一些有害物質， 這些物質往往會散發出有害氣體[2]。在這些致命的悲劇 中，幼年的比例相對較大，由於兒童這個特殊群體的身 體功能還未完全的開發或者沒有開發完全，與成人不 同，對外部環境的適應度「較弱」，當外部環境相對較 差(例如當溫度非常高或者低溫)時，孩子的身體機能不 能及時調整，以適應溫度變化，細氧等環境的突然變 化。溫度高時容易發生脫水和昏迷，不及時補充水分， 後果是嚴重的。
1 系統總體方案
系統組成框圖如圖1所示。該系統是由檢測模塊、 單片機STM32控制模塊、GSM由通訊模塊和客戶端組 成。通過對系統的控制原理進行分析，可以對系統的主 要程序進行分析。當系統啟動後，首先進行系統初始 化。當車輛被停放或被鎖住後，通過點菸器手機的鎖定 信號被發送到單片機中，如果檢測到這個信號，系統就 開始工作。熱釋電紅外傳感器用於檢測駕駛員和後部駕 駛員的信號。如果在驅動位置檢測到信號，就可以證明 駕駛位上有人，則系統會假定沒有小孩離開，系統會自 行關閉，無論車輛後座位置是否檢測到有信號；如果在 駕駛位置沒有檢測到信號，並且在車輛的後座中檢測到 信號，系統將認為兒童被困在車輛中。傳感器將信號發 送到單片機控制器。信號經過單片機處理後，向GSM模 塊發送指令，並發送無線報警信號至車主的手機內。
2 本文研究內容
本文設計了一種為實現兒童安全以STM32F103單 片機為核心模塊配合GSM通信模塊的車載報警系統。 該系統主要的模塊有核心控制模塊、信號接收模塊、由 SIM900A控制的通信模塊和客戶端部分。但是伴隨現 在汽車防盜和智能技術的進步，這種通過控制車輛起動 後啟動空調系統、自動控制車窗已經無法實現，所以目 前通過車載報警系統對車主進行簡訊或電話報警的方 法是非常可行的[7]。當該設備的監控模塊識別到車內有 兒童時，就會通過控制模塊向車主發送報警信號。該設 備的使用可以有效換地車內信息來避免兒童安全事故的 發生。
此次期望達到的測試成果性能量化指標主要有：① 紅外探測器探測波長：(8~1 400) μm；②SIM900A運行 傳輸速率：(1.2~1 152) kbit/s；③顯示功能：上位機顯 示界面；④電源工作電壓指標：5 V；⑤GPRS上行傳輸 速度最大42.8 kbit/s，下行傳輸速度85.6 kbit/s。
2.1 系統硬體電路設計
通過對SIM900A和SIM800A的對比，這兩種模塊都 可用作通信模塊，在軟體方面編譯器和下載方式有很大 差別。在硬體方面，如果SIM800A不使用USB和藍牙功 能的情況下兩者的差別並不是很大。通過綜合的對比和 考慮SIM900A更符合本設計，所以選用SIM900A作為通 信模塊。
通過單片機的比較，STC89C52單片機成本低廉， 有8 kB的FLASH，但是性能過低，STM32F103C8T6單 片機性能要更強，運算處理速度也更快，因此通過綜合 考慮該系統的主控單片機選擇STM32F103C8T6型。
2.2 GSM模塊電路設計
GSM模塊所用的是SIMCOM與之配對使用的 SIM900A模塊。它擁有符合國際標準的AT命令接口， 不僅可以提供GSM語音、而且還能夠作GPRS傳輸、同 時也可以做短消息等多種服務。SIM900模塊系統具體 的結構如圖2所示。
SIM900A所支持的是標準8線，連接方式是串行接 口，其運行傳輸速率在(1.2~1 152) kbit/s範圍內；所提 供的對象是2個非對稱的異步串行接口，其中一個被我 們用以日常通信，而餘下另一個根據SIM900A需求被用 來做軟體的調試工作。SIM900A模塊的TXD根據需要 將數據第一時間輸送到處理器的RXD信號線，RXD接 收到信號，信號都是來自處理器的TXD信號線的各種不 同數據。SIM900A和STM32兩者之間的傳輸控制我們 能夠通過AT命令根據我們的需求來完成。模塊擁有標 準SIM卡接口。其結構接口連接如下圖3所示。圖3就是 SIM900A連接圖。
2.3 STM32與GSM模塊的連接方式
利用STM32的串口來控制GSM MODEM，單片機 與GSM模塊一般採用串行異步通信接口，通信速度可 設定，通常為19.2 kbit/s。GSM MODEM與單片機之間 採用串口通信的方式，MODEM的TXD、RXD分別為 發送、接收端，與單片機的PA10、PA9連接，組成串口 通信。GSM模塊通過把PWRKEY信號拉低一段時間然 後釋放來開機。當模塊開機後就可以發送AT命令來控 制模塊，用戶可以通過「AT+IPR=x」設置波特率並把參數保存。一旦配置為固定波特率，當模塊開機時將 會從串口收到字符「RDY」。這些字符在自動波特率 激活的情況下無法顯示。同樣，可以通過把PWRKEY 信號拉低一段時間然後釋放來關機。或者使用AT命令 「AT+CPOWD=1」關閉模塊。圖4為STM32與GSM的 連接。
2.4 系統軟體設計
根據以上工作原理和硬體結構分析，可以看出系統 的主程序流程圖如下圖5所示。
根據系統工作的控制原理，對系統的主要程序進行 分析。系統啟動後，系統首先初始化。當車輛停止並 鎖車時，鎖車信號被發送到單片機。如果檢測到信號， 系統開始啟動工作。熱釋電紅外傳感器用於檢測驅動位 置和後驅動信號。如果駕駛員座位上有信號，不管後座 上座椅位置的信號，系統認為沒有被滯留的兒童，系統 關閉。如果在駕駛位置沒有信號，但是後排座椅上有信 號發出時，這時系統就會認為是有兒童被滯留在座椅上 方，同時把信號輸送到單片機控制器上，最後由控制器將信號處理之後再轉而發送到GSM模塊。最終一環節就 是發送無線報警信號到與車主所連接的手機上。
3 系統調試
3.1 系統硬體調試
SIM900A模塊所採用的通信方式為串聯接口，並且 所有的SIM900A開發板都包含著TTL接口，一般情況下 都使用標準的AT指令來對SIM900A模塊進行控制，以 完成打電話發簡訊等基本功能。當操作控制器被用來 連接到SIM900A模塊上時，TTL接口大多都是RS232接 口。在硬體連接相應完成之後，便能夠通過串口來發送 一系列的AT指令了。在進行電腦調試時我們通常是用 SIM900A模塊與電腦連接，一般情況下我們經常使用的 調試設備有USB—TTL模塊與USB—232串口線。在實 際生活中這些USB設備都是需要配合驅動使用，並且不 同的作業系統所對應的驅動程序也都是不同的。所以， 在使用這些USB設備來調試模塊時，一定先確定您所安 裝的驅動是可以的。安裝完成驅動後檢測是否可行。方 法就是，打開我的電腦→屬性→找到硬體管理器，然後 再找到COM口→USB設備安裝完成之後，系統會自動 生成1個COM口。通常用串口助手檢測驅動是否能夠正 常運行。方法就是把USB設備的換成TTL接口或者換成 RS232接口並且將它們的收發線連接在一起，例如：把 USB—TTL設備的TTl端的TXD與 RXD通過線對應連接 起來，還可以將USB—232串口線的RS232端的23針（接 線埠裡面所標註的TTL23針）連接起來。最後再完善 對應配置，下一步就是發送隨意的數據，然後看是否能 同樣接受到您發送的數據。連接方式如圖6所示。
在確定好電路沒有問題後，將程序燒入單片機中。 基於STM32的車載兒童報警系統實物如圖7所示。
4 測試結果分析
通過對基於STM32的車載兒童報警系統的軟體調 試、硬體調試、通過對整個系統和各個模塊的測試和觀 察，控制模塊、通信模塊、傳感器模塊分別進行了功能 驗證，採用萬用表對整個電路進行測量後，無元器件正 負極接反和虛焊現象，整個電路無斷開現象，整個實物 的功能都能實現，系統測試完成，程序編寫後燒錄進單 片機，硬體連接好後，硬體功能正常。通過調試後系統 實現功能如下:當駕駛室有人或者汽車在啟動狀態下， 蜂鳴器不響，GSM模塊不發送報警簡訊。當駕駛室無人 並且車不在啟動狀態下，蜂鳴器報警，GSM模塊發送報 警簡訊至車主的手機。實驗結果如圖8所示。
5 結語
本設計從自身生活經歷開始，為了解決和改善生活 中發現的一些問題，經過我上網翻閱資料和自己考察調 研，因此最終設計出來了該系統。比較詳細的論述了相 關原理及技術，總體設計的分析和具體各個模塊的設計 實現過程。經過對基於STM32的車載兒童系統的軟體調 試、硬體調試後，系統實現了所要求的功能可以供應於 市場，體現出本設計真正的價值，給人們帶來更多更好 的便利。
參考文獻：
[1]劉瓊瓊,遊專,張永生,等.基於STM32與GSM的車載兒童安全智 能報警系統的設計[J].價值工程,2017,36(33):76-77.
[2]李濟民,劉英炎.幼童滯留車內風險分析[J].山東化工,2015,44(22):106-107.
[3]Remote car alarm detection system. The car owners key fob will vibrate if they are away from their car but the car alarm has gone off [P].GB201512655,2015-08-26.
[4] ACHMAD B,AJI S W,PANINGAL W. SMS Based Car Alarm System Utilizing AT89S52 Microcontroller[J].Telkomnika,2008,6(1).
[5]楊程程.駕駛疲勞檢測研究[D].大連:遼寧師範大學,2014.
[6]申玉宏.基於AT89C52和GSM的汽車防盜報警系統的研究[J]. 民營科技,2015(10):14.
[7]張永生,張夢傑,範金鑫,等.基於STM32F103 的車載兒童防滯留報警系統[J].內燃機與配件, 2017(12):132-133.