CN110239469A - 一种基于LoRa传输的车内儿童安全检测实时报警装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于LoRa传输的车内儿童安全检测实时报警装置，属于儿童安全检测防护领域。本发明包括氧气浓度传感器、温度传感器、视频监测模块、车载空调模块、单片机模块、破窗模块、LoRa无线传输模块、LoRa基站、云端和家长手机；氧气浓度传感器和温度传感器分别用于检测车内氧气浓度和车内温度，并将数据传输给单片机模块进行判断，通过视频监测模块检测车内有人时采取相应措施，车内氧气浓度低于设定阈值时经由破窗模块爆破车窗，车内温度超过设定阈值时经由车载空调模块开启空调；同时，单片机模块将车内氧气浓度和车内温度数据通过LoRa无线传输模块传输至LoRa基站，然后传输到云端，再传输到家长手机，以获取最大的营救时间，最大程度减少孩子伤亡。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于LoRa传输的车内儿童安全检测实时报警装置，属于儿童安全检测防护领域。
背景技术
近来，屡有新闻爆出，因家长疏忽或者安全意识薄弱，把没有开车门能力的孩子遗留在车内。时间一长，由于车辆的封闭，氧气不足，或者外界温度较高导致车内温度升高到人体无法忍受的程度而导致车内遗留儿童缺氧或温度过高而死亡。据报道，2017年7月，仅河北省15天内就接连发生4起儿童被遗忘校车内死亡事故。现有的车内报警装置大都从温度的应用场景出发，有的通过储气仓的方式控制活塞运动爆破车窗，但这种方式不仅储气速度慢，而且破窗的力度小。当第一次没有成功击碎玻璃时，等待第二次的时间过久，影响逃生时机。还有利用电动小锤高频敲击玻璃实施爆破的方法，但此种方式装置的运行成本较高，难以大面积推广。
发明内容
本发明的目的是针对现有的无线传输技术的限制，提供一种基于功耗小、传输距离远、抗干扰能力强的LoRa无线传输技术的车内儿童安全检测实时报警装置，使得传感器监测数据能够传输到家长或管理人员的手机上，能够最大限度的赢得儿童的抢救时间，减少儿童伤亡。
本发明技术方案是：一种基于LoRa传输的车内儿童安全检测实时报警装置，包括氧气浓度传感器1、温度传感器2、视频监测模块3、车载空调模块4、单片机模块5、破窗模块6、LoRa无线传输模块7、LoRa基站8、云端9和家长手机10；所述氧气浓度传感器1、温度传感器2、视频监测模块3、车载空调模块4、破窗模块6和LoRa无线传输模块7均分别与单片机模块5相连，LoRa无线传输模块7与LoRa基站8相连，然后再通过云端9将数据传输至家长手机10；
所述氧气浓度传感器1和温度传感器2分别用于检测车内氧气浓度和车内温度，并将数据传输给单片机模块5进行判断，当车内氧气浓度低于设定阈值和\或车内温度超过设定阈值时，通过视频监测模块3检测车内是否有人，若有人，则采取相应措施，车内氧气浓度低于设定阈值时经由单片机模块5连接的破窗模块6爆破车窗，车内温度超过设定阈值时经由单片机模块5连接的车载空调模块4开启空调；同时，单片机模块5将车内氧气浓度和车内温度数据通过LoRa无线传输模块7传输至LoRa基站8，然后传输到云端9，进而传输到家长手机10。
具体的，所述氧气浓度传感器1包括氧气传感器部分，模拟前端部分和线性稳压部分；所述氧气传感器部分包括晶体三极管Q1、电阻R2、接口JP1和接口JP2，晶体三极管Q1的RE管脚一端连接接口JP1的管脚1，另一端分别连接电阻R2的一端和接口JP2的管脚2，晶体三极管Q1的WE管脚一端分别连接接口JP1的管脚1和电阻R2的一端，另一端连接接口JP2的管脚2，晶体三极管Q1的CE管脚一端连接接口JP1的管脚2，另一端连接接口JP2的管脚1，电阻R2的另一端连电源；
所述模拟前端部分包括芯片LMP91000、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C4、电容C5和电容C6，电阻R3的一端连接天线E1，另一端并行的连接芯片LMP91000的管脚1和管脚2，电阻R4的一端连接芯片LMP91000的管脚3，另一端连接STC15W4K32S4单片机的管脚37，电阻R5的一端连接芯片LMP91000的管脚4，另一端连接STC15W4K32S4单片机的管脚38，电容C4的一端分别与芯片LMP91000的管脚6和电源连接，另一端接地，电容C5和电容C6并联后的一端连接芯片LMP91000的管脚11，另一端接地；
所述线性稳压部分包括芯片TPS76433、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10和发光二极管D1，电阻R6的一端分别与芯片TPS76433的管脚3和电阻R7的一端相连，另一端与芯片TPS76433的管脚1一起并联接电源同时与电容C7的一端相连，电阻R7的另一端和电容C7的另一端均接地，电阻R8的一端分别与芯片TPS76433的管脚5和电源相连，另一端与发光二极管D1的一端相连，发光二极管D1的另一端接地，电容C8的一端连接芯片TPS76433的管脚4，另一端接地，电容C9和电容C10并联后的一端分别与芯片TPS76433的管脚5和电源连接，另一端接地，芯片TPS76433的管脚2接地。
具体的，所述温度传感器模块2包括芯片TC1047、电容C1、电容C2、电容C3和电阻R1；电容C1与电容C2并联，其中电容C1的一端分别连接芯片TC1047的管脚1和电源，另一端分别连接芯片TC1047的管脚3和接地，电容C2一端分别连接芯片TC1047的管脚1和电源，另一端分别连接芯片TC1047的管脚3和接地，电容C3的一端接地，另一端与电阻R1输出的电压电路相连，电阻R1的一端与芯片TC1049的管脚2相连。
具体的，所述单片机模块5包括晶振电路、复位电路和STC15W4K32S4单片机；晶振电路包括电容C11、电容C12和晶振Y1，其中电容C11的一端与接地端相连，电容C11的另一端分别与晶振Y1的2端和STC15W4K32S4单片机的XTAL2管脚相连，电容C12的一端与接地端相连，电容C12的另一端分别与晶振Y1的1端和STC15W4K32S4单片机的XTAL1管脚相连，STC12C5A60S4单片机的GND管脚接地；复位电路包括电容C13、电阻R9和按键S1，其中电容C13的一端和按键S1的一端分别与VCC相连，电容C13的另一端和按键S1的另一端分别与STC15W4K32S4单片机的P5.4管脚相连，电阻R9的一端与STC15W4K32S4单片机的P5.4管脚相连，电阻R9的另一端接地。
具体的，所述LoRa无线传输模块4包括LoRa模块、天线E2、电阻R10、电容C14和按键S2；LoRa模块采用芯片SX1276，天线E2接在芯片SX1276的管脚1，电容C14的一端和按键S2的一端分别与VCC相连，电容C14的另一端和按键S2的另一端分别与芯片SX1276的管脚4相连，电阻R10的一端与芯片SX1276的管脚4相连，电阻R10的另一端接地，芯片SX1276的管脚5、管脚12、管脚13、管脚14和管脚15分别与STC15W4K32S4单片机的管脚31、管脚28、管脚27、管脚26和管脚25相连。
具体的，所述破窗模块6固定在车窗玻璃内的四个角落，包括电阻R11、二极管D2、三极管Q2、电磁铁L1和撞针，其中电阻R11的一端与STC15W4K32S4单片机的管脚1相连，另一端与三极管Q2的管脚1相连，三极管Q2的管脚2分别与电磁铁L1的一端和二极管D2的一端相连，二极管D2的另一端和电磁铁L1的另一端分别与电源相连，三极管Q3的管脚3接地，电磁铁L1和撞针相连，破窗模块6上装有撞针的一侧靠近玻璃。
本发明的有益效果是：本发明中融入LoRa无线传输技术，LoRa无线传输技术以功耗小，抗干扰能力强，传输距离远为特点，大量应用工业传输中。利用此技术可以将传感器检测到的数据实时发送至家长或管理人员手机上，当其值超过设定阈值时，就报警，避免家长因疏忽而忘记查看手机，然后家长接到报警就马上返回车辆所在地，最大限度地争取时间。同时开启车载空调并且爆破车窗，以降低温度并且增加氧气浓度。此发明可以最大程度地增加孩子地获救时间，也能最大程度地降低孩子地死亡率，具有很好的应用前景。
附图说明
图1为本发明整体结构框图；
图2为本发明温度传感器电路图；
图3为本发明氧气浓度传感器电路图；
图4为本发明模拟前端电路图；
图5为本发明线性稳压电路图；
图6为本发明单片机模块的电路图；
图7为本发明LoRa无线传输模块电路图；
图8为本发明破窗模块电路图；
图1-8中各标号：1-氧气浓度传感器、2-温度传感器、3-视频监测模块、4-车载空调模块、5-单片机模块、6-破窗模块、7-LoRa无线传输模块、8-LoRa基站、9-云端、10-家长手机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1所示，一种基于LoRa传输的车内儿童安全检测实时报警装置，包括氧气浓度传感器1、温度传感器2、视频监测模块3、车载空调模块4、单片机模块5、破窗模块6、LoRa无线传输模块7、LoRa基站8、云端9和家长手机10；所述氧气浓度传感器1、温度传感器2、视频监测模块3、车载空调模块4、破窗模块6和LoRa无线传输模块7均分别与单片机模块5相连，LoRa无线传输模块7与LoRa基站8相连，然后再通过云端9将数据传输至家长手机10；
所述氧气浓度传感器1和温度传感器2分别用于检测车内氧气浓度和车内温度，并将数据传输给单片机模块5进行判断，当车内氧气浓度低于设定阈值和\或车内温度超过设定阈值时，通过视频监测模块3检测车内是否有人，若有人，则采取相应措施，车内氧气浓度低于设定阈值时经由单片机模块5连接的破窗模块6爆破车窗，车内温度超过设定阈值时经由单片机模块5连接的车载空调模块4开启空调；同时，单片机模块5将车内氧气浓度和车内温度数据通过LoRa无线传输模块7传输至LoRa基站8，然后传输到云端9，进而传输到家长手机10。
如图3-5所示，所述氧气浓度传感器1包括氧气传感器部分，模拟前端部分和线性稳压部分；所述氧气传感器部分包括晶体三极管Q1、电阻R2、接口JP1和接口JP2，晶体三极管Q1的RE管脚一端连接接口JP1的管脚1，另一端分别连接电阻R2的一端和接口JP2的管脚2，晶体三极管Q1的WE管脚一端分别连接接口JP1的管脚1和电阻R2的一端，另一端连接接口JP2的管脚2，晶体三极管Q1的CE管脚一端连接接口JP1的管脚2，另一端连接接口JP2的管脚1，电阻R2的另一端连电源；
所述模拟前端部分包括芯片LMP91000、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C4、电容C5和电容C6，电阻R3的一端连接天线E1，另一端并行的连接芯片LMP91000的管脚1和管脚2，电阻R4的一端连接芯片LMP91000的管脚3，另一端连接STC15W4K32S4单片机的管脚37，电阻R5的一端连接芯片LMP91000的管脚4，另一端连接STC15W4K32S4单片机的管脚38，电容C4的一端分别与芯片LMP91000的管脚6和电源连接，另一端接地，电容C5和电容C6并联后的一端连接芯片LMP91000的管脚11，另一端接地；
所述线性稳压部分包括芯片TPS76433、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10和发光二极管D1，电阻R6的一端分别与芯片TPS76433的管脚3和电阻R7的一端相连，另一端与芯片TPS76433的管脚1一起并联接电源同时与电容C7的一端相连，电阻R7的另一端和电容C7的另一端均接地，电阻R8的一端分别与芯片TPS76433的管脚5和电源相连，另一端与发光二极管D1的一端相连，发光二极管D1的另一端接地，电容C8的一端连接芯片TPS76433的管脚4，另一端接地，电容C9和电容C10并联后的一端分别与芯片TPS76433的管脚5和电源连接，另一端接地，芯片TPS76433的管脚2接地。
如图2所示，所述温度传感器2包括芯片TC1047、电容C1、电容C2、电容C3和电阻R1；电容C1与电容C2并联，其中电容C1的一端分别连接芯片TC1047的管脚1和电源，另一端分别连接芯片TC1047的管脚3和接地，电容C2一端分别连接芯片TC1047的管脚1和电源，另一端分别连接芯片TC1047的管脚3和接地，电容C3的一端接地，另一端与电阻R1输出的电压电路相连，电阻R1的一端与芯片TC1049的管脚2相连。
如图6所示，所述单片机模块5包括晶振电路、复位电路和STC15W4K32S4单片机；晶振电路包括电容C11、电容C12和晶振Y1，其中电容C11的一端与接地端相连，电容C11的另一端分别与晶振Y1的2端和STC15W4K32S4单片机的XTAL2管脚相连，电容C12的一端与接地端相连，电容C12的另一端分别与晶振Y1的1端和STC15W4K32S4单片机的XTAL1管脚相连，STC12C5A60S4单片机的GND管脚接地；复位电路包括电容C13、电阻R9和按键S1，其中电容C13的一端和按键S1的一端分别与VCC相连，电容C13的另一端和按键S1的另一端分别与STC15W4K32S4单片机的P5.4管脚相连，电阻R9的一端与STC15W4K32S4单片机的P5.4管脚相连，电阻R9的另一端接地。
如图7所示，所述LoRa无线传输模块4包括LoRa模块、天线E2、电阻R10、电容C14和按键S2；LoRa模块采用芯片SX1276，天线E2接在芯片SX1276的管脚1，电容C14的一端和按键S2的一端分别与VCC相连，电容C14的另一端和按键S2的另一端分别与芯片SX1276的管脚4相连，电阻R10的一端与芯片SX1276的管脚4相连，电阻R10的另一端接地，芯片SX1276的管脚5、管脚12、管脚13、管脚14和管脚15分别与STC15W4K32S4单片机的管脚31、管脚28、管脚27、管脚26和管脚25相连。
如图8所示，所述破窗模块6固定在车窗玻璃内的四个角落，包括电阻R11、二极管D2、三极管Q2、电磁铁L1和撞针，其中电阻R11的一端与STC15W4K32S4单片机的管脚1相连，另一端与三极管Q2的管脚1相连，三极管Q2的管脚2分别与电磁铁L1的一端和二极管D2的一端相连，二极管D2的另一端和电磁铁L1的另一端分别与电源相连，三极管Q3的管脚3接地，电磁铁L1和撞针相连，破窗模块6上装有撞针的一侧靠近玻璃。
本发明的工作原理是：
本装置的温度传感器2通过芯片TC1047的管脚VCC和管脚VSS来监测变化的电压，然后通过管脚VOUT输出模拟电压的变化情况，通过该管脚连接STC15W4K32S4单片机的管脚PWM6_2/AD7/P0.7，把模拟电压转换为数字电压，由于TC1047芯片的工作原理是温度随着电压呈线性变化，这样就可以监测车内温度的变化情况了，单片机模块5对接收到的温度数据进行判断看是否高于设定的阈值，如果高于设定阈值，说明车内温度过高，不适宜人体呆在车内，此时与单片机模块5连接的视频监测模块3开始检查车内是否有儿童存在，视频监测模块3具体为摄像头，摄像头的布置应尽可能全面，可以覆盖到车内所有的位置，如果视频监测模块3检测到车内有人存在，此时单片机模块5发出降温指令，通过车载空调模块4开启空调以降低车内的温度。
氧气浓度传感器3中的LMP91000是一款可编程模拟前端，使用于微功耗电化学感测应用。它可提供传感器与微控制器之间的完整信号路径解决方案，此方案能够生成与电池电流成比例的输出电压。LMP91000的可编程性使它能够通过一个离散解决方案相对的单一设计支持多种电化学传感器。氧气浓度传感器通过三极管的RE、WE、CE三个接口分别与芯片LMP91000的管脚13、12、14相连，进行数据的传输。同时由于芯片LMP91000使用的3.3v的电压，于是需要一个线性稳压电路来将电压从5v降为3v，使之能够正常工作。
单片机模块5对接收到的车内氧气浓度数据进行判断看是否低于设定的阈值，如果低于设定阈值，说明车内氧气浓度过低，不适宜人体呆在车内，可能会出现缺氧窒息的情况，此时与单片机模块5连接的视频监测模块3开始检查车内是否有儿童存在，如果视频监测模块3检测到车内有人存在，此时单片机模块5发出破窗指令，通过破窗模块6将窗户击破，具体是通过STC15W4K32S4单片机控制三极管Q2使得电磁铁L1得电后产生超强磁力，带动撞针向车窗方向移动，撞击玻璃从而将其击破，可以快速提高车内氧气浓度。
当单片机模块5同时检测到车内氧气浓度过低以及车内温度过高时，也通过视频检测模块3来确定车内是否有人，如果有则采取上述相应的措施应对，但由于车内人员为儿童，自我保护能力欠缺，即使已经采取相应的保护机制，其生命安全还是存在隐患，因此需要家长能及时赶到进行监护，此时单片机模块5将车内氧气浓度和车内温度数据通过LoRa无线传输模块7传输至LoRa基站8，LoRa基站8将数据转变为为2G/3G/4G信号传输至云端9，并且在此过程中，将LoRaone协议转换为Android终端使用的TCP/IP协议，然后家长手机10通过云端9获取数据，使得家长能够以最快的时间回到车辆停放地点对车内小孩的情况进行确认。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (6)
1.一种基于LoRa传输的车内儿童安全检测实时报警装置，其特征在于：包括氧气浓度传感器(1)、温度传感器(2)、视频监测模块(3)、车载空调模块(4)、单片机模块(5)、破窗模块(6)、LoRa无线传输模块(7)、LoRa基站(8)、云端(9)和家长手机(10)；
所述氧气浓度传感器(1)、温度传感器(2)、视频监测模块(3)、车载空调模块(4)、破窗模块(6)和LoRa无线传输模块(7)均分别与单片机模块(5)相连，LoRa无线传输模块(7)与LoRa基站(8)相连，然后再通过云端(9)将数据传输至家长手机(10)；
所述氧气浓度传感器(1)和温度传感器(2)分别用于检测车内氧气浓度和车内温度，并将数据传输给单片机模块(5)进行判断，当车内氧气浓度低于设定阈值和\或车内温度超过设定阈值时，通过视频监测模块(3)检测车内是否有人，若有人，则采取相应措施，车内氧气浓度低于设定阈值时经由单片机模块(5)连接的破窗模块(6)爆破车窗，车内温度超过设定阈值时经由单片机模块(5)连接的车载空调模块(4)开启空调；同时，单片机模块(5)将车内氧气浓度和车内温度数据通过LoRa无线传输模块(7)传输至LoRa基站(8)，然后传输到云端(9)，进而传输到家长手机(10)。
2.根据权利要求1所述的基于LoRa传输的车内儿童安全检测实时报警装置，其特征在于：所述氧气浓度传感器(1)包括氧气传感器部分，模拟前端部分和线性稳压部分；所述氧气传感器部分包括晶体三极管Q1、电阻R2、接口JP1和接口JP2，晶体三极管Q1的RE管脚一端连接接口JP1的管脚1，另一端分别连接电阻R2的一端和接口JP2的管脚2，晶体三极管Q1的WE管脚一端分别连接接口JP1的管脚1和电阻R2的一端，另一端连接接口JP2的管脚2，晶体三极管Q1的CE管脚一端连接接口JP1的管脚2，另一端连接接口JP2的管脚1，电阻R2的另一端连电源；
所述模拟前端部分包括芯片LMP91000、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C4、电容C5和电容C6，电阻R3的一端连接天线E1，另一端并行的连接芯片LMP91000的管脚1和管脚2，电阻R4的一端连接芯片LMP91000的管脚3，另一端连接STC15W4K32S4单片机的管脚37，电阻R5的一端连接芯片LMP91000的管脚4，另一端连接STC15W4K32S4单片机的管脚38，电容C4的一端分别与芯片LMP91000的管脚6和电源连接，另一端接地，电容C5和电容C6并联后的一端连接芯片LMP91000的管脚11，另一端接地；
所述线性稳压部分包括芯片TPS76433、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10和发光二极管D1，电阻R6的一端分别与芯片TPS76433的管脚3和电阻R7的一端相连，另一端与芯片TPS76433的管脚1一起并联接电源同时与电容C7的一端相连，电阻R7的另一端和电容C7的另一端均接地，电阻R8的一端分别与芯片TPS76433的管脚5和电源相连，另一端与发光二极管D1的一端相连，发光二极管D1的另一端接地，电容C8的一端连接芯片TPS76433的管脚4，另一端接地，电容C9和电容C10并联后的一端分别与芯片TPS76433的管脚5和电源连接，另一端接地，芯片TPS76433的管脚2接地。
3.根据权利要求1所述的基于LoRa传输的车内儿童安全检测实时报警装置，其特征在于：所述温度传感器模块(2)包括芯片TC1047、电容C1、电容C2、电容C3和电阻R1；电容C1与电容C2并联，其中电容C1的一端分别连接芯片TC1047的管脚1和电源，另一端分别连接芯片TC1047的管脚3和接地，电容C2一端分别连接芯片TC1047的管脚1和电源，另一端分别连接芯片TC1047的管脚3和接地，电容C3的一端接地，另一端与电阻R1输出的电压电路相连，电阻R1的一端与芯片TC1049的管脚2相连。
4.根据权利要求1所述的基于LoRa传输的车内儿童安全检测实时报警装置，其特征在于：所述单片机模块(5)包括晶振电路、复位电路和STC15W4K32S4单片机；晶振电路包括电容C11、电容C12和晶振Y1，其中电容C11的一端与接地端相连，电容C11的另一端分别与晶振Y1的2端和STC15W4K32S4单片机的XTAL2管脚相连，电容C12的一端与接地端相连，电容C12的另一端分别与晶振Y1的1端和STC15W4K32S4单片机的XTAL1管脚相连，STC12C5A60S4单片机的GND管脚接地；复位电路包括电容C13、电阻R9和按键S1，其中电容C13的一端和按键S1的一端分别与VCC相连，电容C13的另一端和按键S1的另一端分别与STC15W4K32S4单片机的P5.4管脚相连，电阻R9的一端与STC15W4K32S4单片机的P5.4管脚相连，电阻R9的另一端接地。
5.根据权利要求1所述的基于LoRa传输的车内儿童安全检测实时报警装置，其特征在于：所述LoRa无线传输模块(4)包括LoRa模块、天线E2、电阻R10、电容C14和按键S2；LoRa模块采用芯片SX1276，天线E2接在芯片SX1276的管脚1，电容C14的一端和按键S2的一端分别与VCC相连，电容C14的另一端和按键S2的另一端分别与芯片SX1276的管脚4相连，电阻R10的一端与芯片SX1276的管脚4相连，电阻R10的另一端接地，芯片SX1276的管脚5、管脚12、管脚13、管脚14和管脚15分别与STC15W4K32S4单片机的管脚31、管脚28、管脚27、管脚26和管脚25相连。
6.根据权利要求1所述的基于LoRa传输的车内儿童安全检测实时报警装置，其特征在于：所述破窗模块(6)固定在车窗玻璃内的四个角落，包括电阻R11、二极管D2、三极管Q2、电磁铁L1和撞针，其中电阻R11的一端与STC15W4K32S4单片机的管脚1相连，另一端与三极管Q2的管脚1相连，三极管Q2的管脚2分别与电磁铁L1的一端和二极管D2的一端相连，二极管D2的另一端和电磁铁L1的另一端分别与电源相连，三极管Q3的管脚3接地，电磁铁L1和撞针相连，破窗模块(6)上装有撞针的一侧靠近玻璃。
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