基于STM32汽车儿童安全预警系统设计 - 实践

若该文为原创文章，转载请注明原文出处。

一、 系统概述

本项目旨在设计一个基于STM32微控制器的智能车载系统，用于防止儿童被误锁在车内并因此发生高温窒息事故。系统通过多传感器（温度、人体感应）实时监测车内环境与生命体征，一旦判定为“儿童遗留”危险状态，将通过CAT1模块主动向家长手机发送报警短信，并同时启动本地声光报警（OLED显示、蜂鸣器），车内儿童也可通过“一键求助”按钮主动触发报警。系统包含误触发处理机制，以提高实用性。

二、 系统核心功能

1. 环境监测：通过温度传感器实时监测车内温度。

2. 生命探测：通过热释电红外传感器（PIR）感知车内是否有活体（儿童）。

3. 远程报警：通过CAT1通信模块，以短信形式将报警信息（温度、状态）发送到预设的手机号码。

4. 人机交互：

   • OLED显示：实时显示车内温度、系统状态（正常、报警、求助）、信号强度等。

   • 按键交互：用于系统功能设置（如报警温度阈值设置）、测试、复位等。

   • 一键报警：独立的紧急求助按键，供车内儿童主动触发。

5. 声光预警：蜂鸣器（或语音模块）在报警状态下鸣响，引起车外人员注意。

6. 误触发处理：加入延迟判断与手动取消机制，防止车辆短暂熄火、人员临时下车等正常情况触发误报警。

三、 系统硬件设计

1. 主控制器 (MCU)

• 芯片选型：STM32F103C8T6 (核心板俗称Blue Pill)

  • 理由：性价比极高，资源丰富，拥有足够的GPIO、UART、I2C、ADC等外设来连接所有模块，社区支持好，资料丰富。

2. 传感器模块

• 温度传感器：DS18B20

  • 接口：单总线 (One-Wire)

  • 理由：数字输出，精度较高（±0.5°C），无需额外ADC，防水探头可选。

• 人体感应传感器：HC-SR501 热释电红外传感器 (PIR)

  • 接口：数字输出 (GPIO)

  • 理由：成本低，使用简单，可调节灵敏度和延时时间。

3. 通信模块

• CAT1模块：移远EC200S AIR780E

  • 接口：UART (AT指令集)

  • 功能：支持LTE Cat1网络，提供短信(SMS)和数据传输能力。本项目主要使用其短信功能。

4. 显示与交互模块

• OLED显示屏：0.96寸 SSD1306 I2C接口

  • 理由：低功耗，高对比度，显示信息直观，I2C接口节省IO口。

• 按键：

  • 功能按键：1个，用于设置/切换/确认。

  • 紧急求助按键：1个，独立大按键，颜色鲜艳，供儿童使用。

  • 取消报警按键：1个，用于在误报警时手动取消。

5. 声学模块

• 有源蜂鸣器：用于发出尖锐的警报声。

• 语音模块：可选配（如SYN6288语音合成模块），在报警时播放“救命！车内好热！”等预录语音，效果更佳。

6. 电源模块

• 输入：从车辆点烟器接口（12V）或OBD-II接口取电。

• 转换：使用LM2596等DC-DC降压模块将12V转换为稳定的5V，再通过AMS1117-3.3V LDO为STM32及其他3.3V模块供电。

四、 系统软件设计 (逻辑流程图与关键代码思路)

1、核心判断逻辑

触发报警的条件需要同时满足，并持续一段时间（例如2分钟）以防止误报：

// 伪代码
if ( (CurrentTemperature > ALARM_TEMP_THRESHOLD) && (PIR_Detects_Human == TRUE) ) {
    Alarm_Delay_Timer++;
    if (Alarm_Delay_Timer > 120) { // 2分钟 * 60秒 / 假设1秒检测一次
        Trigger_Alarm(); // 确认为危险状态，触发报警
    }
} else {
    Alarm_Delay_Timer = 0; // 条件不满足，清零计时
}

2. 误触发处理机制

• 延时触发：如上所述，条件必须持续满足一段时间才报警。

• 手动取消：提供物理按键，在报警触发后（或触发前）允许车主手动取消。

• 车辆状态判断（进阶）：可以增加检测车辆ACC（点火开关）状态的电平检测电路。系统只在ACC关闭（车辆熄火）后才开始进入监控判断逻辑，从根本上避免行驶中的误报。

3. 短信内容示例

• 报警短信：【儿童安全警报】您的车辆内检测到儿童遗留！当前温度：38.5°C，请立即处理！位置信息：XXX（可集成GPS模块扩展）

• 求助短信：【紧急求助】车内人员主动求助！当前温度：36.2°C，请立即查看！

五、 关键代码片段 (思路)

// 1. CAT1 发送短信函数 (基于AT指令)
void CAT1_Send_SMS(char *phone_number, char *message) {
printf("AT+CMGF=1\r\n");        // 设置短信为文本模式
HAL_Delay(500);
printf("AT+CMGS=\"%s\"\r\n", phone_number); // 设置目标号码
HAL_Delay(500);
printf("%s%c", message, 0x1A);  // 发送内容，并以Ctrl+Z(0x1A)结束
HAL_Delay(1000);
}
// 2. 主循环中的判断逻辑
while (1) {
// ... 读取温度值 temp, 读取PIR状态 pir_status ...
// 显示到OLED
OLED_ShowString(0, 0, "Temp: ");
OLED_ShowNum(40, 0, temp, 2);
// 核心判断
if ((temp > TEMP_THRESHOLD) && (pir_status == 1)) {
alarm_pending_counter++; // 预警计数器增加
OLED_ShowString(0, 3, "DANGER! Waiting...");
} else {
alarm_pending_counter = 0; // 条件不满足，清零
OLED_ShowString(0, 3, "Status: Normal    ");
}
// 判断是否达到延时阈值
if (alarm_pending_counter > ALARM_DELAY) {
Do_Alarm(); // 执行报警动作
}
HAL_Delay(1000); // 每秒检测一次
}
// 3. 报警执行函数
void Do_Alarm(void) {
// 1. 启动蜂鸣器
BUZZER_ON();
// 2. OLED显示报警信息
OLED_Clear();
OLED_ShowString(0, 0, "!!! ALARM !!!");
OLED_ShowString(0, 2, "Child in Car!");
OLED_ShowString(0, 4, "SMS Sent...");
// 3. 发送短信
CAT1_Send_SMS("13800138000", "【儿童安全警报】您的车辆内检测到儿童遗留！当前温度：38.5°C，请立即处理！");
// 4. 等待取消按键
while(HAL_GPIO_ReadPin(CANCEL_KEY_GPIO_Port, CANCEL_KEY_Pin) == GPIO_PIN_RESET) {
// 循环等待，直到用户按下取消键
}
// 5. 取消报警
BUZZER_OFF();
system_reset(); // 系统状态复位
}

六、 系统优化与扩展方向

1. 增加GPS/GNSS模块：在报警短信中附加车辆的经纬度位置信息，方便家长快速定位。

2. 使用车载电池供电：加入低压检测功能，当车辆电瓶电压过低时自动进入休眠，防止车辆无法启动。

3. 云平台与APP：通过CAT1的数据传输功能，将数据上报到云平台，家长可以通过手机APP实时查看车内温度和状态历史曲线。

4. 双模通信：增加蓝牙功能，方便车主上车时通过手机蓝牙自动连接并禁用报警系统。

5. 机械结构设计：设计3D打印外壳，将整个系统集成，便于安装和固定。

如有侵权，或需要完整代码，请及时联系博主。