CN115240438A - 一种用于判断儿童是否车内遗留的检测*** - Google Patents

一种用于判断儿童是否车内遗留的检测*** Download PDF

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CN115240438A CN202210666308.4A CN202210666308A CN115240438A CN 115240438 A CN115240438 A CN 115240438A CN 202210666308 A CN202210666308 A CN 202210666308A CN 115240438 A CN115240438 A CN 115240438A
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children
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钱田伟
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Abstract

本发明涉及一种车内遗留儿童检测技术，特别涉及一种用于判断儿童是否车内遗留的检测***，以单片机开发板为主要控制器，结合毫米波雷达检测***，车内环境监控***，阿里云服务器和MQTT协议进行设计，以解决背景技术中提到的问题；包括车辆状态判断模块、儿童体征监测模块、AHT10温度传感器和单片机开发板，所述车辆状态判断模块包括用于监控驾驶座的24GHz毫米波雷达；24GHz毫米波雷达与单片机开发板连接，儿童体征监测模块为根据儿童呼吸和心率的特殊性判断是否为儿童以及监测儿童生命体征状况的60GHz毫米波雷达，所述60GHz毫米波雷达与单片机开发板连接，还包括用来测量车内温度的AHT10温度传感器，AHT10温度传感器也与单片机开发板连接。

Description

一种用于判断儿童是否车内遗留的检测***
技术领域
本发明涉及一种车内遗留儿童检测技术，特别涉及一种用于判断儿童是否车内遗留的检测***。
背景技术
EuroNCAP宣布，自2022年起，它将开始对儿童车内遗留检测打分，该功能的主要作用是：可以检测出孩子独自留在车内，并向车主或紧急服务部门发出警报，以避免中暑死亡。这意味着每一辆在欧洲销售的新车要想在2022 年开始获得五星评级，现在就要开始考虑上述功能的研发。目前，全球范围内已经有不少零部件供应商开始关注上述功能的研发，并且在原有车门及座椅传感器基础上，增加依靠视觉(摄像头)或雷达传感器来检测后座上是否有人。基于座椅传感器的方案，类似安全带的报警***；基于摄像头的方案，从驾驶员监控向全座舱监控延伸，但该方案存在个人隐私被泄露的风险；第三种是基于毫米波雷达，目前被看作比较有前途的方案。
一款车内生命感知装置被加拿大滑铁卢大学的研究人员发明出来，这款装置将毫米波雷达与人工智能技术结合起来，可以准确检测出车内无人看管的儿童或动物。
该装置于2020年底得到汽车零部件厂商的资助，已经推向市场。
这款装置可以安装在汽车后视镜或者车内天花板上，直径只有约3厘米。它的原理非常简单，装置在工作中发出雷达信号，车上的人、动物或者其他物体反射回这些信号，再交由装置内的人工智能***进行分析处理。
该装置最主要的用途是检测车内是否有被遗留的儿童或宠物，防止儿童被闷死在车内的悲剧屡次发生。当装置检测出车内有被遗留的儿童或宠物时，***将阻止车门上锁并发出警报以提醒司机、乘客或者周围的人。
这款装置通过检测细微的呼吸来区分物体有无生命，可以依靠汽车电池供电，功耗较低。滑铁卢大学教授GeorgeShaker是该装置的设计者，他认为该装置与其他类似产品相比，体积更小且价格更低，几乎所有车辆都可以配备，这可以解决一个全球性的严重问题。
与摄像头不同，雷达可以穿透座椅，确定汽车后座上是否有婴儿。因此这种设备没有任何盲区的同时保护了隐私。
目前我国于2020年6月8日长城汽车举办了“生命体征监测技术线上发布会”，推出生命体征监测技术。与之前使用的超声波雷达不同，长城汽车生命体征检测技术采用精度更高、性能更好、抗干扰能力更强、穿透能力更佳的毫米波雷达，理论上能有效剔除干扰，检测车内生命体征，长城汽车验证该技术的工作环境可以为-40℃～+85℃。
即便是车辆处于熄火、门窗关闭且为上锁的状态下，生命体征监测***仍能通过毫米波雷达对车内后排的活体生命进行检测。可被检测的生命体包括儿童、宠物等，同时还可以规避诸如蚊虫之类的微小生物。一旦***检测到车内有活体生命，并静待30s后车辆无人进入，***就会通过警示灯(双闪)、鸣笛和WEY道手机APP、短信推送等形式提醒车主并求救路人。如果在提醒期间车门解锁，车辆就会停止警示，否则车辆鸣笛与警示灯的提醒将持续 30min，间隔频率为1min/次。
目前，我国已经有了不少研究方案来针对儿童滞留车内的安全问题：有人研究出了一款基于人脸识别技术的儿童防滞留监测***，该***以年龄识别算法为核心，用传感器辅助监测车内环境。也有人将温度检测模块、红外线CO2探测模块、霍尔传感器、LCD模块和GSM模块融合起来，设计了一款基于无线传感器网络的监测***。还有人设计了一款探测装置来采集压敏坐垫红外线报警器和车门锁传感器的信号,再将信号传递给车窗升降器和声光报警器等执行装置。
综上所述，我国解决儿童滞留车内安全问题研究的重点和热点在于如何将多种传感器和远程报警很好的结合起来。
发明内容
针对背景技术中提到的问题，本发明的目的是提供一种用于判断儿童是否车内遗留的检测***，以单片机开发板为主要控制器，结合毫米波雷达检测***，车内环境监控***，阿里云服务器和MQTT协议进行设计，以解决背景技术中提到的问题。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种用于判断儿童是否车内遗留的检测***，包括车辆状态判断模块、儿童体征监测模块、 AHT10温度传感器和单片机开发板，所述车辆状态判断模块包括用于监控驾驶座的24GHz毫米波雷达；24GHz毫米波雷达与单片机开发板连接，儿童体征监测模块为根据儿童呼吸和心率的特殊性判断是否为儿童以及监测儿童生命体征状况的60GHz毫米波雷达，所述60GHz毫米波雷达与单片机开发板连接，还包括用来测量车内温度的AHT10温度传感器，所述AHT10温度传感器也与单片机开发板连接，所述单片机开发板还分别与显示屏Lcd和用于报警通知的蜂鸣器和手机APP连接。
作为优选，所述单片机开发板可以为Mpython-I开发板。
作为优选，所述60GHz毫米波雷达可以由云帆瑞达R24AVD1生物感知雷达和R60ABH1呼吸心跳雷达组成。
作为优选，60GHz毫米波雷达的频率随时间的增加呈线性增加，波形是线性调频的连续时域波形，
Figure RE-GDA0003857490920000041
式中：fc-初始频率；B-雷达波形带宽；Tc-线性调频信号的脉冲宽度； t-时间；
雷达发射信号的公式为
Figure RE-GDA0003857490920000051
式中：AT-发射信号的幅度；φ(t)-发射机位的相位噪声；
通过因所隔距离引起的时延，雷达接收到的信号将发生变化，公式也变为
Figure RE-GDA0003857490920000052
式中：α-传播过程中信号幅度的衰减；td-时延，td＝2R(t)/c，R(t)- 雷达与物体间的径向距离，该值对于运动的物体会不停变化；c-光速；雷达接收机会对雷达发射信号和接收信号进行相参混频，再经I/Q解调后的信号表示为
Figure RE-GDA0003857490920000053
式中：AR-接收信号的功率；fb-拍频信号B(t)的频率；φb(t)-拍频信号B(t)的相位；其中fb，φb(t)可以分别用式(5)、式(6)来表示，
Figure RE-GDA0003857490920000054
Figure RE-GDA0003857490920000055
当雷达与检测目标距离较近时，残余信号噪声
Figure RE-GDA0003857490920000061
可以忽略不计；除此之外，由于
Figure RE-GDA0003857490920000062
在实际应用中数值很小，因此在其表达式中也可将其忽略。因而，雷达与被测目标间距离的变化和相位之间的表达式为：
Figure RE-GDA0003857490920000063
式中，Δφb—相位变化；ΔR—心脏或胸腔引起的位移变化。
作为优选，AHT10温度传感器的温度测量范围为-40℃～+85℃，精度为± 0.5℃,湿度测量范围为0％-100％，精度为±3％RH。转化公式如下：
Figure RE-GDA0003857490920000064
式中：T—温度(℃)；ST—温度输出信号。
Figure RE-GDA0003857490920000065
式中：RH—相对湿度；SRH—相对湿度输出信号。
作为优选，Mpython-I开发板采用的主控芯片为W601Wi-FiMCU芯片，该芯片是一款支持多功能接口的SoC芯片，该SoC芯片集成Cortex-M3内核，内置Flash，支持SDIO、SPI、UART、GPIO、I2C、PWM、I2S、7816、LCD 和ADC接口。
综上所述，本发明主要具有以下有益效果：本***使用自行开发的 Mpython-I开发板，摒弃了传统的加速度传感器以及GPS模块判断车辆状态的方案，改为选用24GHz毫米波雷达间接作为车辆状态判断的模块；使用性价比更高的AHT10温度传感器监测车内的环境温度；在儿童生命体征检测方面，选用精度更高、更为安全的60GHz呼吸心跳毫米波雷达，以降低误报率，提高人体检测的准确率。***的数据传输功能上，选用开发板自带的WiFi模块，通过MQTT协议将车内及人体各项数据传输到阿里云服务器。当报警模块触发时，开发板的无源蜂鸣器报警，阿里云服务器将数据发送至车主APP实时显示，并触发手机振动报警。
为保证最终***整体可以平稳顺利地运行，先对该***主要的子模块进行了单独的测试，其中包括毫米波雷达检测模块、AHT10温度检测模块、阿里云数据上传以及报警模块。将***组装完毕后，测试其整体功能。经整体的测试和优化，该***达到了预期的主要设计目标，弥补了现有的儿童车内遗留检测***设计中的不足。
附图说明
图1为***框架示意图；
图2为线性调频连续波频域波形示意图；
图3为线性调频连续波时域波形示意图；
图4为MQTT协议数据交换原理示意图；
图5为MCU原理图；
图6为电源电路原理图；
图7为复位电路原理图；
图8为蜂鸣器电路图；
图9为液晶显示器电路图；
图10为USB转TTL及MicroUSB接口原理图；
图11为R24AVD1电路原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前大部分汽车公司都在着力于研发汽车儿童专用座椅，该座椅一般都加入了一些独特的功能以实现监测、保护儿童的功能。座椅传感器属于一种薄膜型的触点传感器，传感器上的各触点在座椅的受力表面均匀分布，当外部的压力作用在座椅上时会产生一个触发信号。
该传感器大多运用于汽车乘员监测***，如判断驾驶员是否离开、安全带报警、安全气囊感应、出租车自动计费等，该装置可以监测驾驶座椅上是否有人，若没有人汽车离合器会自动退回空挡且气囊不会打开。此外传感器的外形和其触点的灵敏度也可以随汽车座椅的硬度、形状、外皮的松紧来改变。
有研究人员将传感技术、单片机控制技术和无线通信技术结合起来，在儿童安全座椅上加装振动传感器、压力传感器、电话拨打模块等来防止儿童遗留在车内。该***运用振动传感器检测车辆行驶状态，用压力传感器来判断是否有儿童在车内。当振动传感器检测到汽车无振动即车停止时，压力传感器工作，若检测到安全座椅上的压力超过5公斤，则判定有儿童遗留在车内。
使用该座椅传感器的方案，当孩子坐在儿童专用座椅上时，可以比较准确地探测出儿童存在信息并通过电话拨打等模块及时将报警信息告知家长。可是当该座椅上堆放了超过5公斤的物品亦或是其他成年人临时坐在上面，该***同样会判断为有儿童存在，从而发生误报。此外有不少儿童比较好动，也不乏脱离安全带、离开儿童座位的现象发生，该状况下座椅传感器就会检测不到儿童的存在，起不到预期的效果。
摄像头作为最常用的检测工具历久弥新，如今已经几乎覆盖了我们生活的各个角落。OpenMV摄像头是与单片机结合起来的一款轻巧、功耗低、成本低的电路板，能够轻松完成机器视觉应用的模块。OpenMV搭载了 MicroPython解释器，这代表可以在嵌入式上使用Python语言来编程，以处理各种复杂的输出。机器视觉算法因Python的编程而变得简单，可以让乃至初学者快速入门。使用者可以轻松使用外部终端来执行算法或触发拍摄指令，也可以用算法结果来控制I/O引脚。
因此有研究人员以STM32单片机为主控，采用摄像头、GPS和加速度计等设计了一款车内儿童滞留检测***。该***通过GPS和加速度计等探测车辆驻停，用摄像头和Haar算子检测儿童存在。将OpenMV嵌入式机器视觉模块运用于摄像头人脸检测，通过内置的HaarCascade特征检测器来进行人脸监测。
此套方案主要就是车载摄像头的使用，其优劣也很明显。该***可以几乎全方位无死角的监控车内状况，且可以通过程序使手机端随时随地的查看。通过人脸设计的OpenMV也可以准确判断儿童，不会因成人的乘坐而出现误报。但是OpenMV摄像头的像素较低，不适合做深度学习等一些复杂的算法，且光学条件会严重影响摄像头的性能，可能会导致误报，此外该方案个人隐私有被泄露的风险。
毫米波雷达是在毫米波波段工作的探测雷达，频域在30～300GHz。其波长介于厘米波和微波之间，集合了光电雷达和微波雷达的优点。与其他导引头相比，毫米波导引头质量轻、体积小、空间分辨率小且能有效穿透烟雾、灰尘。此外，毫米波雷达还具有能分辨很小的目标，同时识别多个目标，隐蔽性、机动性好，能成像等优点，因此该雷达早期多用于军事领域。随着汽车领域技术的不断发展，该雷达也逐渐开始运用于汽车上。
目前汽车上主要使用24GHz和77GHz的毫米波雷达，这两款雷达都可用于ADAS***的长短距检测。24GHz的雷达大部分安装于车辆后保险杠内，用来监测车辆后方车道是否跟车，是否可以进行变道。由于77GHz的雷达探测距离和精度比24GHz雷达好，因此77GHz雷达主要装配于车辆前保险杠探测前车速度和前车距离，可辅助实现自动跟车、自动驾驶等功能。
便有研究人员提出也可以在车内使用该毫米波雷达来检测儿童存在，将雷达混频得到的拍频信号进行距离维的傅里叶变换，确定被测对象的距离范围，提取该距离范围的相位信息进行差分处理。然后运用滤波器分离呼吸、心跳等信号，进行傅里叶变换评估儿童的体征。
采用该检测方案巧妙地弥补了以上各方案的缺陷，不仅可以实现对车辆后座全覆盖的检测，不会受到其他实物的干扰，而且也不会受到光学条件的限制，从而大大降低了误报率。由于毫米波雷达可以比较准确地检测人体的呼吸和心率，因此也可根据儿童呼吸、心率与成年人不同的特点来区分成人和儿童，同样减少了干扰。尽管该雷达有元器件成本较高，加工精度要求较高，单片收发集成电路开发较迟缓等缺陷，但此方案在目前仍被视为最有前景的方案。
通过以上对生命体征检测方案的对比，根据设计所要完成的目标确定***的总体方案。本文设计的车内儿童检测***将分为车辆状态判断、车内环境检测和报警通知三个模块。车辆状态判断模块以24GHz的毫米波雷达为主，由24GHz毫米波雷达监控驾驶座，若毫米波雷达检测到驾驶座无人且汽车加速度很小，则车辆被判定为停止。车内环境监测模块由AHT10温度传感器和 60GHz毫米波雷达构成，AHT10温度传感器用来测量车内温度，而60GHz 毫米波雷达用以监测后座儿童构成儿童体征监测模块。该雷达可根据运动信息判断是否有儿童存在，再根据儿童呼吸和心率的特殊性判断是否为儿童以及监测儿童生命体征状况。最后，由蜂鸣器和手机远程报警组成报警通知模块，单片机对车内信息和报警信息进行处理后利用MQTT协议连接到阿里云平台，进而发送到手机端APP。其框架图如图1所示。待该产品组装、测试完毕后，使用3D打印技术打印出该产品的外壳，封装保护。
本论文使用的为云帆瑞达R24AVD1生物感知雷达和R60ABH1呼吸心跳雷达。本雷达是一个自成体系的隔空感知传感器，由射频天线、雷达芯片和高速主频MCU一起组合而成的模组，依赖稳定灵活优越的算法架构核心，解决用户的各种场景探测需求，可搭载上位机或者主机灵活输出探测状态和数据，满足几组GPIO可供用户定制开发。
雷达发射毫米波信号，被测目标反射电磁波信号，并于发射信号进行解调处理，进而通放大、滤波、ADC等处理，得到回波解调信号数据。在MCU 单元对回波信号的幅度、频率、相位进行信息解算，最终实现目标参数(呼吸、运动、微动等)测量及场景评估。
毫米波呼吸心跳雷达的频率随时间的增加呈线性增加，波形是线性调频的连续波。如图2为线性调频连续波的频域波形，该波形为一条直线，可以用式(1)表示。图3是线性调频连续波的时域波形。
Figure RE-GDA0003857490920000131
式中：fc—初始频率；B—雷达波形带宽；Tc—线性调频信号的脉冲宽度； t—时间。
雷达发射信号的公式为
Figure RE-GDA0003857490920000132
式中：AT—发射信号的幅度；φ(t)—发射机位的相位噪声。
通过因所隔距离引起的时延，雷达接收到的信号将发生变化，公式也变为
Figure RE-GDA0003857490920000141
式中：α-传播过程中信号幅度的衰减；td-时延，td＝2R(t)/c，R(t)-雷达与物体间的径向距离，该值对于运动的物体会不停变化；c-光速。雷达接收机会对雷达发射信号和接收信号进行相参混频，再经I/Q解调后的信号表示为
Figure RE-GDA0003857490920000142
式中：AR-接收信号的功率；fb-拍频信号B(t)的频率；φb(t)-拍频信号 B(t)的相位。其中fb，φb(t)可以分别用式(5)、式(6)来表示，
Figure RE-GDA0003857490920000143
Figure RE-GDA0003857490920000144
当雷达与检测目标距离较近时，残余信号噪声
Figure RE-GDA0003857490920000145
可以忽略不计。除此之外，由于
Figure RE-GDA0003857490920000146
在实际应用中数值很小，因此在其表达式中也可将其忽略。因而，雷达与被测目标间距离的变化和相位之间的表达式为：
Figure RE-GDA0003857490920000147
式中，Δφb—相位变化；ΔR—心脏或胸腔引起的位移变化。
该表达式即为毫米波雷达监测呼吸心跳信号的核心所在。由此也可以发现用户运动时可能会对测量结果造成一定的误差，但是该误差可以通过调整雷达的灵敏度或者采用多径干扰消除算法来消除室内场景中目标运动所带来的虚假检测点，避免这些虚假检测点被毫米波雷达传感器误认为目标进行跟踪输出，造成虚警的问题。
本***用来采集车内环境信息的设备为AHT10温湿度传感器。AHT10作为新一代温湿度传感器，其在尺寸和性能方面都建立了新的标准。它嵌入了适于回流焊的双列扁平无引脚SMD封装，输出的数字信号都经过标定，为标准的I2C格式。AHT10使用了全新设计的ASIC专用芯片、改进过的MEMS 半导体电容式湿度传感元件和标准的片上温度传感元件，其性能获得了很大提升，甚至超过了前一代的传感器。同时，该改进过的新一代温湿度传感器的性能在恶劣环境下同样稳定，广泛运用于除湿器、汽车、家电、医疗、暖通空调等地方。
与DHT11温湿度传感器相比，AHT10的精度更高，响应速度更快，抗干扰能力更强，性价比更高。AHT10的温度测量范围为-40℃～+85℃，精度为± 0.5℃,湿度测量范围为0％-100％，精度为±3％RH。转化公式如下：
Figure RE-GDA0003857490920000151
式中：T—温度(℃)；ST—温度输出信号。
Figure RE-GDA0003857490920000161
式中：RH—相对湿度；SRH—相对湿度输出信号。
MQTT全名为MessageQueuingTelemetryTransport，是一种消息列队传输的协议。该协议基于TCP/IP协议上传输，运用了订阅和发布的机制，订阅者只会接收自己订阅过的数据，而不会接收到非订阅的数据。这样既保证了数据必要的交换，又避免了储存和处理无效数据。
如图4所示，MQTT是OASIS标准。该规范由OASISMQTT技术委员会管理。经过多年的发展，截止2021年已经到达了5.0版本。MQTT最大的优点在于可以以极少的代码和有限的带宽，为远程设备提供实时可靠的消息服务。作为一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议，MQTT在物联网、小型设备、移动应用等方面有着广泛的应用。例如在汽车行业，EMQ帮助上汽大众建立了IoT平台；在智能家居领域，可以通过物联网实现手机对家居的智能操控。MQTT协议为我们智能化的实现带来了可能，给我们的生活带来了很大的便利。
MicroPython的目标是尽可能地与普通的Python兼容，使用者能够轻松地将代码从桌面传输到微控制器或嵌入式***。总的来说该开发板不仅支持 UART0进行MicroPython命令行交互和大多数的MicroPython特性和内部库(unicode、高精度整数、单精度浮点数、复数等)，还支持硬件GPIO、UART、 SPI、I2C、PWM、WDT、ADC、RTC、Timer等模块，可以使用WiFi网络模块(包含一键配网功能)以及SSL使用硬件加解密。
Mpython-I开发板采用的主控芯片为W601Wi-FiMCU芯片，该芯片是一款支持多功能接口的SoC芯片。可作为主控芯片应用于智能家电、智能家居、智能玩具、医疗监护、工业控制等物联网领域。
该SoC芯片集成Cortex-M3内核，内置Flash，支持SDIO、SPI、UART、 GPIO、I2C、PWM、I2S、7816、LCD、ADC等接口,支持多种硬件加解密协议，如PRNG/SHA1/MD5/RC4/DES/3DES/AES/CRC/RSA等；集成射频收发前端RFTransceiver，PA功率放大器，基带处理器/媒体访问控制。其MCU原理图如图5所示。
在编写***代码程序之前需明确该程序所要满足的要求和要实现的功能，形成总体框架，将整个***划分为几个部分。先对各数据采集装置、蜂鸣器等部分程序进行定义形成各个子函数，然后编写为主框架的主程序，直接调用之前完成的各个子程序，形成逻辑关系，完成预期的需求。
本***的程序所要实现的主要功能为：
(1)连接WiFi网络及MQTT协议
(2)判断车辆运行状态。
(3)检测车内温度。
(4)若检测到温度过高且有儿童在车内，则上传数据到阿里云，蜂鸣器报警。
本文所设计的***在初始化后，会由24GHz毫米波雷达检测汽车驾驶座人员存在情况，若驾驶座没有人，24GHz毫米波雷达的引脚会输出低电平，程序判断车辆为停止状态。接着温度传感器对车内环境温度进行采集，60GHz 毫米波雷达对车辆后座进行扫描检测，由于儿童的心率和呼吸值一般高于成年人，因此若检测到后座人员的心率大于100次/min且呼吸大于20次/min，则判定为是儿童遗留在车内。如果温度高于限定值，则蜂鸣器本地报警且开发板与WiFi和MQTT协议寻求连接。连接上WiFi和MQTT协议之后，把车内温度和儿童的呼吸、心率上传至阿里云，再由阿里云将这些信息发送到手机APP，手机APP连接服务器后会实时更新所收到的信息并执行震动报警。***整体的流程图如图6所示。
车辆行驶状态判断程序，该程序主要实现的功能为判断车辆是否已经停止，本***将判断车辆状态的问题转化为检测驾驶座是否有驾驶员在车上。若驾驶座无人，则判定为车辆停止。根据24GHz毫米波雷达引脚定义，若S1引脚输出低电平则说明驾驶座无人，反之则有人，不执行程序。因此只需检测S1 所接GPIO口的高低电平，同时为了调试的时候方便判断，将其转化为开发板上可视的LED灯的亮灭来观察高低电平。其流程图如图7所示。
车内环境检测程序，该程序主要工作为检测车内的环境温度以及后座人员信息，当满足车内温度超过上限值，且后座人员心率和呼吸值出现问题时，将激活报警程序并将采集到的环境数据上传。该程序主要包括温度检测程序， 60GHz毫米波雷达的解码以及检测程序。其流程图如图8所示。
车内环境检测程序，该程序主要工作为检测车内的环境温度以及后座人员信息，当满足车内温度超过上限值，且后座人员心率和呼吸值出现问题时，将激活报警程序并将采集到的环境数据上传。该程序主要包括温度检测程序， 60GHz毫米波雷达的解码以及检测程序。其流程图如图9所示。
温度检测程序，本***所用的AHT10温度模块，其数据需使用I2C总线协议进行传输，通过读取I2C进行数据转换。该传感器读取流程为:
(1)上电后要等待40ms，读取温湿度值之前，首先要看状态字的校准使能位Bit是否为1(通过发送0x71可以获取一个字节的状态字)，如果不为1,要发送0XE1命令(初始化)，此命令参数有两个字节，第一个字节为0x08，第二个字节为0x00。
(2)直接发送0xAC命令(触发测量)，此命令参数有两个字节，第一个字节为0x33,第二个字节为0x00。
(3)等待80ms待测量完成，忙状态Bit为0，然后可以读取六个字节(发0X71 即可以读取)。
本程序从VScode的MicroPython库中调取AHT10解码程序，然后选定 SDA和SCL引脚，编写出温度检测执行程序，其流程图流程图如图10所示。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种用于判断儿童是否车内遗留的检测***，其特征在于，包括车辆状态判断模块、儿童体征监测模块、AHT10温度传感器和单片机开发板，所述车辆状态判断模块包括用于监控驾驶座的24GHz毫米波雷达；24GHz毫米波雷达与单片机开发板连接，儿童体征监测模块为根据儿童呼吸和心率的特殊性判断是否为儿童以及监测儿童生命体征状况的60GHz毫米波雷达，所述60GHz毫米波雷达与单片机开发板连接，还包括用来测量车内温度的AHT10温度传感器，所述AHT10温度传感器也与单片机开发板连接，所述单片机开发板还分别与显示屏Lcd和用于报警通知的蜂鸣器和手机APP连接。
2.根据权利要求1所述的用于判断儿童是否车内遗留的检测***，其特征在于，所述单片机开发板可以为Mpython-I开发板。
3.根据权利要求1所述的用于判断儿童是否车内遗留的检测***，其特征在于，所述60GHz毫米波雷达可以由云帆瑞达R24AVD1生物感知雷达和R60ABH1呼吸心跳雷达组成。
4.根据权利要求1所述的用于判断儿童是否车内遗留的检测***，其特征在于，60GHz毫米波雷达的频率随时间的增加呈线性增加，波形是线性调频的连续时域波形，
Figure FDA0003693085640000011
式中：fc—初始频率；B—雷达波形带宽；Tc—线性调频信号的脉冲宽度；t—时间；
雷达发射信号的公式为
Figure FDA0003693085640000021
式中：AT—发射信号的幅度；φ(t)—发射机位的相位噪声；
通过因所隔距离引起的时延，雷达接收到的信号将发生变化，公式也变为
Figure FDA0003693085640000022
式中：α—传播过程中信号幅度的衰减；td—时延，td＝2R(t)/c，R(t)—雷达与物体间的径向距离，该值对于运动的物体会不停变化；c—光速；雷达接收机会对雷达发射信号和接收信号进行相参混频，再经I/Q解调后的信号表示为
Figure FDA0003693085640000023
式中：AR—接收信号的功率；fb—拍频信号B(t)的频率；φb(t)—拍频信号B(t)的相位；其中fb，φb(t)可以分别用式(5)、式(6)来表示，
Figure FDA0003693085640000024
Figure FDA0003693085640000025
当雷达与检测目标距离较近时，残余信号噪声
Figure FDA0003693085640000031
可以忽略不计；除此之外，由于
Figure FDA0003693085640000032
在实际应用中数值很小，因此在其表达式中也可将其忽略。因而，雷达与被测目标间距离的变化和相位之间的表达式为：
Figure FDA0003693085640000033
式中，Δφb—相位变化；ΔR—心脏或胸腔引起的位移变化。
5.根据权利要求1所述的用于判断儿童是否车内遗留的检测***，其特征在于，AHT10温度传感器的温度测量范围为-40℃～+85℃，精度为±0.5℃,湿度测量范围为0％-100％，精度为±3％RH。转化公式如下：
Figure FDA0003693085640000034
式中：T—温度(℃)；ST—温度输出信号。
Figure FDA0003693085640000035
式中：RH—相对湿度；SRH—相对湿度输出信号。
6.根据权利要求1所述的用于判断儿童是否车内遗留的检测***，其特征在于，Mpython-I开发板采用的主控芯片为W601Wi-FiMCU芯片，该芯片是一款支持多功能接口的SoC芯片，该SoC芯片集成Cortex-M3内核，内置Flash，支持SDIO、SPI、UART、GPIO、I2C、PWM、I2S、7816、LCD和ADC接口。
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Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105564306A (zh) * 2015-12-31 2016-05-11 浙江吉利汽车研究院有限公司 一种儿童滞留车内智能救护***
US20170039835A1 (en) * 2014-04-14 2017-02-09 Novelic D.O.O. Millimetre-wave seat occupation radar sensor
CN109017658A (zh) * 2017-06-08 2018-12-18 浙江师范大学 一种预防儿童被锁车内的***
CN110058225A (zh) * 2019-04-09 2019-07-26 惠州市德赛西威智能交通技术研究院有限公司 一种基于毫米波雷达的车内生命体检测***及方法
CN111391753A (zh) * 2020-03-16 2020-07-10 杭州杭韵电器有限公司 车内生命体检测方法及使用该方法的检测装置、检测***
CN112014837A (zh) * 2020-08-03 2020-12-01 杭州电子科技大学 一种基于毫米波雷达的体征无接触式智能监测***
CN113253258A (zh) * 2021-04-26 2021-08-13 南京楚航科技有限公司 一种基于毫米波雷达检测车内活体的方法及装置
CN113534136A (zh) * 2020-04-22 2021-10-22 郑州宇通客车股份有限公司 一种车内遗留儿童检测方法及***
CN113768477A (zh) * 2021-08-17 2021-12-10 山西禾源科技股份有限公司 一种毫米波生命体征监测雷达及监测方法以及情绪判断方法
CN113876306A (zh) * 2021-10-12 2022-01-04 南昌智能新能源汽车研究院 一种基于生命特征的毫米波车内有无人监控***及方法
CN114533004A (zh) * 2022-01-13 2022-05-27 山东师范大学 基于毫米波雷达的生命体征检测方法及***

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170039835A1 (en) * 2014-04-14 2017-02-09 Novelic D.O.O. Millimetre-wave seat occupation radar sensor
CN105564306A (zh) * 2015-12-31 2016-05-11 浙江吉利汽车研究院有限公司 一种儿童滞留车内智能救护***
CN109017658A (zh) * 2017-06-08 2018-12-18 浙江师范大学 一种预防儿童被锁车内的***
CN110058225A (zh) * 2019-04-09 2019-07-26 惠州市德赛西威智能交通技术研究院有限公司 一种基于毫米波雷达的车内生命体检测***及方法
CN111391753A (zh) * 2020-03-16 2020-07-10 杭州杭韵电器有限公司 车内生命体检测方法及使用该方法的检测装置、检测***
CN113534136A (zh) * 2020-04-22 2021-10-22 郑州宇通客车股份有限公司 一种车内遗留儿童检测方法及***
CN112014837A (zh) * 2020-08-03 2020-12-01 杭州电子科技大学 一种基于毫米波雷达的体征无接触式智能监测***
CN113253258A (zh) * 2021-04-26 2021-08-13 南京楚航科技有限公司 一种基于毫米波雷达检测车内活体的方法及装置
CN113768477A (zh) * 2021-08-17 2021-12-10 山西禾源科技股份有限公司 一种毫米波生命体征监测雷达及监测方法以及情绪判断方法
CN113876306A (zh) * 2021-10-12 2022-01-04 南昌智能新能源汽车研究院 一种基于生命特征的毫米波车内有无人监控***及方法
CN114533004A (zh) * 2022-01-13 2022-05-27 山东师范大学 基于毫米波雷达的生命体征检测方法及***

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