芯耀
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一、項目名稱
二、項目概述
智能車載安全監(jiān)測系統(tǒng) 是一款基于樹莓派5的車載安全系統(tǒng)，旨在監(jiān)測車內(nèi)多種潛在危險情況，當檢測危險情況時發(fā)出警報，并通過Wi-Fi聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)上報到云端，包括定位信息，以便遠程監(jiān)控和管理。安全檢測覆蓋以下場景：
駕乘人員突然發(fā)疾病，暈厥甚至休克，通過我司的雷達模組可以檢測到人體存在、呼吸心率，駕乘人員無接觸的呼吸心率檢測，當超出正常范圍則報警；
私家車在路上、車庫自燃的情況屢有發(fā)生，極大地危害駕乘人員的生命、財產(chǎn)安全。通過煙霧檢測，當檢測到異常則語音報警并及時上報云端；
小孩被粗心地鎖在車內(nèi)，高溫造成傷亡的危險。通過雷達模塊檢測人體存在再結(jié)合溫濕度檢測模塊，既可以準備判斷此危險情況，通過網(wǎng)絡(luò)上報云端推送給手機APP；
三、作品實物圖
實物圖
實物圖1：硬件整體布局
此項目有兩個板卡組成，樹莓派5作為主控，Arduino 開發(fā)板（型號為Teensy4.1）作為傳感器采集板卡，和樹莓派5通過UART通信。
如下圖所示：
1.樹莓派5主控，左上角網(wǎng)口連接到路由器，此外也通過WiFi連接到路由器，右上角供電電源；下發(fā)是排針連接到樹莓派GPIO擴展板；
2.樹莓派GPIO擴展板，將40PIN接口轉(zhuǎn)接到面包板上；主要把樹莓派5的 UART0 和 Arduino 開發(fā)板連接；
3.Arduino 板卡（型號為 Teensy4.1），和多個傳感器連接，采集傳感器數(shù)據(jù)；通過UART和樹莓派5通信，上報傳感器數(shù)值；
4.面板包僅作為傳感器固定作用，從左到右傳感器依次是：DHT11溫濕度傳感器，火焰?zhèn)鞲衅?/a>，煙霧傳感器，雷達傳感器；
實物圖2：硬件安裝視圖
在辦公室環(huán)境下，把樹莓派5塞到升降桌面下，Arduino 板卡和GPIO擴展板放在后邊，把傳感器模塊擺到同一個面包板上。
系統(tǒng)框圖
系統(tǒng)框圖如下：
傳感器都接在 Arduino 板卡上；
Arduino 板卡和樹莓派5通過UART通信，上報傳感器數(shù)值；
樹莓派5通過網(wǎng)絡(luò)連接到云服務(wù)器，通過MQTT上報傳感器狀態(tài)；
硬件組成
溫濕度傳感器
DHT11 溫濕度模塊可以檢測環(huán)境相對濕度和溫度，內(nèi)部包括一個電容式感濕元件和一個NTC測溫原件，并與一個高性能8位單片機相連接，使用單總線和主控通信，僅需一個I/O口。
參數(shù)特性：
-工作電壓范圍：適用于 3.3V 至 5.5V
-相對濕度量程范圍：5~95%RH
-相對濕度精度（25℃以下）：±5%RH
-相對濕度分辨率：1%RH
-溫度量程范圍：-20~60℃
-溫度精度（25℃以下）：±2℃
-溫度分辨率：0.1℃
-采樣周期：>2S/次
火焰?zhèn)鞲衅?/h3>
火焰檢測模塊可以檢測火焰或者波長在760nm~1100nm范圍內(nèi)的光源，通過旋轉(zhuǎn)可調(diào)節(jié)電位器，可以設(shè)定火焰檢測模塊感應火焰的強度，當火焰強度達不到設(shè)定閾值時，DO端輸出高電平，當火焰強度超過設(shè)定閾值時，DO端輸出低電平，AO端供ADC采集火焰檢測模塊的模擬量。
參數(shù)特性：
-可調(diào)節(jié)電位器阻值范圍：阻值最大為 10KΩ，可調(diào)整閾值以適應不同的火焰強度條件；
-工作電壓范圍：3.3V~5V；
-工作溫度范圍：-40℃~+85℃；
-檢測距離與角度：打火機實驗最遠約為 1.5m，火焰越大與正對角度越小，檢測距離越遠，適合60度左右范圍內(nèi)使用；
-輸出形式：DO數(shù)字量（TTL高低電平），AO模擬量（0~4.5V以下）；
煙霧傳感器
MQ2煙霧檢測模塊可以檢測環(huán)境中如煙霧、丙烷、甲烷、乙醇等可燃氣體，通過旋轉(zhuǎn)可調(diào)節(jié)電位器，可以設(shè)定檢測可燃氣體濃度的閾值，當可燃氣體濃度達不到設(shè)定閾值時，DO端輸出高電平，當可燃氣體濃度超過設(shè)定閾值時，DO端輸出低電平，AO端供ADC采集煙霧檢測模塊的模擬量。
參數(shù)特性：
氣敏材料：二氧化錫
負載電阻：10KΩ
加熱電阻：29Ω±3Ω（室溫）
加熱功耗：≤ 950mW
預熱時間：建議不低于5分鐘
工作溫度范圍：-10℃~﹢50℃
供電電壓：5V
輸出形式：DO數(shù)字量（TTL高低電平），AO模擬量（0~4V以下）
雷達傳感器
此款雷達模組是一種基于FMCW雷達收發(fā)器技術(shù)的集成單片機毫米波傳感器SOC。工作在24GHz，利用 FMCW 調(diào)頻連續(xù)波，對設(shè)定空間內(nèi)的目標進行探測。結(jié)合雷達信號處理，實現(xiàn)高靈敏度的運動檢測和微動檢測。
參數(shù)特性：
支持 24GHz ISM 頻段
雷達最遠感應距離可達10米
雷達探測角度大，覆蓋范圍可達±60度
雷達區(qū)間內(nèi)準確識別，支持感應范圍劃分，屏蔽區(qū)間外干擾
可以通過串口實現(xiàn)雷達的智能調(diào)參，方便快捷
支持掛頂、掛壁等多種安裝方式
支持UART，默認波特率 115200
傳感器總結(jié)
以上傳感器看起來滿足了一般的車輛內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測的需求。但是，為了確保其適用于特定的汽車應用，還需要考慮以下幾個因素：
是否能在預期的工作溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定運行。
是否能承受汽車啟動、停止以及行駛過程中產(chǎn)生的振動和沖擊。
是否有適當?shù)姆雷o措施來防止水汽、灰塵等污染物的影響。
是否符合汽車行業(yè)的相關(guān)標準和認證要求，例如ISO/TS 16949質(zhì)量管理體系標準。
因此，雖然從技術(shù)規(guī)格上看這些傳感器似乎可以用于車內(nèi)環(huán)境監(jiān)測，但在實際應用前應進行詳細的測試以驗證其在實際汽車環(huán)境中的可靠性和穩(wěn)定性，此項目使用這幾款傳感器僅用作驗證用途。
Arduino 板卡 -- Teensy4.1
Teensy4.1 是一款基于 NXP i.MX RT1062 芯片的高性能開發(fā)板，該芯片擁有高達600MHz的處理速度和1MB的RAM。這款開發(fā)板不僅繼承了 Teensy 系列小巧的特點，還擴展了豐富的接口和功能，使其非常適合各種嵌入式系統(tǒng)項目。
特性：
-性能與資源：Teensy4.1 在 600MHz 頻率下運行時，電流消耗大約為100mA，并支持動態(tài)時鐘縮放。
-I/O功能：此板卡具有多種I/O接口，包括以太網(wǎng)、SD卡插槽、USB主機等，提供了強大的連接能力，適用于網(wǎng)絡(luò)通信和數(shù)據(jù)存儲應用；
-應用場景：由于其卓越的性能和豐富的特性，Teensy4.1 被廣泛用于自動控制系統(tǒng)、機器人、無人機等領(lǐng)域;
樹莓派5
樹莓派5是一款高性能的單板計算機，它采用了運行頻率為2.4GHz的64位四核Arm Cortex-A76處理器，與前代產(chǎn)品樹莓派4相比，CPU性能提升了2到3倍。這款設(shè)備不僅在計算能力上有了顯著提升，同時在圖形處理、多媒體支持和連接性方面也有所增強。
樹莓派5的主要特點包括：
處理器：BCM2712 SoC，包含四個Cortex-A76核心。
內(nèi)存：提供4GB或8GB LPDDR4X選項。
顯示輸出：雙4Kp60 HDMI輸出，支持HDR。
網(wǎng)絡(luò)：內(nèi)置Wi-Fi 5 (802.11ac) 雙頻無線網(wǎng)卡以及藍牙5.0。
USB接口：兩個USB 3.0端口和兩個USB 2.0端口。
擴展接口：一個PCIe 2.0接口，可用于添加高帶寬外設(shè)；標準40針GPIO頭用于傳統(tǒng)樹莓派配件。
存儲：MicroSD卡插槽支持高速SDR104模式。
電源：通過USB-C供電，推薦使用5V/5A適配器以確保足夠的電力供應給所有連接的設(shè)備。
此外，樹莓派5還引入了實時時鐘(RTC)，使得即使斷電后也能保持時間準確，并且新增了對PoE+的支持，允許通過以太網(wǎng)線纜供電。樹莓派5的設(shè)計考慮到了開發(fā)者和教育用戶的需求，提供了更強大的硬件平臺來構(gòu)建復雜的項目和應用。
連接關(guān)系
四、演示視頻
阿里云設(shè)備信息
視頻見B站：
五、項目文檔
樹莓派5代碼：
參考附件
Arduino 代碼：
參考附件
