芯耀
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一、项目名称
二、项目概述
智能车载安全监测系统 是一款基于树莓派5的车载安全系统，旨在监测车内多种潜在危险情况，当检测危险情况时发出警报，并通过Wi-Fi联网将数据上报到云端，包括定位信息，以便远程监控和管理。安全检测覆盖以下场景：
驾乘人员突然发疾病，晕厥甚至休克，通过我司的雷达模组可以检测到人体存在、呼吸心率，驾乘人员无接触的呼吸心率检测，当超出正常范围则报警；
私家车在路上、车库自燃的情况屡有发生，极大地危害驾乘人员的生命、财产安全。通过烟雾检测，当检测到异常则语音报警并及时上报云端；
小孩被粗心地锁在车内，高温造成伤亡的危险。通过雷达模块检测人体存在再结合温湿度检测模块，既可以准备判断此危险情况，通过网络上报云端推送给手机APP；
三、作品实物图
实物图
实物图1：硬件整体布局
此项目有两个板卡组成，树莓派5作为主控，Arduino 开发板（型号为Teensy4.1）作为传感器采集板卡，和树莓派5通过UART通信。
如下图所示：
1.树莓派5主控，左上角网口连接到路由器，此外也通过WiFi连接到路由器，右上角供电电源；下发是排针连接到树莓派GPIO扩展板；
2.树莓派GPIO扩展板，将40PIN接口转接到面包板上；主要把树莓派5的 UART0 和 Arduino 开发板连接；
3.Arduino 板卡（型号为 Teensy4.1），和多个传感器连接，采集传感器数据；通过UART和树莓派5通信，上报传感器数值；
4.面板包仅作为传感器固定作用，从左到右传感器依次是：DHT11温湿度传感器，火焰传感器，烟雾传感器，雷达传感器；
实物图2：硬件安装视图
在办公室环境下，把树莓派5塞到升降桌面下，Arduino 板卡和GPIO扩展板放在后边，把传感器模块摆到同一个面包板上。
系统框图
系统框图如下：
传感器都接在 Arduino 板卡上；
Arduino 板卡和树莓派5通过UART通信，上报传感器数值；
树莓派5通过网络连接到云服务器，通过MQTT上报传感器状态；
硬件组成
温湿度传感器
DHT11 温湿度模块可以检测环境相对湿度和温度，内部包括一个电容式感湿元件和一个NTC测温原件，并与一个高性能8位单片机相连接，使用单总线和主控通信，仅需一个I/O口。
参数特性：
-工作电压范围：适用于 3.3V 至 5.5V
-相对湿度量程范围：5~95%RH
-相对湿度精度（25℃以下）：±5%RH
-相对湿度分辨率：1%RH
-温度量程范围：-20~60℃
-温度精度（25℃以下）：±2℃
-温度分辨率：0.1℃
-采样周期：>2S/次
火焰传感器
火焰检测模块可以检测火焰或者波长在760nm~1100nm范围内的光源，通过旋转可调节电位器，可以设定火焰检测模块感应火焰的强度，当火焰强度达不到设定阈值时，DO端输出高电平，当火焰强度超过设定阈值时，DO端输出低电平，AO端供ADC采集火焰检测模块的模拟量。
参数特性：
-可调节电位器阻值范围：阻值最大为 10KΩ，可调整阈值以适应不同的火焰强度条件；
-工作电压范围：3.3V~5V；
-工作温度范围：-40℃~+85℃；
-检测距离与角度：打火机实验最远约为 1.5m，火焰越大与正对角度越小，检测距离越远，适合60度左右范围内使用；
-输出形式：DO数字量（TTL高低电平），AO模拟量（0~4.5V以下）；
烟雾传感器
MQ2烟雾检测模块可以检测环境中如烟雾、丙烷、甲烷、乙醇等可燃气体，通过旋转可调节电位器，可以设定检测可燃气体浓度的阈值，当可燃气体浓度达不到设定阈值时，DO端输出高电平，当可燃气体浓度超过设定阈值时，DO端输出低电平，AO端供ADC采集烟雾检测模块的模拟量。
参数特性：
气敏材料：二氧化锡
负载电阻：10KΩ
加热电阻：29Ω±3Ω（室温）
加热功耗：≤ 950mW
预热时间：建议不低于5分钟
工作温度范围：-10℃~﹢50℃
供电电压：5V
输出形式：DO数字量（TTL高低电平），AO模拟量（0~4V以下）
雷达传感器
此款雷达模组是一种基于FMCW雷达收发器技术的集成单片机毫米波传感器SOC。工作在24GHz，利用 FMCW 调频连续波，对设定空间内的目标进行探测。结合雷达信号处理，实现高灵敏度的运动检测和微动检测。
参数特性：
支持 24GHz ISM 频段
雷达最远感应距离可达10米
雷达探测角度大，覆盖范围可达±60度
雷达区间内准确识别，支持感应范围划分，屏蔽区间外干扰
可以通过串口实现雷达的智能调参，方便快捷
支持挂顶、挂壁等多种安装方式
支持UART，默认波特率 115200
传感器总结
以上传感器看起来满足了一般的车辆内部环境监测的需求。但是，为了确保其适用于特定的汽车应用，还需要考虑以下几个因素：
是否能在预期的工作温度范围内稳定运行。
是否能承受汽车启动、停止以及行驶过程中产生的振动和冲击。
是否有适当的防护措施来防止水汽、灰尘等污染物的影响。
是否符合汽车行业的相关标准和认证要求，例如ISO/TS 16949质量管理体系标准。
因此，虽然从技术规格上看这些传感器似乎可以用于车内环境监测，但在实际应用前应进行详细的测试以验证其在实际汽车环境中的可靠性和稳定性，此项目使用这几款传感器仅用作验证用途。
Arduino 板卡 -- Teensy4.1
Teensy4.1 是一款基于 NXP i.MX RT1062 芯片的高性能开发板，该芯片拥有高达600MHz的处理速度和1MB的RAM。这款开发板不仅继承了 Teensy 系列小巧的特点，还扩展了丰富的接口和功能，使其非常适合各种嵌入式系统项目。
特性：
-性能与资源：Teensy4.1 在 600MHz 频率下运行时，电流消耗大约为100mA，并支持动态时钟缩放。
-I/O功能：此板卡具有多种I/O接口，包括以太网、SD卡插槽、USB主机等，提供了强大的连接能力，适用于网络通信和数据存储应用；
-应用场景：由于其卓越的性能和丰富的特性，Teensy4.1 被广泛用于自动控制系统、机器人、无人机等领域;
树莓派5
树莓派5是一款高性能的单板计算机，它采用了运行频率为2.4GHz的64位四核Arm Cortex-A76处理器，与前代产品树莓派4相比，CPU性能提升了2到3倍。这款设备不仅在计算能力上有了显著提升，同时在图形处理、多媒体支持和连接性方面也有所增强。
树莓派5的主要特点包括：
处理器：BCM2712 SoC，包含四个Cortex-A76核心。
内存：提供4GB或8GB LPDDR4X选项。
显示输出：双4Kp60 HDMI输出，支持HDR。
网络：内置Wi-Fi 5 (802.11ac) 双频无线网卡以及蓝牙5.0。
USB接口：两个USB 3.0端口和两个USB 2.0端口。
扩展接口：一个PCIe 2.0接口，可用于添加高带宽外设；标准40针GPIO头用于传统树莓派配件。
存储：MicroSD卡插槽支持高速SDR104模式。
电源：通过USB-C供电，推荐使用5V/5A适配器以确保足够的电力供应给所有连接的设备。
此外，树莓派5还引入了实时时钟(RTC)，使得即使断电后也能保持时间准确，并且新增了对PoE+的支持，允许通过以太网线缆供电。树莓派5的设计考虑到了开发者和教育用户的需求，提供了更强大的硬件平台来构建复杂的项目和应用。
连接关系
四、演示视频
阿里云设备信息
视频见B站：
五、项目文档
树莓派5代码：
参考附件
Arduino 代码：
参考附件
