基于單片機的汽車防疲勞駕駛系統的研究

馮軍等

【摘 要】本文針對現行的防疲勞駕駛系統的不足，提出以單片機為微處理器，采集司機駕駛時間及方向盤操縱情況以實現LCD、GSM等報警。詳細介紹了系統的工作流程以及器件的選型、主要電路圖及疲勞判斷算法，實現效果較好。

【關鍵詞】單片機；防疲勞；駕駛時間；方向盤操縱

0 引言

隨著我國機動車保有量的增加，交通事故已成為社會所面臨的嚴峻問題。據統計，因公路交通事故造成的死亡人數已居非自然死亡人數之首，約有三分之一的事故是疲勞駕駛所造成，開發有效的汽車防疲勞駕駛系統具有重要意義[1-3]。

現行防疲勞駕駛系統所提取的疲勞特征方法復雜、不明顯、受環境影響大，造成系統難于實現，且成本高、精度較差。經國內外研究，疲勞駕駛最直接的判斷方法就是司機的駕駛時間，一般4小時以上，都會出現不同程度的疲勞現象；另外，轉向盤的操縱情況與駕駛員的疲勞程度具有一定的聯系，實現簡單[4]。

本文采用單片機作為微處理器，利用傳感器采集司機駕駛時間及方向盤操縱情況，進行綜合分析和判斷，若有危險進行報警，進而實現安全行駛。

1 系統整體設計

防疲勞駕駛系統由傳感器、單片機、聲光報警器件、LCD及GSM通信模塊等組成。

系統工作原理：

1）壓力傳感器采集座椅的壓力，從而間接采集司機的駕駛時間；同時轉角傳感器采集方向盤的角度，從而采集司機操控方向盤的情況；所采集的所有數據傳送給單片機進行分析。

2）單片機對所采集的數據進行處理和分析，經過疲勞判斷算法分析，判斷司機是否疲勞駕駛。

3）若司機處在疲勞駕駛的狀態，單片機將控制報警器、GSM、LCD實行報警。利用聲音、LCD圖像顯示提示司機停止疲勞駕駛進行適當休息，并利用GSM技術通過短信方式告知家屬；若在多次提醒疲勞駕駛的司機停車休息未果的情況下，為防止出現意外，利用GSM技術經過家屬或者監督部門的同意后，采取如下步驟：首先利用聲音、LCD圖像顯示提示司機即將停車，然后倒計時鎖定引擎。

2 系統硬件的設計

2.1 器件的選擇

1）傳感器的選擇

壓力傳感器采用FSR406，它是Interlink Electronics 公司生產的一款重量輕，體積小，感測精度高，超薄型電阻式壓力傳感器[5]。隨著施加在感應區域的力量大小變化，其所輸出的電阻值將會有相應的變化。力量越大，電阻值越小。若沒有施加任何力，電阻值將會大于1MΩ。

轉角傳感器直接利用車輛原裝的器件，由于不同的品牌和車型具有不同性能及輸出參數，將根據具體情況設計單片機的程序。

2）單片機的選擇

單片機選用宏晶科技的STC89C52RC單片機，它是新一代高速、低功耗、超強抗干擾的單片機，指令代碼完全兼容傳統8051單片機，12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可以任意選擇。

3）LCD及GSM模塊的選擇

LCD采用12864液晶顯示模塊，它是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式。其顯示分辨率為128×64，內置8192個16×16點漢字，和128個16×8點ASCII字符集。該模塊接口方式比較靈活，操作指令簡單而且方便，可顯示8×4和16×16點陣的漢字，也可完成圖形顯示。低電壓低功耗是其又一顯著的特點。同時其硬件電路結構和顯示程序也比較簡潔。

GSM模塊選用西門子的TC35系列模塊，它是新一代無線通信GSM模塊，自帶RS232通訊接口，可以方便的與PC機、單片機通訊，可以快速、安全、可靠的實現系統中的短信息服務，而且在市場上比較廉價，因此性價比很高，同時其技術比較成熟，并且已經有國內的無線電設備入網證。所以本設計選用的是西門子TC3X系列的TC35[6-7]。

2.2 STC89C52RC單片機和TC35的接口原理圖

單片機通過向TC35發送一些AT指令集來完成通訊，其接口原理圖如圖2所示。數據通信中，用于接收和發送數據的設備成為數據終端設備DTE（Date Terminal Equipment）；用來連接DTE及數據通信網絡的設備稱數據通信設備DCE（Data Communication Equipment）。串口通信時，DTE和DTE通信時，引腳RXD與TXD應與TXD應交叉相連；DTE與DCE通信時，相應的RXD、TXD可對應直接相連。系統中，單片機及PC是DTE，而TC35為DCE。

TC35的數據輸入/輸出接口實際上是一個串行異步收發器，它符合ITU-T RS232接口標準，它有固定的參數；8位數據位和一位停止位，無校驗位，波特率在300bps-115kbps之間可選。單片機可以通過串口直接與TC35進行通信，且DTE（單片機）與DCE（TC35通信模塊）可相應的RXD、TXD對應直接相連[8-9]。

3 系統軟件的設計

軟件設計工作主要集中為疲勞判斷算法，其流程圖如圖3所示。系統初始化以后，對串口進行采集數據，若采集到座位上的壓力表明司機處在行駛狀態，駕駛時間開始計數；同時采集方向盤的轉角變化狀態，若沒有變化，轉角時間計數；當駕駛時間或者轉角時間大于設定的時間，表明司機可能處在疲勞狀態，進行報警處理。

4 結束語

本文采用單片機作為微處理器，利用傳感器采集司機駕駛時間及方向盤操縱情況，實現容易，成本低且精度高，為防疲勞駕駛系統的進一步發展提供了新思路。

【參考文獻】

[1]裝玉龍，王煒.道路交通事故成因及預防對策[M].北京：科學出版社，2004：1.

[2]王武宏，孫逢春，曹琦，等.道路交通系統中駕駛行為理論與方法[M].北京：科學出版社，2001：1-2.

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[5]程艷.談汽車防疲勞駕駛技術[J].大眾科技，2013，5：124-125.

[6]孫偉，張為公，張小瑞，呂成緒，陳剛.疲勞駕駛檢測方法的研究進展[J].汽車技術，2009，2：1-5.

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[8]李貞，馮曉毅.基于傳感器技術的駕駛疲勞檢測方法綜述[J].測控技術，2007，26（4）：1-3.

[9]王磊，吳曉娟，俞夢孫.駕駛疲勞瞌睡檢測方法的研究進展[J].生物醫學工程學雜志，2007（1）.

[責任編輯：湯靜]