駕駛員疲勞駕駛監測與報警系統設計

肖林利+李桃桃+陳敬穆+鄒春宇+張仁永

摘要：通過壓力傳感器模塊、重力加速度模塊，采集駕駛員實時信息，利用單片機進行數據分析處理，獲取駕駛員的駕駛時間、駕駛員狀態，從而以確定司機是否處于疲勞狀態。當處于疲勞駕駛時，便啟動警告系統。一方面通過蜂鳴，提醒駕駛員及時休息、調整狀態；另一方面，如果駕駛員未遵循勸導，沒有采取安全停車休息，可通過GSM進行報警以及繼電器控制停止車輛運行。

關鍵詞：單片機 疲勞駕駛 傳感器

1 引言

疲勞駕駛是引起交通事故主要的原因之一，駕駛員處于疲勞狀態下，對周圍環境的認識、識別情況的能力和車輛控制能力有不同程度的下降，因此容易發生交通事故。統計顯示，疲勞駕駛每年大約導致5000人死亡。通過監控駕駛員的狀態以及時向司機提示相關信息，可以有效地減少交通事故的發生。鑒于駕駛員處于疲勞狀態多是由長時間駕駛造成的，而疲勞駕駛的一個重要特點就是駕駛員對方向盤有相對不準確的控制，因此本文從這兩個角度出發對疲勞駕駛進行檢測，利用蜂鳴和GSM通訊對疲勞駕駛員進行警示。

2 整體方案設計

系統的設計流程圖如上圖1所示，通過雙向傳感器檢測駕駛員駕駛時間和對方向的控制，A＼D轉換后，與設定閾值相比較，當滿足任一條件時，對駕駛員進行蜂鳴警示；當同時滿足時候，利用GSM通信告之家屬或者直接報警停車。

3 硬件選擇

（1）壓力傳感器：壓力傳感器選擇HX711是一款專門為高精度電子計量器設計的24位模數轉換器芯片。由于芯片集成了穩壓電源、時鐘振蕩器等外圍電路，整個芯片體積小，集成度高、響應速度快、其特點是具有較強的抗干擾。本文根據壓力傳感器采集座椅的壓力，通過A/D轉換，間接的采集駕駛員的駕車時間。

（2）重力加速度傳感器：本文采用重力加速度傳感器MPU6050，通過該傳感器監測駕駛員操縱方向盤的姿態變化，MPU-6050主要由3軸MEMS陀螺儀、3軸MEMS加速度計構成，利用15位的模擬數字轉換器對陀螺儀和加速度計進行處理分析，將其測量的模擬信號量轉化為數字信號量完成輸出，該傳感器的的I2C接口達400kHz，在設計過程中相關參數的讀取，則采用IAP15W413AS的普通引腳模擬I2C時序完成操作，讀出方向盤轉動的角度，從而采集駕駛員采集方向盤的情況。

（3）單片機：本文采取51單片機作為處理數據采集和處理的中心，其核心電路包括上電復位電路、按鍵復位電路和晶振電路，通過對傳感器數據的分析和處理，單片機作為電子控制單元，發出命令操縱繼電器進行相應的操作。

（4）GSM模塊： GSM模塊選用華為公司的GTM900-C通信模塊，該模塊有40個引腳，分別對應不同的5類數據端口：電源、I/O口、SIM卡、音頻接口與控制接口。能夠外接1.8V以及3.0V的SIM卡，要求電源范圍在3.4V-4.7V之間，單片機控制模塊通過串口與其相連接，實現GSM模塊與單片機的通信。采取AT命令集的方式，實現無線數據的發送與接收、基帶的處理以及音頻文件的處理功能。本文設計駕駛員處于疲勞狀態時，單片機蜂鳴器報警，提醒駕駛員停車休息，并利用GSM短信通知到駕駛員家屬，若多次蜂鳴報警未果，且方向盤角度變化過大，家屬可利用短信控制駕駛員所駕駛汽車熄火，短信發出后，蜂鳴器將鳴叫提示，然后倒計時熄火。

4 測試結果分析

測試的主要類型包括：功能測試、性能指標測試、數據精度測試、傳感器數據采集測試。根據測試值與閾值的大小比較進行判斷，從以下結果可知，數據采集正確，系統運行正常。

5 結論

通過制作實物來驗證和實現整個系統的正確性。但在實際應用中還需要進一步完善和提高，比如采用更先進的傳感器、微信號檢測技術可以提高精度以及處理器性能的優化等，以便更真實地駕駛員的駕駛狀態，為切實改善汽車駕駛安全提供一定的科學依據。

參考文獻：

[1]韋洪喜. 司機防疲勞駕駛系統研究[D].安徽理工大學，2016.

[2]張明明. 基于方向盤握力的疲勞駕駛檢測研究[D].江蘇大學，2016.

[3]楊柏松，熊建斌，鄭桂彬，鄒東興. 基于多傳感器融合結合單片機在溫棚環境控制系統中的應用[J]. 電子設計工程，2015，（13）：125-128.

[4]金雪. 基于駕駛行為的疲勞駕駛檢測方法研究[D].北京工業大學，2015.

作者簡介：

肖林利（1996—），女，重慶江津人，本科在讀，研究方向：軟件開發；李桃桃（1995—），男，重慶萬州人，本科在讀，研究方向：軟件開發；陳敬穆（1995—），男，重慶巫溪人，本科在讀，研究方向：智能物聯網；鄒春宇（1996—），男，重慶長壽人，本科在讀，研究方向：信息處理技術；張仁永（1988—），男，山東日照人，碩士，講師，研究方向：交通安全與智能控制。

基金項目：

2015年國家級大學生創新創業訓練計劃項目（201512608094）2016年國家級大學生創新訓練計劃項目（201612608095）