基于單片機(jī)的汽車防疲勞駕駛系統(tǒng)的研究

馮軍等

【摘 要】本文針對(duì)現(xiàn)行的防疲勞駕駛系統(tǒng)的不足，提出以單片機(jī)為微處理器，采集司機(jī)駕駛時(shí)間及方向盤操縱情況以實(shí)現(xiàn)LCD、GSM等報(bào)警。詳細(xì)介紹了系統(tǒng)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(shí)現(xiàn)效果較好。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；防疲勞；駕駛時(shí)間；方向盤操縱

0 引言

隨著我國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量的增加，交通事故已成為社會(huì)所面臨的嚴(yán)峻問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，因公路交通事故造成的死亡人數(shù)已居非自然死亡人數(shù)之首，約有三分之一的事故是疲勞駕駛所造成，開發(fā)有效的汽車防疲勞駕駛系統(tǒng)具有重要意義[1-3]。

現(xiàn)行防疲勞駕駛系統(tǒng)所提取的疲勞特征方法復(fù)雜、不明顯、受環(huán)境影響大，造成系統(tǒng)難于實(shí)現(xiàn)，且成本高、精度較差。經(jīng)國(guó)內(nèi)外研究，疲勞駕駛最直接的判斷方法就是司機(jī)的駕駛時(shí)間，一般4小時(shí)以上，都會(huì)出現(xiàn)不同程度的疲勞現(xiàn)象；另外，轉(zhuǎn)向盤的操縱情況與駕駛員的疲勞程度具有一定的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單[4]。

本文采用單片機(jī)作為微處理器，利用傳感器采集司機(jī)駕駛時(shí)間及方向盤操縱情況，進(jìn)行綜合分析和判斷，若有危險(xiǎn)進(jìn)行報(bào)警，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)安全行駛。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

防疲勞駕駛系統(tǒng)由傳感器、單片機(jī)、聲光報(bào)警器件、LCD及GSM通信模塊等組成。

系統(tǒng)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(jī)的駕駛時(shí)間；同時(shí)轉(zhuǎn)角傳感器采集方向盤的角度，從而采集司機(jī)操控方向盤的情況；所采集的所有數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)進(jìn)行分析。

2）單片機(jī)對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，經(jīng)過疲勞判斷算法分析，判斷司機(jī)是否疲勞駕駛。

3）若司機(jī)處在疲勞駕駛的狀態(tài)，單片機(jī)將控制報(bào)警器、GSM、LCD實(shí)行報(bào)警。利用聲音、LCD圖像顯示提示司機(jī)停止疲勞駕駛進(jìn)行適當(dāng)休息，并利用GSM技術(shù)通過短信方式告知家屬；若在多次提醒疲勞駕駛的司機(jī)停車休息未果的情況下，為防止出現(xiàn)意外，利用GSM技術(shù)經(jīng)過家屬或者監(jiān)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(jī)即將停車，然后倒計(jì)時(shí)鎖定引擎。

2 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)

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(chǎn)的一款重量輕，體積小，感測(cè)精度高，超薄型電阻式壓力傳感器[5]。隨著施加在感應(yīng)區(qū)域的力量大小變化，其所輸出的電阻值將會(huì)有相應(yīng)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(huì)大于1MΩ。

轉(zhuǎn)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(shù)，將根據(jù)具體情況設(shè)計(jì)單片機(jī)的程序。

2）單片機(jī)的選擇

單片機(jī)選用宏晶科技的STC89C52RC單片機(jī)，它是新一代高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)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(nèi)置8192個(gè)16×16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16×8點(diǎn)ASCII字符集。該模塊接口方式比較靈活，操作指令簡(jiǎn)單而且方便，可顯示8×4和16×16點(diǎn)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(diǎn)。同時(shí)其硬件電路結(jié)構(gòu)和顯示程序也比較簡(jiǎn)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(jī)、單片機(jī)通訊，可以快速、安全、可靠的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的短信息服務(wù)，而且在市場(chǎng)上比較廉價(jià)，因此性價(jià)比很高，同時(shí)其技術(shù)比較成熟，并且已經(jīng)有國(guó)內(nèi)的無線電設(shè)備入網(wǎng)證。所以本設(shè)計(jì)選用的是西門子TC3X系列的TC35[6-7]。

2.2 STC89C52RC單片機(jī)和TC35的接口原理圖

單片機(jī)通過向TC35發(fā)送一些AT指令集來完成通訊，其接口原理圖如圖2所示。數(shù)據(jù)通信中，用于接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備成為數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE（Date Terminal Equipment）；用來連接DTE及數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備稱數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE（Data Communication Equipment）。串口通信時(shí)，DTE和DTE通信時(shí)，引腳RXD與TXD應(yīng)與TXD應(yīng)交叉相連；DTE與DCE通信時(shí)，相應(yīng)的RXD、TXD可對(duì)應(yīng)直接相連。系統(tǒng)中，單片機(jī)及PC是DTE，而TC35為DCE。

TC35的數(shù)據(jù)輸入/輸出接口實(shí)際上是一個(gè)串行異步收發(fā)器，它符合ITU-T RS232接口標(biāo)準(zhǔn)，它有固定的參數(shù)；8位數(shù)據(jù)位和一位停止位，無校驗(yàn)位，波特率在300bps-115kbps之間可選。單片機(jī)可以通過串口直接與TC35進(jìn)行通信，且DTE（單片機(jī)）與DCE（TC35通信模塊）可相應(yīng)的RXD、TXD對(duì)應(yīng)直接相連[8-9]。

3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)工作主要集中為疲勞判斷算法，其流程圖如圖3所示。系統(tǒng)初始化以后，對(duì)串口進(jìn)行采集數(shù)據(jù)，若采集到座位上的壓力表明司機(jī)處在行駛狀態(tài)，駕駛時(shí)間開始計(jì)數(shù)；同時(shí)采集方向盤的轉(zhuǎn)角變化狀態(tài)，若沒有變化，轉(zhuǎn)角時(shí)間計(jì)數(shù)；當(dāng)駕駛時(shí)間或者轉(zhuǎn)角時(shí)間大于設(shè)定的時(shí)間，表明司機(jī)可能處在疲勞狀態(tài)，進(jìn)行報(bào)警處理。

4 結(jié)束語

本文采用單片機(jī)作為微處理器，利用傳感器采集司機(jī)駕駛時(shí)間及方向盤操縱情況，實(shí)現(xiàn)容易，成本低且精度高，為防疲勞駕駛系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展提供了新思路。

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[責(zé)任編輯：湯靜]