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(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，獲取駕駛員的駕駛時間、駕駛員狀態(tài)，從而以確定司機(jī)是否處于疲勞狀態(tài)。當(dāng)處于疲勞駕駛時，便啟動警告系統(tǒng)。一方面通過蜂鳴，提醒駕駛員及時休息、調(diào)整狀態(tài)；另一方面，如果駕駛員未遵循勸導(dǎo)，沒有采取安全停車休息，可通過GSM進(jìn)行報警以及繼電器控制停止車輛運行。

關(guān)鍵詞：單片機(jī) 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(tài)下，對周圍環(huán)境的認(rèn)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(fā)生交通事故。統(tǒng)計顯示，疲勞駕駛每年大約導(dǎo)致5000人死亡。通過監(jiān)控駕駛員的狀態(tài)以及時向司機(jī)提示相關(guān)信息，可以有效地減少交通事故的發(fā)生。鑒于駕駛員處于疲勞狀態(tài)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(zhǔn)確的控制，因此本文從這兩個角度出發(fā)對疲勞駕駛進(jìn)行檢測，利用蜂鳴和GSM通訊對疲勞駕駛員進(jìn)行警示。

2 整體方案設(shè)計

系統(tǒng)的設(shè)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(zhuǎn)換后，與設(shè)定閾值相比較，當(dāng)滿足任一條件時，對駕駛員進(jìn)行蜂鳴警示；當(dāng)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(shè)計的24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片。由于芯片集成了穩(wěn)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(yīng)速度快、其特點是具有較強(qiáng)的抗干擾。本文根據(jù)壓力傳感器采集座椅的壓力，通過A/D轉(zhuǎn)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(jiān)測駕駛員操縱方向盤的姿態(tài)變化，MPU-6050主要由3軸MEMS陀螺儀、3軸MEMS加速度計構(gòu)成，利用15位的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器對陀螺儀和加速度計進(jìn)行處理分析，將其測量的模擬信號量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號量完成輸出，該傳感器的的I2C接口達(dá)400kHz，在設(shè)計過程中相關(guān)參數(shù)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(zhuǎn)動的角度，從而采集駕駛員采集方向盤的情況。

（3）單片機(jī)：本文采取51單片機(jī)作為處理數(shù)據(jù)采集和處理的中心，其核心電路包括上電復(fù)位電路、按鍵復(fù)位電路和晶振電路，通過對傳感器數(shù)據(jù)的分析和處理，單片機(jī)作為電子控制單元，發(fā)出命令操縱繼電器進(jìn)行相應(yīng)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(yīng)不同的5類數(shù)據(jù)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(jī)控制模塊通過串口與其相連接，實現(xiàn)GSM模塊與單片機(jī)的通信。采取AT命令集的方式，實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收、基帶的處理以及音頻文件的處理功能。本文設(shè)計駕駛員處于疲勞狀態(tài)時，單片機(jī)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(fā)出后，蜂鳴器將鳴叫提示，然后倒計時熄火。

4 測試結(jié)果分析

測試的主要類型包括：功能測試、性能指標(biāo)測試、數(shù)據(jù)精度測試、傳感器數(shù)據(jù)采集測試。根據(jù)測試值與閾值的大小比較進(jìn)行判斷，從以下結(jié)果可知，數(shù)據(jù)采集正確，系統(tǒng)運行正常。

5 結(jié)論

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

參考文獻(xiàn)：

[1]韋洪喜. 司機(jī)防疲勞駕駛系統(tǒng)研究[D].安徽理工大學(xué)，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(xué)，2016.

[3]楊柏松，熊建斌，鄭桂彬，鄒東興. 基于多傳感器融合結(jié)合單片機(jī)在溫棚環(huán)境控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 電子設(shè)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(yè)大學(xué)，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(fā)；李桃桃（1995—），男，重慶萬州人，本科在讀，研究方向：軟件開發(fā)；陳敬穆（1995—），男，重慶巫溪人，本科在讀，研究方向：智能物聯(lián)網(wǎng)；鄒春宇（1996—），男，重慶長壽人，本科在讀，研究方向：信息處理技術(shù)；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(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（201512608094）2016年國家級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目（201612608095）