基于单片机的汽车防疲劳驾驶系统的研究

冯军等

【摘 要】本文针对现行的防疲劳驾驶系统的不足，提出以单片机为微处理器，采集司机驾驶时间及方向盘操纵情况以实现LCD、GSM等报警。详细介绍了系统的工作流程以及器件的选型、主要电路图及疲劳判断算法，实现效果较好。

【关键词】单片机；防疲劳；驾驶时间；方向盘操纵

0 引言

随着我国机动车保有量的增加，交通事故已成为社会所面临的严峻问题。据统计，因公路交通事故造成的死亡人数已居非自然死亡人数之首，约有三分之一的事故是疲劳驾驶所造成，开发有效的汽车防疲劳驾驶系统具有重要意义[1-3]。

现行防疲劳驾驶系统所提取的疲劳特征方法复杂、不明显、受环境影响大，造成系统难于实现，且成本高、精度较差。经国内外研究，疲劳驾驶最直接的判断方法就是司机的驾驶时间，一般4小时以上，都会出现不同程度的疲劳现象；另外，转向盘的操纵情况与驾驶员的疲劳程度具有一定的联系，实现简单[4]。

本文采用单片机作为微处理器，利用传感器采集司机驾驶时间及方向盘操纵情况，进行综合分析和判断，若有危险进行报警，进而实现安全行驶。

1 系统整体设计

防疲劳驾驶系统由传感器、单片机、声光报警器件、LCD及GSM通信模块等组成。

系统工作原理：

1）压力传感器采集座椅的压力，从而间接采集司机的驾驶时间；同时转角传感器采集方向盘的角度，从而采集司机操控方向盘的情况；所采集的所有数据传送给单片机进行分析。

2）单片机对所采集的数据进行处理和分析，经过疲劳判断算法分析，判断司机是否疲劳驾驶。

3）若司机处在疲劳驾驶的状态，单片机将控制报警器、GSM、LCD实行报警。利用声音、LCD图像显示提示司机停止疲劳驾驶进行适当休息，并利用GSM技术通过短信方式告知家属；若在多次提醒疲劳驾驶的司机停车休息未果的情况下，为防止出现意外，利用GSM技术经过家属或者监督部门的同意后，采取如下步骤：首先利用声音、LCD图像显示提示司机即将停车，然后倒计时锁定引擎。

2 系统硬件的设计

2.1 器件的选择

1）传感器的选择

压力传感器采用FSR406，它是Interlink Electronics 公司生产的一款重量轻，体积小，感测精度高，超薄型电阻式压力传感器[5]。随着施加在感应区域的力量大小变化，其所输出的电阻值将会有相应的变化。力量越大，电阻值越小。若没有施加任何力，电阻值将会大于1MΩ。

转角传感器直接利用车辆原装的器件，由于不同的品牌和车型具有不同性能及输出参数，将根据具体情况设计单片机的程序。

2）单片机的选择

单片机选用宏晶科技的STC89C52RC单片机，它是新一代高速、低功耗、超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。

3）LCD及GSM模块的选择

LCD采用12864液晶显示模块，它是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式。其显示分辨率为128×64，内置8192个16×16点汉字，和128个16×8点ASCII字符集。该模块接口方式比较灵活，操作指令简单而且方便，可显示8×4和16×16点阵的汉字，也可完成图形显示。低电压低功耗是其又一显著的特点。同时其硬件电路结构和显示程序也比较简洁。

GSM模块选用西门子的TC35系列模块，它是新一代无线通信GSM模块，自带RS232通讯接口，可以方便的与PC机、单片机通讯，可以快速、安全、可靠的实现系统中的短信息服务，而且在市场上比较廉价，因此性价比很高，同时其技术比较成熟，并且已经有国内的无线电设备入网证。所以本设计选用的是西门子TC3X系列的TC35[6-7]。

2.2 STC89C52RC单片机和TC35的接口原理图

单片机通过向TC35发送一些AT指令集来完成通讯，其接口原理图如图2所示。数据通信中，用于接收和发送数据的设备成为数据终端设备DTE（Date Terminal Equipment）；用来连接DTE及数据通信网络的设备称数据通信设备DCE（Data Communication Equipment）。串口通信时，DTE和DTE通信时，引脚RXD与TXD应与TXD应交叉相连；DTE与DCE通信时，相应的RXD、TXD可对应直接相连。系统中，单片机及PC是DTE，而TC35为DCE。

TC35的数据输入/输出接口实际上是一个串行异步收发器，它符合ITU-T RS232接口标准，它有固定的参数；8位数据位和一位停止位，无校验位，波特率在300bps-115kbps之间可选。单片机可以通过串口直接与TC35进行通信，且DTE（单片机）与DCE（TC35通信模块）可相应的RXD、TXD对应直接相连[8-9]。

3 系统软件的设计

软件设计工作主要集中为疲劳判断算法，其流程图如图3所示。系统初始化以后，对串口进行采集数据，若采集到座位上的压力表明司机处在行驶状态，驾驶时间开始计数；同时采集方向盘的转角变化状态，若没有变化，转角时间计数；当驾驶时间或者转角时间大于设定的时间，表明司机可能处在疲劳状态，进行报警处理。

4 结束语

本文采用单片机作为微处理器，利用传感器采集司机驾驶时间及方向盘操纵情况，实现容易，成本低且精度高，为防疲劳驾驶系统的进一步发展提供了新思路。

【参考文献】

[1]装玉龙，王炜.道路交通事故成因及预防对策[M].北京：科学出版社，2004：1.

[2]王武宏，孙逢春，曹琦，等.道路交通系统中驾驶行为理论与方法[M].北京：科学出版社，2001：1-2.

[3]王荣本，郭烈，顾柏园，等.基于机器视觉的行车安全综合保障系统研究[J].山东交通学院学报，2006（6）.

[4]毛喆，初秀民，严新平，等.汽车驾驶员驾驶疲劳监测技术研究进展[J].中国安全科学学报，2005（3）.

[5]程艳.谈汽车防疲劳驾驶技术[J].大众科技，2013，5：124-125.

[6]孙伟，张为公，张小瑞，吕成绪，陈刚.疲劳驾驶检测方法的研究进展[J].汽车技术，2009，2：1-5.

[7]蒋雄.驾驶员安全驾驶监控研究现状及发展趋势[J].现代计算机，2010，12：34-36.

[8]李贞，冯晓毅.基于传感器技术的驾驶疲劳检测方法综述[J].测控技术，2007，26（4）：1-3.

[9]王磊，吴晓娟，俞梦孙.驾驶疲劳瞌睡检测方法的研究进展[J].生物医学工程学杂志，2007（1）.

[责任编辑：汤静]