汽车疲劳驾驶预警系统的设计汽车疲劳驾驶预警系统的设计摘 要汽车已经成为我们人类生活中的一种必需的交通工具，不仅与我们的生活息息相关，而且与我们的生命安全关系密切。因为疲劳驾驶造成的交通事故已经严重的威胁到我们的生命财产安全，所以设计一种能够降低交通事故发生概率的设备是有必要的。本设计是基于AT89C2051单片机的汽车疲劳驾驶检测预警系统。它可以用来检测汽车驾驶员的疲劳程度，使用此装置在一定程度上能降低交通事故。而且，它的检测方式是非接触式的，使用红外线检测驾驶员的心率。然后，由单片机系统判断其是否处于疲劳驾驶状态，将显示结果使用LCD液晶显示屏显示出来，并进行语音提示并且报警。该设计简单实用，有很高的实用价值。关键词：疲劳驾驶,预警系统,AT89C2051,红外检测汽车疲劳驾驶预警系统的设计Design of Vehicle Fatigue Driving Alarming System ABSTRACT The vehicles have become an essential transport for human life, because not only our life, but also the safety. For these accidents caused by driver fatigue have posed a serious threat to our life property. So, it is necessary to design a device that can help reduce the rate of traffic accidents. This paper describes a warning system about vehicle fatigue driving based on SCM AT89C2051. It can test the level of drivers fatigue, using this device to reduce the number of traffic accidents to a certain extent. Besides, the method of detection is untouched, using infrared to detect the heart rate of drivers. Then, the Single Chip Microcomputer (SCM) will judge whether he or she is in the fatigue driving situation. The results will be displayed by LCD with providing voice prompt. This design is simple but practical. Most importantly, it is of great value.KEY WORDS：fatigue driving, alarming system, AT89C2051, infrared detection目 录摘 要IABSTRACTII目 录III1 绪论11.1 课题背景11.2 课题研究意义21.3 国内外研究现状21.4 研究内容及论文安排31.4.1 研究内容31.4.2 论文安排42 基本结构模块52.1信号采集电路52.1.1光电传感器简介52.1.2光电传感器检测原理62.2信号放大62.2.1放大器的介绍72.2.2放大电路72.3 波形整形部分83 硬件系统设计103.1 心率采集控制系统103.2 AT89C2051的介绍113.2.1 AT89C2051单片机芯片的管脚介绍113.2.2 AT89C205l的功能特点133.3 设计方案133.3.1 检测方法133.3.2 检测原理133.3.3 系统设计方案143.4 单片机控制电路143.4.1 晶振电路143.4.2 复位电路153.4.3 工作原理153.4.4 元器件的选取153.5 LCD显示电路163.5.1系统显示设计概述163.5.2 LCD液晶显示屏概述163.5.3 1602工作原理173.5.4 液晶芯片1602功能介绍173.5.5 液晶芯片1602的指令说明及时序183.6 本章小结194 软件系统设计204.1 主程序设计204.2 定时程序设计204.3 中断子程序设计224.4 显示子程序设计244.5 软件调试254.5.1 调试软件的介绍254.5.2 调试结果264.6本章小结26总 结27致 谢28参 考 文 献29附 录 系统原理图30附 录 部分源程序代码31汽车疲劳驾驶预警系统的设计1 绪论1.1 课题背景 驾驶疲劳是指驾驶员由于睡眠不足或长时间持续驾驶造成的反应能力下降，这种下降表现在驾驶员困倦、打瞌睡、驾驶操作失误或完全丧失驾驶能力。驾驶疲劳反映在生理与心理两个方面，生理反映包括神经系统的功能、血液和眼睛的变化；心理反映包括反应时延长、注意力分散、动作不协调。美国印第安那大学对交通事故原因的调查研究发现85的事故与驾驶员有关，车辆和环境因素只占15。驾驶员在事故发生前一瞬间的行为和故障直接导致了事故的发生，这些行为包括知觉的延迟、对环境的决策错误、对危险情况的处理不当等。在所有的驾驶员错误中，最常见的是知觉延迟和决策错误，这些错误会产生注意力不集中、反映迟钝、操作不当等，产生这些错误的根本原因就是驾驶疲劳。由于司机疲劳驾驶导致警惕性水平的下降，从而造成交通事故的增长，这已成为了社会普遍关注的一个热点。如果司机疲劳驾驶，那么他的观察、识别和车辆控制能力都会显著下降，严重威胁自身的安全和其他人的生命。随着交通运输业的发展，交通事故已成为当前各国所面临的严重问题。据世界卫生组织统计，全世界每年有120多万人死于交通事故，数百万人受伤或致残。全球每年交通事故造成的经济损失高达5180亿美元，其中发展中国家占1000亿美元。近年来，我国恶性道路交通事故呈上升趋势。我国交通事故死亡人数己连续10多年居世界第一。我国因车祸丧生的人数，十几年间己从每年5万多人增长到10多万人，是交通事故死亡人数居世界第二位国家的两倍。其中，驾驶员疲劳造成交通事故的占总数的20左右，大约占特大交通事故的40以上。所以进行疲劳检测技术的研究是十分必要的，且有其深远的意义。同样，在国外情况也差不多。美国国家公路交通安全管理局也就是所谓的NHTSA(National Highway Traffic Safety Administration，NHTSA)最近几年的调查显示：每年平均有56000起车祸与疲劳驾驶相关，造成76000人受伤，1544人死亡(占交通事故死亡总人数的3.7)，调查还显示有27的受访者表示有过开车打磕睡的经历。2004年美国国家交通安全委员会NTSB(National Transportation Safety Board，NTSB)检查了107起由驾驶员造成的卡车交通事故，表明有58%的交通事故与驾驶员疲劳驾驶有关。美国汽车联合会 (American Automobile Association)的交通安全部初步估计41%59%的重型卡车交通事故与疲劳驾驶有关。英国交通研究实验室认为驾驶疲劳导致的路面交通事故大约占全部交驾驶员通事故率的10%。法国国家警察总署事故报告表明，因疲劳瞌睡而发生的车祸，占人身伤害事故的14.9，占死亡事故的20.6。德国保险公司协会估计，在德国境内的高速公路上，大约25导致人员伤亡的交通事故都是由疲劳驾驶引发。澳大利亚联邦议会统计：在2000年，司机疲劳驾驶造成的交通事故占所有交通事故的20%到30%；专家认为这只是保守统计，实际所占的比例可能更大。 近期关于疲劳特征，疲劳后的主要现象有： 反应时间显著增长，注意力分散，判断能力下降，主动性降低，注意力分配不均衡且转移速度降低，经常丢失重要的信息；感觉器官的功能减退或紊乱，如视觉模糊、听力下降、判断迟缓；驾驶动作不灵活，操作能力下降，节律失调；记忆和思考能力下降，判断失误增多；驾驶员的信心、决心、耐性和自我控制能力减退，缺乏坚持不懈的精神，易于激动、急躁和开快车；过度疲劳会使驾驶员在行车途中产生困倦，甚至打瞌睡。驾驶疲劳导致事故的形成过程通常是：大脑供氧不足叶中枢神经疲劳感觉下降、知觉迟钝肌肉收缩的调节机能恶化感觉刺激中断认识迟缓、判断失误、操作失误、打瞌睡等交通事故。可见，疲劳驾驶会引起大量的交通事故。如果建立一套疲劳检测系统能够切实有效的工作，必定可以大大减少由疲劳驾驶所引起的交通事故，不但能减少人员伤亡，而且能避免因此产生的经济损失。疲劳是有其可以识别的特征的。由于司机驾驶疲劳会产生神经系统功能、循环机能、血液、眼睛、呼吸机能、体温等生理变化，这些变化通过驾驶员的自觉症状和他觉症状反映出来。所以可以通过衡量方向盘的微调，脑波，心率，头手的位移，眼睑的闭合程度或眨动速率等一些有特异性和可量化的指标，通过大量实验确定驾驶疲劳的评价标准，以量化的值加以表示，来判断驾驶员是否已经疲劳。 可见，疲劳驾驶会引起大量的交通事故。如果建立一套疲劳检测系统能够切实有效的工作，必定可以大大减少由疲劳驾驶所引起的交通事故，不但能减少人员伤亡，而且能避免因此产生的经济损失。正因如此，研究出一套疲劳检测的系统是极有现实意义的。1.2 课题研究意义疲劳驾驶就是驾驶员较长时间维持一个姿势或者休息时间不够等原因造成的反应迟钝，驾驶员打盹、疲乏、操作不当甚至完全丧失驾驶能力就是它的主要表现。并且，疲劳驾驶不仅反映在心理上，还反映在生理上。心理上的反应包含反应时间延迟、出现动作不协调、大脑注意力分散等；生理反应上包括神经系统、血液、眼睛、握力等的变化。疲劳驾驶所造成的危害是不言而喻的，所以，对汽车疲劳驾驶的研究是必要的，对汽车疲劳驾驶智能报警系统的开发是可行且必须的。1.3 国内外研究现状国外研究最早可追溯到1935年，美国交通部管辖的洲际商业协会ICC要求美国公共卫生服务署USPHS对城市商业机动车驾驶员服务时间管理条例的合理性所进行的调查，但对驾驶疲劳的实质性研究工作是从20世纪80年代由美国国会批准交通部实施驾驶服务时间改革，研究商业机动车驾驶和交通安全的关系，并健全卡车和公共汽车安全管理条例开始的。近年来，各国竞相开展了驾驶员疲劳车载电子测量系统的研究开发工作，尤其是美国的研究发展较快。现有研究成果中具有代表性的产品有：美国研制的打瞌睡驾驶员侦探系统DDDS。采用多普勒雷达和复杂的信号处理方法，可获取驾驶员烦躁不安的情绪活动、眨眼频率和持续时间等疲劳信号。美国EISP公司开发的方向盘监视装置SAM是一种监测方向盘非正常运动的传感器装置。若方向盘持续4S不运动，SAM发出报警，直到方向盘继续正常运动为止。美国Ellison Research Labs实验室研制的DAS2000型路面警告系统是一种设置在高速公路上的红外线监测装置，当车辆偏离道路中线时，会向驾驶员发出警告。英国研制了一种名为“疲劳驾驶员警报系统”的新型电子设备，该系统将一些常见因素作为参考系数。瑞典汽车厂商沃尔沃推出了一项“驾驶员警示系统”，它参照公路上的各种标线来辨别车辆的行驶状态，主动防御事故