驾驶员疲劳驾驶监测与报警系统设计

肖林利+李桃桃+陈敬穆+邹春宇+张仁永

摘要：通过压力传感器模块、重力加速度模块，采集驾驶员实时信息，利用单片机进行数据分析处理，获取驾驶员的驾驶时间、驾驶员状态，从而以确定司机是否处于疲劳状态。当处于疲劳驾驶时，便启动警告系统。一方面通过蜂鸣，提醒驾驶员及时休息、调整状态；另一方面，如果驾驶员未遵循劝导，没有采取安全停车休息，可通过GSM进行报警以及继电器控制停止车辆运行。

关键词：单片机 疲劳驾驶 传感器

1 引言

疲劳驾驶是引起交通事故主要的原因之一，驾驶员处于疲劳状态下，对周围环境的认识、识别情况的能力和车辆控制能力有不同程度的下降，因此容易发生交通事故。统计显示，疲劳驾驶每年大约导致5000人死亡。通过监控驾驶员的状态以及时向司机提示相关信息，可以有效地减少交通事故的发生。鉴于驾驶员处于疲劳状态多是由长时间驾驶造成的，而疲劳驾驶的一个重要特点就是驾驶员对方向盘有相对不准确的控制，因此本文从这两个角度出发对疲劳驾驶进行检测，利用蜂鸣和GSM通讯对疲劳驾驶员进行警示。

2 整体方案设计

系统的设计流程图如上图1所示，通过双向传感器检测驾驶员驾驶时间和对方向的控制，A＼D转换后，与设定阈值相比较，当满足任一条件时，对驾驶员进行蜂鸣警示；当同时满足时候，利用GSM通信告之家属或者直接报警停车。

3 硬件选择

（1）压力传感器：压力传感器选择HX711是一款专门为高精度电子计量器设计的24位模数转换器芯片。由于芯片集成了稳压电源、时钟振荡器等外围电路，整个芯片体积小，集成度高、响应速度快、其特点是具有较强的抗干扰。本文根据压力传感器采集座椅的压力，通过A/D转换，间接的采集驾驶员的驾车时间。

（2）重力加速度传感器：本文采用重力加速度传感器MPU6050，通过该传感器监测驾驶员操纵方向盘的姿态变化，MPU-6050主要由3轴MEMS陀螺仪、3轴MEMS加速度计构成，利用15位的模拟数字转换器对陀螺仪和加速度计进行处理分析，将其测量的模拟信号量转化为数字信号量完成输出，该传感器的的I2C接口达400kHz，在设计过程中相关参数的读取，则采用IAP15W413AS的普通引脚模拟I2C时序完成操作，读出方向盘转动的角度，从而采集驾驶员采集方向盘的情况。

（3）单片機：本文采取51单片机作为处理数据采集和处理的中心，其核心电路包括上电复位电路、按键复位电路和晶振电路，通过对传感器数据的分析和处理，单片机作为电子控制单元，发出命令操纵继电器进行相应的操作。

（4）GSM模块： GSM模块选用华为公司的GTM900-C通信模块，该模块有40个引脚，分别对应不同的5类数据端口：电源、I/O口、SIM卡、音频接口与控制接口。能够外接1.8V以及3.0V的SIM卡，要求电源范围在3.4V-4.7V之间，单片机控制模块通过串口与其相连接，实现GSM模块与单片机的通信。采取AT命令集的方式，实现无线数据的发送与接收、基带的处理以及音频文件的处理功能。本文设计驾驶员处于疲劳状态时，单片机蜂鸣器报警，提醒驾驶员停车休息，并利用GSM短信通知到驾驶员家属，若多次蜂鸣报警未果，且方向盘角度变化过大，家属可利用短信控制驾驶员所驾驶汽车熄火，短信发出后，蜂鸣器将鸣叫提示，然后倒计时熄火。

4 测试结果分析

测试的主要类型包括：功能测试、性能指标测试、数据精度测试、传感器数据采集测试。根据测试值与阈值的大小比较进行判断，从以下结果可知，数据采集正确，系统运行正常。

5 结论

通过制作实物来验证和实现整个系统的正确性。但在实际应用中还需要进一步完善和提高，比如采用更先进的传感器、微信号检测技术可以提高精度以及处理器性能的优化等，以便更真实地驾驶员的驾驶状态，为切实改善汽车驾驶安全提供一定的科学依据。

参考文献：

[1]韦洪喜. 司机防疲劳驾驶系统研究[D].安徽理工大学，2016.

[2]张明明. 基于方向盘握力的疲劳驾驶检测研究[D].江苏大学，2016.

[3]杨柏松，熊建斌，郑桂彬，邹东兴. 基于多传感器融合结合单片机在温棚环境控制系统中的应用[J]. 电子设计工程，2015，（13）：125-128.

[4]金雪. 基于驾驶行为的疲劳驾驶检测方法研究[D].北京工业大学，2015.

作者简介：

肖林利（1996—），女，重庆江津人，本科在读，研究方向：软件开发；李桃桃（1995—），男，重庆万州人，本科在读，研究方向：软件开发；陈敬穆（1995—），男，重庆巫溪人，本科在读，研究方向：智能物联网；邹春宇（1996—），男，重庆长寿人，本科在读，研究方向：信息处理技术；张仁永（1988—），男，山东日照人，硕士，讲师，研究方向：交通安全与智能控制。

基金项目：

2015年国家级大学生创新创业训练计划项目（201512608094）2016年国家级大学生创新训练计划项目（201612608095）