司机瞌睡报警器电路的设计和实现

陈生畅，杨志发，孙思萌，李丽秀，何璞

（1.华南理工大学电子与信息学院，广州，510641；2.华南理工大学物理与光电学院，广州，510641）

当今社会机动车随处可见，交通事故成为当今世界各国面临的严重社会问题之一，其中疲劳驾驶最为普遍，据调查，我国48%的车祸是由驾驶员疲劳驾驶引起的，导致巨大经济财产损失。解决这一问题，减少疲劳驾驶，迫在眉睫。为此，本文设计一款能够判断司机是否进入疲惫状态的产品，从而能有效减少交通事故的隐患。

1 电路模型

司机瞌睡报警器电路由四个基本模块组成：电源模块，开关控制模块，报警器模块，功率放大模块。其基本结构图如图1所示。

图1 司机瞌睡报警器系统组成模块图

■1.1 电源模块

采用两个DC3V电源，提供电路所需工作电压。

■1.2 开关控制模块

设置总开关控制整个电路的工作状态；利用水银开关控制报警状态。依靠水银流动性来判断司机头部的动作幅度，一旦水银同时接触两级，报警器电路接通，扬声器发出警报声。同时用两个LED灯指示总开关和水银开关的状态，清晰掌握电路所处状态。

■1.3 报警器模块

该部分主要由音乐芯片KD9561及LM324构成，为保证其输入的控制电压稳定，在前端接入一个组成的电压跟随器。3V的电池供电电压经过一个由LM324组成的电压跟随器[1]，电压通过端口4稳定输出到音乐芯片KD9561, 从而输出相应的交流报警信号。

■1.4 功率放大模块

功率放大电路中，用到的IC是LM386。为使电路尽可能简单，提高可携带性，这里参考了LM386典型电路中外接元件最少的类型[2]。根据IC用户手册，其正常工作电压范围为4～12V，这里用到两个3V电源串联，满足要求。电阻R6和电容C5可用于调整功率放大器的增益。电容C6起滤除噪声的作用。R4和C3串联，构成了校正网络，用于补偿相位。放大的音频信号通过隔直电容C2加到扬声器，输出警报声。

图2 司机瞌睡报警系统电路原理图

2 电路设计及实现

■2.1 电路设计

通过几个模块的组合，可以得到所设计的整个电路的原理图，如图2所示。

■2.2 电路仿真

在proteus仿真软件上画出总电路图，同时进行电路仿真，仿真结果如图3所示。

图3 仿真结果图

由图可知输出幅值测得为1.43V，电压放大倍数约为18倍，所模拟音乐芯片产生的波形经功率放大后能够无失真地放大信号，且调节RP可改变报警音量。仿真结果表明，设计的功率放大模块具有信号放大作用，同时报警电路可达到预期效果，。

■2.3 电路实物制作

电路实物完整的实现步骤为：

①采用ARES制版图软件进行PCB布线[3]，线路采用单面板实现，选用的各元器件的参数及型号见图2；

②热转印：将设计好的PCB布板图打印在热转印纸上，并通过热转印的方法，将图形转移到覆铜板上；

③腐蚀：转印好的电路图干了之后，将覆铜板放入腐蚀液中，腐蚀20分钟左右，将板拿出，并将覆盖在线路上的油墨搽洗干净，并在线路上涂上松香水；

④元件检测：通过对应的方法将所有选用的元器件进行检查，以排除其误差过大或坏了对电路产生的影响；

⑤电路焊接安装：将检测好的元器件根据布板图，焊接到对应元件位置；

⑥电路调试：在输入端输入两个3V的直流电，在输出端对实物电路结果进行测试。

■2.4 电路调试结果

通过前面的制作过程，得到完整实物电路，并对其调试，调试过程主要是对于报警信号音量、音质进行优化。音量大小通过调节电位器RP，调试过程发现当增加R3后报警信号噪声减少，避免音量调节过大时报警信号失真严重；通过调节C2大小及其他相关滤波电容、电阻使得报警信号滤去杂波，改善音质。调试结果表明：所设计的司机防瞌睡报警器灵敏度高，当开关倾斜角度大于40°时即可快速报警，其报警音量大小可调且报警器信号失真小。

3 结束语

本设计出包括电源模块、开关控制模块、报警器信号产生模块及功率放大模块的司机瞌睡报警系统。电路仿真结果表明，电路基本能够实现所预期的功能，水银开关闭合时，电路能够准确地产生方波波形，发出警报声。同时通过实物制作及调试，实验结果表明，当开关旋转大于40°时，会产生警报声，与预期的设计相符。所设计的电路简单，实物小巧，方便携带，且能够准确地实现所需要的功能，具有极大的实用价值。

参考文献:

* [1]杨素行，模拟电子技术基础简明教程第三版[M]，北京：清华大学出版社，2006

* [2]童诗白, 华成英,模拟电子技术基础（第四版）[M]，北京：高等教育出版社,2007

* [3]杜刚，电路板设计与制作[M]，北京：清华大学出版社，2010