基于STC12C5A60S2的汽車防疲勞駕駛系統(tǒng)研究 - 全文

　　眾所周知，汽車如今已然成為我們生活中一種必須的交通工具，它和我們的生活息息相關(guān)，但是由于我們的疲勞駕駛造成的交通事故相當(dāng)?shù)挠绊懳覀兊纳?，無(wú)論是從財(cái)產(chǎn)、精神方面來(lái)說(shuō)都是有很深的傷害的，因此如何降低日常生活中的疲勞駕駛是有很深遠(yuǎn)的意義的。

　　疲勞駕駛是造成大多數(shù)交通事故的主要元兇之一，其中50%的交通安全事故起源于駕駛員意識(shí)不清醒從而釀成車禍，因此，防疲勞駕駛系統(tǒng)的研究具有重要意義。文章采用STC12C5A60S2單片機(jī)作為微處理器，通過(guò)采集安裝在方向盤上的角位移傳感器與壓力傳感器數(shù)據(jù)，判斷駕駛員疲勞狀況，并在駕駛員疲勞時(shí)進(jìn)行報(bào)警處理，從而達(dá)到安全駕駛的目的。

　　隨著科技的進(jìn)步，人們對(duì)汽車的安全性提出了更多要求?，F(xiàn)在很多國(guó)外著名汽車品牌已將防疲勞駕駛技術(shù)融入到汽車中，即采用圖像識(shí)別式，利用圖像傳感器捕捉駕駛員面部特征，判斷駕駛員疲勞程度。這種識(shí)別模式準(zhǔn)確度較高，但價(jià)格也十分高昂。利用單片機(jī)作為最小系統(tǒng)的防疲勞駕系統(tǒng)具有性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)傳感器具有靈敏、準(zhǔn)確、迅速等優(yōu)點(diǎn)，從而極大提高了防疲勞系統(tǒng)的安全性，因此，基于單片機(jī)的防疲勞駕駛系統(tǒng)具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

　　stc12c5a60s2在眾多的51系列單片機(jī)中，要算國(guó)內(nèi)STC 公司的1T增強(qiáng)系列更具有競(jìng)爭(zhēng)力，因他不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的具有大容量程序存儲(chǔ)器且是FLASH工藝的，如STC12C5A60S2單片機(jī)內(nèi)部就自帶高達(dá)60K FLASHROM，這種工藝的存儲(chǔ)器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫。而且STC系列單片機(jī)支持串口程序燒寫。顯而易見，這種單片機(jī)對(duì)開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時(shí)間也大大縮短。寫入單片機(jī)內(nèi)的程序還可以進(jìn)行加密，這又很好地保護(hù)了你的勞動(dòng)成果。

　　系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)主要由控制模塊、輸入模塊、輸出模塊三部分組成?？刂颇K由單片機(jī)STC12C5A60S2最小系統(tǒng)組成。其中輸入模塊安裝在方向盤上，主要包括角位移傳感器和壓力傳感器，用于采集方向盤角度及壓力數(shù)據(jù)的變化情況。顯示模塊采用LCD12864顯示器，主要用于設(shè)定和顯示駕駛時(shí)間和轉(zhuǎn)角時(shí)間。語(yǔ)音報(bào)警模塊采用ISD1820芯片。

　　當(dāng)駕駛員正常駕駛機(jī)動(dòng)車，系統(tǒng)不報(bào)警；當(dāng)駕駛員處于疲勞狀態(tài)，雙手離開方向盤，超過(guò)設(shè)定的駕駛時(shí)間，符合報(bào)警條件，語(yǔ)音模塊播放報(bào)警音報(bào)警，顯示模塊LCD12864顯示當(dāng)前系統(tǒng)進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)；當(dāng)駕駛員處于疲勞狀態(tài)，雙手未離開方向盤，但方向盤轉(zhuǎn)角長(zhǎng)時(shí)間未發(fā)生變化，符合報(bào)警條件，系統(tǒng)報(bào)警，語(yǔ)音模塊和顯示模塊進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)。

　　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)硬件由控制模塊、角位移傳感器、壓力傳感器、液晶顯示模塊和語(yǔ)音模塊組成。

　　控制模塊通過(guò)角位移傳感器和壓力傳感器采集方向盤轉(zhuǎn)角及壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，當(dāng)符合報(bào)警條件，語(yǔ)音模塊報(bào)警，顯示模塊顯示系統(tǒng)處于報(bào)警狀態(tài)。

　　控制模塊的設(shè)計(jì)

　　STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期（1T）的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8～12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（250K/s，即25萬(wàn)次/s），針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。

　　STC12C5A60S2單片機(jī)主要負(fù)責(zé)對(duì)輸入模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收處理，并控制語(yǔ)音模塊和顯示模塊工作。

　　輸入模塊

　　角位移傳感器：角位移傳感器結(jié)構(gòu)主要由導(dǎo)電塑料基體、電刷、隨動(dòng)軸、殼體等組成。

　　角位移傳感器采用電阻分壓器的原理，在電阻導(dǎo)軌兩端連接一恒定直流電壓，通過(guò)電刷在導(dǎo)軌上的移動(dòng)獲得輸出，輸出電壓與位移量成線性關(guān)系，其指標(biāo)用線性度表示，數(shù)值越小，精度越高。

　　壓力傳感器：Force Sensing Resistor是著名Interlink Electronics公司生產(chǎn)的一款重量輕、體積小、感測(cè)精度高、超薄型的電阻式壓力傳感器。

　　壓力傳感器是將施加在FSR傳感器薄膜區(qū)域的壓力轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，從而獲得壓力信息。壓力越大，電阻越低，其允許用在壓力0g～10kg的場(chǎng)合。本設(shè)計(jì)采用與壓力傳感器配套的電路模塊，將已知的電阻信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。

　　輸出模塊

　　液晶顯示模塊：DM12864M漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置8192個(gè)中文漢字（16×16點(diǎn)陣）、128個(gè)字符（8×16點(diǎn)陣）及64×256點(diǎn)陣顯示RAM（GDDRAM）。

　　第一行至第四行分別顯示課題名稱、駕駛時(shí)間及界限、轉(zhuǎn)角時(shí)間及界限、系統(tǒng)狀態(tài)和報(bào)警狀態(tài)。

　　語(yǔ)音模塊的設(shè)計(jì)：語(yǔ)音模塊采用ISD1820語(yǔ)音芯片，該芯片具有10s語(yǔ)音錄放、自然的語(yǔ)音還原等功能，可用單片機(jī)控制同時(shí)能直接驅(qū)動(dòng)8歐0.5W小喇叭。按下REC鍵，開始錄音，松開按鍵停止錄音；按下RLAYE鍵，觸發(fā)模式放音，按一下就播放當(dāng)前整段的語(yǔ)音。本系統(tǒng)采用STC12C5A60S2作為主控制芯片，只需ISD1820芯片通過(guò)SPI協(xié)議與主控芯片通信來(lái)達(dá)到播音效果。

　　系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

　　程序開始先進(jìn)行傳感器端口掃描。當(dāng)方向盤存在壓力同時(shí)轉(zhuǎn)角發(fā)生變化，說(shuō)明駕駛員處于正常駕駛狀態(tài)；當(dāng)方向盤不存在壓力，說(shuō)明駕駛員雙手離開方向盤，駕駛時(shí)間＋1，當(dāng)駕駛時(shí)間大于設(shè)定時(shí)間則進(jìn)行報(bào)警處理；當(dāng)方向盤存在壓力但轉(zhuǎn)角未發(fā)生變化，說(shuō)明駕駛員處于疲勞狀態(tài)，轉(zhuǎn)角時(shí)間＋1，當(dāng)轉(zhuǎn)角時(shí)間大于設(shè)定時(shí)間將進(jìn)行報(bào)警處理。

　　系統(tǒng)測(cè)試與分析

　　將硬件實(shí)物焊接后，經(jīng)過(guò)對(duì)軟件的調(diào)試，系統(tǒng)能夠正常工作。液晶顯示模塊分別顯示駕駛時(shí)間、轉(zhuǎn)角時(shí)間與報(bào)警狀態(tài)。當(dāng)符合報(bào)警條件，語(yǔ)音模塊發(fā)出報(bào)警音，提示駕駛員已處于疲勞狀態(tài)。

　　本系統(tǒng)具有適用性強(qiáng)、技術(shù)成本低、系統(tǒng)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，能夠達(dá)到防疲勞駕駛的目的，為防疲勞駕駛系統(tǒng)的進(jìn)步提供一種新思路。