基于STC12C5A60S2的汽车防疲劳驾驶系统研究

嵌入式设计应用

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描述

  众所周知,汽车如今已然成为我们生活中一种必须的交通工具,它和我们的生活息息相关,但是由于我们的疲劳驾驶造成的交通事故相当的影响我们的生活,无论是从财产、精神方面来说都是有很深的伤害的,因此如何降低日常生活中的疲劳驾驶是有很深远的意义的。

  疲劳驾驶是造成大多数交通事故的主要元凶之一,其中50%的交通安全事故起源于驾驶员意识不清醒从而酿成车祸,因此,防疲劳驾驶系统的研究具有重要意义。文章采用STC12C5A60S2单片机作为微处理器,通过采集安装在方向盘上的角位移传感器与压力传感器数据,判断驾驶员疲劳状况,并在驾驶员疲劳时进行报警处理,从而达到安全驾驶的目的。

  随着科技的进步,人们对汽车的安全性提出了更多要求。现在很多国外著名汽车品牌已将防疲劳驾驶技术融入到汽车中,即采用图像识别式,利用图像传感器捕捉驾驶员面部特征,判断驾驶员疲劳程度。这种识别模式准确度较高,但价格也十分高昂。利用单片机作为最小系统的防疲劳驾系统具有性能稳定、价格低廉的优势,同时传感器具有灵敏、准确、迅速等优点,从而极大提高了防疲劳系统的安全性,因此,基于单片机的防疲劳驾驶系统具有很强的实用性。

  stc12c5a60s2在众多的51系列单片机中,要算国内STC 公司的1T增强系列更具有竞争力,因他不但和8051指令、管脚完全兼容,而且其片内的具有大容量程序存储器且是FLASH工艺的,如STC12C5A60S2单片机内部就自带高达60K FLASHROM,这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写。而且STC系列单片机支持串口程序烧写。显而易见,这种单片机对开发设备的要求很低,开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密,这又很好地保护了你的劳动成果。

  系统基本结构

  系统主要由控制模块、输入模块、输出模块三部分组成。控制模块由单片机STC12C5A60S2最小系统组成。其中输入模块安装在方向盘上,主要包括角位移传感器和压力传感器,用于采集方向盘角度及压力数据的变化情况。显示模块采用LCD12864显示器,主要用于设定和显示驾驶时间和转角时间。语音报警模块采用ISD1820芯片。

  STC

  当驾驶员正常驾驶机动车,系统不报警;当驾驶员处于疲劳状态,双手离开方向盘,超过设定的驾驶时间,符合报警条件,语音模块播放报警音报警,显示模块LCD12864显示当前系统进入报警状态;当驾驶员处于疲劳状态,双手未离开方向盘,但方向盘转角长时间未发生变化,符合报警条件,系统报警,语音模块和显示模块进入报警状态。

  系统硬件设计

  系统硬件由控制模块、角位移传感器、压力传感器、液晶显示模块和语音模块组成。

  控制模块通过角位移传感器和压力传感器采集方向盘转角及压力数据进行分析,当符合报警条件,语音模块报警,显示模块显示系统处于报警状态。

  STC

  控制模块的设计

  STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机,是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机,指令代码完全兼容传统8051,但速度快8~12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/s,即25万次/s),针对电机控制,强干扰场合。

  STC12C5A60S2单片机主要负责对输入模块发送的数据进行接收处理,并控制语音模块和显示模块工作。

  输入模块

  角位移传感器:角位移传感器结构主要由导电塑料基体、电刷、随动轴、壳体等组成。

  角位移传感器采用电阻分压器的原理,在电阻导轨两端连接一恒定直流电压,通过电刷在导轨上的移动获得输出,输出电压与位移量成线性关系,其指标用线性度表示,数值越小,精度越高。

  压力传感器:Force Sensing Resistor是著名Interlink Electronics公司生产的一款重量轻、体积小、感测精度高、超薄型的电阻式压力传感器。

  压力传感器是将施加在FSR传感器薄膜区域的压力转换成电阻值的变化,从而获得压力信息。压力越大,电阻越低,其允许用在压力0g~10kg的场合。本设计采用与压力传感器配套的电路模块,将已知的电阻信号转化为电压信号。

  输出模块

  液晶显示模块:DM12864M汉字图形点阵液晶显示模块,可显示汉字及图形,内置8192个中文汉字(16×16点阵)、128个字符(8×16点阵)及64×256点阵显示RAM(GDDRAM)。

  第一行至第四行分别显示课题名称、驾驶时间及界限、转角时间及界限、系统状态和报警状态。

  语音模块的设计:语音模块采用ISD1820语音芯片,该芯片具有10s语音录放、自然的语音还原等功能,可用单片机控制同时能直接驱动8欧0.5W小喇叭。按下REC键,开始录音,松开按键停止录音;按下RLAYE键,触发模式放音,按一下就播放当前整段的语音。本系统采用STC12C5A60S2作为主控制芯片,只需ISD1820芯片通过SPI协议与主控芯片通信来达到播音效果。

  系统软件的设计

  程序开始先进行传感器端口扫描。当方向盘存在压力同时转角发生变化,说明驾驶员处于正常驾驶状态;当方向盘不存在压力,说明驾驶员双手离开方向盘,驾驶时间+1,当驾驶时间大于设定时间则进行报警处理;当方向盘存在压力但转角未发生变化,说明驾驶员处于疲劳状态,转角时间+1,当转角时间大于设定时间将进行报警处理。

  系统测试与分析

  将硬件实物焊接后,经过对软件的调试,系统能够正常工作。液晶显示模块分别显示驾驶时间、转角时间与报警状态。当符合报警条件,语音模块发出报警音,提示驾驶员已处于疲劳状态。

 STC

  本系统具有适用性强、技术成本低、系统稳定等优点,能够达到防疲劳驾驶的目的,为防疲劳驾驶系统的进步提供一种新思路。

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