基于单片机的汽车疲劳驾驶报警系统毕业论文.docx

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基于单片机的汽车疲劳驾驶报警系统毕业论文

1前言2

1.1什么是疲劳2

1.4小结3

2本设计的总体思路及其理念3

2.1理论基础3

2.2AT89C2051单片机的芯片管脚介绍3

2.3设计方案5

3系统硬件部分的设计6

3.1心率采集电路6

3.2单片机控制电路8

3.3小结10

4系统软件部分的设计10

4.1主程序设计10

4.2定时程序设计11

4.3中断子程序设计13

4.4显示子程序设计15

5软件调试17

5.1调试软件的介绍17

5.2调试结果17

6总结18

参考文献19

基于单片机的汽车疲劳驾驶报警系统

徐文燕

（河南大学民生学院，河南开封，475004）

摘要：

汽车已经成为我们人类生活中的一种必需交通工具，不仅与我们的生活是息息相关，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活，所以能够帮助降低一定概率的交通事故的仪器实用性是很强的。

设计描述的是一个基于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，使用此心率计在一定程度上降低交通事故。

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。

设计简单实用，有很高的实用价值。

关键词：

疲劳驾驶；疲劳检测；预警系统

Drivingalarmsystemofautomobilefatiguebasedonsinglechipmicrocomputer

Xuwen-yan

（Schoolofminsheng,HenanUniversity,HenanKaifeng475004,China）

Abstract:

Thecarshavebecomeessentialtransportforhumanlife,notonlywithourlivesarecloselylinked,andarecloselyrelatedtoourlifesafety.Becauseaccidentscausedbydriverfatiguehasbeenaseriousthreattoourlives.Sotheinstruments’practicabilaityisverystrong,becauseitispossibletohelpreducetheprobabilityofatrafficaccident.

ThispaperdescribesadrowsinessearlywarningsystemdetectionbasedonAT89C2051Single-chipMicrocomputer.Itisusingondeterminethedriver’sleverofattention，acertainextent，itcanreducethenumberoftrafficaccident.Besides，themethodofdetectionisuntouched,andusinginfraredinspectiondetectthedrivers’’heartrate;TheSingle-chipMicrocomputerwilljudgewhetherheisinthefatiguedrivingstate,LCDwilldisplaytheresultsandvoiceprompt.Thisdesignissimpleandpracticalwithhighvalue.

Keywords:

Fatigueddirving;faitiguedetection;earlywarningsystem

1前言

在高速发展的现代，拥有汽车的人是越来越多，交通越来越拥挤，正是因为如此，交通事故也越来越频发，这就促使人们正视这一问题。

而在交通事故中，因为驾驶员疲劳驾驶引起的事故，占其中相当大的一部分，疲劳驾驶已经成为威胁我们生命的一大危害，了解疲劳驾驶以及它引发的一些变化，有助于我们找到原因以及克服它的方法，可以在驾驶员行驶时发生突发或者无意识的疲劳困倦进行警醒，从而一定程度上避免车祸的发生。

1.1什么是疲劳驾驶

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映迟钝，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。

1.2疲劳驾驶与交通事故

据相关调查显示，发生交通事故的原因百分之八十五是与驾驶员有关的，环境与车辆的因素只是占到百分之十五，司机在事故发生前的那么一瞬间的行为以及故障会直接导致交通事故的发生，知觉上的延迟、对危险情况的错误抉择、对环境的决策错误等就是导致交通事故的一些因素；而在所有的驾驶员所犯的错误中，决策错误和知觉延缓是最为常见的，而这些就会使驾驶员产生反应迟钝、注意力不集中等反应，产生这些错误的根本的原因就是疲劳驾驶。

所以，在一定程度上制止驾驶员疲劳驾驶这一行为现象，就能有效的减小交通事故发生的概率。

1.3怎么预防疲劳驾驶

许多的国家已经意识到疲劳驾驶的问题，对于它的研究工作早期上主要是使用在医学角度上，是在医疗器械的帮助下实现的，这些研究可以追溯到上个世纪三十年代美国交通部下辖的洲际商业协会对城市商业机动车辆的驾驶员服务时间的管理条例的合理性进行的调查；而实质性研究汽车驾驶员与疲劳驾驶的关系是从上世纪八十年代初开始的，由美国国会批准交通部实施改革驾驶服务时间，探索驾驶员和道路安全的关系，提高完善公共汽车安全法规开始的，我们发现疲劳驾驶研究

的高度提高到了立法，可以在一定程度上保证疲劳驾驶研究的有效性、合法性和持续性[7]。

研究工作大致上可以分成两类：

第一类是研究疲劳困倦产生的原理和其他各种疲劳困倦的诱因，找到降低此种危险的方法；第二种是研究车辆的智能报警系统以及相关可以警醒的用具，来防止驾驶员产生疲劳，并在疲劳的状态下行驶。

驾驶员在疲劳驾驶时会有很多不同的反应及其状况出现在身体上，对于它们的检测大致上可以将其分为以下三类状况，一类是基于驾驶员的生理特征上的疲劳驾驶检测识别技术（如疲劳时人的心率、脑电图、肌电图、呼吸状态、脉搏频率等会有变化）；另一类是基于驾驶员头部或面部特征的疲劳驾驶检测识别技术（如疲劳时人的部表情、眼睛眨动的频率、注视的方向、瞳孔的直径等的变化）；第三类是基于驾驶员操纵车辆的特点和所驾驶车辆的特性的疲劳驾驶检测识别技术（如疲劳时人的握力、车辆的行驶轨道等会有变化）。

基于此，本设计选取就是驾驶员在疲劳驾驶时他的生理特征的变化，即脉搏的变化来对其进行是否处于疲劳状态进行辨别。

1.4小结

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。

2本设计的总体思路及其理念

2.1理论基础

单片机是一个不带外部设备的微型计算机。

它是20世纪70年代中期发展起来的一种大规模的集成电路芯片（1971年inter公司研制出世界上第一个四位微处理器），是集合CPU、RAM、ROM、I/O接口和中断系统于一体的电子设备。

单片机是一个软硬结合的产物。

它具有集成度高（highlyintegrated）、功能强大（powerful）、体积小（small）、灵活（flexible）、稳定可靠（reliable）、价格低廉（inexpensive）等许多的特点。

上世纪八十年代以来，单片机发展十分的迅速，各种新型高性能的机种产品不断地出现在市场上，单片机顺利成章的已经成为工厂实现自动化和各控制领域的支柱产业之一。

单片机的基本端口操作和基本功能，包括单片机的定时、中断、I/O端口以及简单的外部器件的设计等，这些都需要去了解设计，才能成功完成一个设计。

2.2AT89C2051单片机的芯片管脚介绍

本设计使用的是AT89C2051单片机;

图2-1AT89C2051单片机的引脚配置图

此单片机有20个引脚，相关引脚配置如图2-1所示。

它各个管脚的功能是：

VCC电源电压；

GND接地；

RST复位输入；当RST变为高电平并维持了2个机器周期时，所有的I/O引脚都被复位达到高电平[8]；

XTAL1内部时钟工作电路的输入端、反向振荡器的输入端[8]；

XTAL2反向振荡放大器的输出；

P1口8位双向I/O口；P1.0和P1.1两个端口需要外部上拉，可以用作片内精确模拟比较器的正向输入（AIN0）、反向输入（AIN1）[8]；引脚P1.2～P1.7提供内部上拉，当作为输入且被外部下拉为低电平时，它们就输出电流，这是因内部上拉的缘故[8]。

P1口的输出缓冲器能接收20mA的电流，并且能直接驱动LED显示器；P1口的引脚写入“1”后，可以用作输入[8]。

在闪速编程和编程校验期间，P1口也可以接收编码数据[8]。

P3口引脚P3.0～P3.5和P3.7是7个带内部上拉的双向I/0引脚；P3.6在内部已经与片内比较器输出相连，所以不能作为通用的I/O引脚访问[8]。

AT89C2051的性能指标有：

与MCS-51产品指令系统完全兼容；

2k字节可重擦写闪速存储器；

1000次擦写周期；

2.7V-6V的工作电压范围；

全静态操作：

0Hz-24MHz；

两极加密程序存储器；

128字节内部RAM；

15个可编程I/0口线；

2个16位定时/计数器；

6个中断源；

可编程串行UART通道；

可直接驱动LED的输出端口；

内置一个模拟比较器；

低功耗空闲和掉电模式。

2.3设计方案

2.3.1检测方法

此设计采取的方法用红外线来检测人体脉搏，因为光能避开很强烈的电磁干扰，具有很强烈的绝缘性，并且可以做到非侵入式的检测脉搏波。

它采用红外线来检测并采集驾驶员的脉搏，所检测部位可以为被检测人的一个手指或耳垂（对于驾驶员来说检测耳垂会比较不影响他的驾驶，如果制造成蓝牙耳机的样式会更加实用方便）。

2.3.2检测原理

此设计的检测基本原理是：

人体组织中的血液流量伴随着心脏的搏动而产生变化，血管中血液的饱和度发生变化，那么人体组织的半透明度也会因此被改变。

当血液被送到人体各部分的组织时，血管中的血液饱和度就会变大相应的组织的半透明度就会减小；当血液重新流回到心脏时，人体组织血管中的血液饱和度变小，相应的它的半透明度就会增大。

因此，如果在人体组织相对比较薄弱的地方（例如指尖和耳垂）用红外发光二极管产生的红外线照射，就可以用红外三极管接收并将其转换为电信号。

因为用上述方法测试得到的脉搏信号跟人体的脉搏频率成正比，脉搏信号只要通过一定功能的电路转换成的脉冲

信号并对其进行相应的处理，就可以实现检测的脉搏频率被随时检测的目的。

而如果检测到的脉搏频率低于或者高于正常值的百分之二十时，单片机对其进行分析输出，然后驱动报警电路，对驾驶员进行报警，从而实现其智能。

2.3.3系统设计方案

综上，设计系统框图及其说明如图2-2所示：

红外检测与采集脉搏

信号抗干扰及滤波

信号整形与放大

单片机AT89C2051

报警系统

液晶屏显示

图2-2设计系统框图