基于单片机的汽车疲劳驾驶报警系统毕业设计论文.docx
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基于单片机的汽车疲劳驾驶报警系统毕业设计论文
毕业设计(论文)
驾驶员疲劳监测系统设计
毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺:
所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名:
日 期:
指导教师签名:
日 期:
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:
按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名:
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学位论文原创性声明
本人郑重声明:
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名:
日期:
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名:
日期:
年月日
导师签名:
日期:
年月日
注意事项
1.设计(论文)的内容包括:
1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作)
2)原创性声明
3)中文摘要(300字左右)、关键词
4)外文摘要、关键词
5)目次页(附件不统一编入)
6)论文主体部分:
引言(或绪论)、正文、结论
7)参考文献
8)致谢
9)附录(对论文支持必要时)
2.论文字数要求:
理工类设计(论文)正文字数不少于1万字(不包括图纸、程序清单等),文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括:
任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)。
4.文字、图表要求:
1)文字通顺,语言流畅,书写字迹工整,打印字体及大小符合要求,无错别字,不准请他人代写
2)工程设计类题目的图纸,要求部分用尺规绘制,部分用计算机绘制,所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁,布局合理,文字注释必须使用工程字书写,不准用徒手画
3)毕业论文须用A4单面打印,论文50页以上的双面打印
4)图表应绘制于无格子的页面上
5)软件工程类课题应有程序清单,并提供电子文档
5.装订顺序
1)设计(论文)
2)附件:
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价:
一、撰写(设计)过程
1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性;技术线路的可行性;设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
指导教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价:
一、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
评阅教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
教研室(或答辩小组)及教学系意见
教研室(或答辩小组)评价:
一、答辩过程
1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩:
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任(或答辩小组组长):
(签名)
年月日
教学系意见:
系主任:
(签名)
年月日
驾驶员疲劳监测系统设计
摘要:
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。
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。
关键词:
疲劳驾驶;疲劳监测;报警系统
Drivingalarmsystemofautomobilefatigue
Abstract:
Aseveryoneknows, thecar hasalreadybecome a necessary traffic toolinourlife, and itiscloselyrelatedto ourlife, butbecause ourlives affectour fatiguedriving trafficaccidentscausedbythe equivalent, eitherfromthe property, spirit are deeply hurt, sohowtoreducethe fatigueofdailylife the drivingis veryfar-reachingsignificance .
Bloodflowinhumantissuesisaccompaniedbythepulsationoftheheartandthechangeofbloodsaturationinbloodvesselsischanged,sothetissuedegreeofthehumantissuewillbechanged..Whenthebloodwassenttovariouspartsofthebodytissueandvascularbloodsaturationwillchangeorganizationofthecorrespondingsemitransparencywillreduce;whenthebloodtoflowbacktotheheart,thesaturationofbloodvesselsofhumantissuebecomessmall,correspondingtoitssemitransparencywillbeincreased.Soifinhumantissueisrelativelyweaklocal(forexamplefingertipandearlobe)usinginfraredLEDstoproduceinfraredradiation,youcanuseinfraredtriodetubereceivesandconvertsitintoanelectricalsignal.Becauseatestusingthemethodofpulsesignalwiththebodyofthepulsefrequencyisproportionalto,thepulsesignalaslongasbycertainfunctionsofthecircuitintoapulsesignalandcarriesonthecorrespondingprocessing,youcanrealizethedetectionofpulsefrequencyisdetectedatanytimeto.Andifthepulsefrequencydetectiontolowerorhigherthan20percentofthenormalvalue,SCMthewereoutputanalysis,anddrivethealarmcircuit,thedriverofanalarm,soastorealizetheintelligent.
Keywords:
Drivingfatigue; fatigue test; earlywarningsystem
1前言
在科学与技术高速发展的今天,我们无疑要跟上时代的步伐,使用科技文明下的产物-汽车。
因此,现在的交通问题已经非常严重,我们必须提高对它的警惕。
即使如此,现如今交通事故也频频发生,所以我们必须要严肃认真对待这个问题了。
通过研究我们发现,在大多数的交通事故案例中,大多数的交通事故都是由于驾驶员的疲劳驾驶导致的,疲劳驾驶这个危险操作已经严重威胁到我们的日常生活。
因此我们必须详细的研究它、认识它并找出准确有效地方法来解决日常中的疲劳驾驶问题,当有疲劳驾驶的情况时通过设置语音提醒来避免事故的发生。
1.1什么是疲劳驾驶
疲劳驾驶可以理解为司机长时间保持一个姿势或休息时间不足等因素的影响,长期处在这种情况下的驾驶员会导致身体劳累精神状况不佳,容易造成操作不当甚至丧失驾驶能力的恶劣后果。
同时,疲劳驾驶不仅体现在心理上,也体现在生理。
心理上主要反应为反应滞后,身体动作和精神动作不协调,注意力不集中,生理上的主要反应为驾驶员的眼睛、血液、神经系统和抓地力严重下降。
1.2疲劳驾驶与交通事故
据调查,百分之八十五交通事故起因源于司机,然而汽车和驾驶环境的原因只占到百分之十五,大多数情况下驾驶员的行为失效是导致交通事故发生的直接原因,驾驶员反应上的延迟,对紧急情况下错误的选择以及对危险情况的错误判断是导致一系列交通事故发生的主要原因;从我们的研究发现,对危险情况的错误判断和意识上的延迟是最常见的,这会使司机感到枯燥,精神不集中或者其他的不良表现,这些情况的根本来源就是疲劳驾驶,所以我们通过抑制疲劳驾驶或者当驾驶员疲劳驾驶时进行一系列危险驾驶提醒来减少交通事故的频繁发生。
1.3怎么预防疲劳驾驶
许多国家已经意识到疲劳驾驶的问题,对于早期的研究工作主要是用在医学的角度来看,是医学的帮助来实现的,这些研究可以追溯到上世纪三十美国交通部门业务驱动小时洲际商业协会在市商业车辆的调查理性的管理法规管辖;他们对驾驶员疲劳驾驶和驾驶员的疲劳关系进行一系列的研究,通过有关的政府部门一致联合公开发表声明对驾驶员疲劳驾驶立法,才能保证有效性,在一定程度上的疲劳驾驶的合法性和可持续性。
他们的研究主要分为两个大类:
第一类是疲劳和嗜睡和其他种类的疲劳和嗜睡的原因的原理,找到降低风险的方法;二是汽车智能报警系统,报警设备,防止疲劳驾驶,疲劳驾驶。
司机会有很多不同的反应条件和出现在身体的疲劳驾驶检测,根据情况主要可以分为以下三种类别,一是检测和识别基于驾驶时的疲劳的驾驶员疲劳的生理特征技术(如心率,呼吸,脑电图,肌电图脉冲频率会发生变化,等);另一个类别主要是驾驶员的疲劳检测技术或者是驾驶员的面部特征(比如通过对驾驶员的面部特征的检测,面部表情,眨眼的频率,眼睛的视线方向眼睛中瞳孔的直径等等);
最后一种类别是驾驶员的面部疲劳特征和汽车的特性驱动特性进行检测(比如驾驶员的握力,驾驶员疲劳驾驶时车辆的行驶轨迹的改变情况)。
综上所述,在此基础上的设计的根据就是驾驶员疲劳驾驶时变驾驶员的生理特征也会发生相应的改变,即脉搏的变化处于疲劳状态识别。
1.4小结
通过我们上面的详细叙述,相信大家也初步了解了驾驶员疲劳驾驶对我们自身、家庭、以及社会带来的危害了。
所以我们研发智能提醒驾驶员安全驾驶的报警系统是非常紧迫的。
2本设计的总体思路及其理念
2.1设计方案
2.1.1系统设计方案
综上所述,此次设计驾驶员疲劳系统检测的系统框图如2-2图;
图2.1系统设计方案图
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
2.2检测原理
这次设计的检测的基本原理是:
随着心脏的跳动,血液在体内的流动改变,血管血氧饱和度的变动,人体组织的透明度也会发生变换。
当血液被人体组织,血管饱和度将越大,相应的组织透明度会降低;当血液流回到心脏,人体组织饱和血管减小,相应的组织会透明度增大。
这种现象在人体组织相对薄弱明显(如手指和耳垂)。
利用红外辐射的发光二极管的耳垂和指尖时,你能够运用红外接受三极管,转换成电信号。
由于采用了与人体脉搏信号测量方法的脉冲频率成正比的脉冲信号通过的电路,只要有一定的功能转换为脉冲信号及其成型,计算相应的显示,能够完成脉冲频率检测是检测的影响。
当脉冲频率检测,当低于或高于正常值百分之二十,微控制器将分析信号的情况和输出分析结果,以驱动报警电路,提示司机,最终实现智能化的功能。
2.3检测方法
此设计采取的方法主要是用红外线来检测人体脉搏跳动,因为光能很好的避开电磁波的干扰,具有良好的绝缘性,除去这个优点之外它还可以做到不用接触式的检测脉搏信号。
此次设计的系统主要采用红外线来检测驾驶员的脉搏同时采集驾驶员脉搏跳动的数据。
设计所检测的部位大体可以分为驾驶员的手指或者是耳垂。
2.4总结
通过我们上面的详细叙述,我相信大家已经懂得了疲劳监测系统的原理和监测方法,驾驶员应该禁止疲劳驾驶。
3系统硬件部分的设计
3.1元器件的选取
直流电源的设计中心率计的电源为七至九伏特,交直流转换后得到相同的电压,电池能够直接运用。
工作电流100mA。
用于IC1A,IC1B的电路硬件,IC1C和IC1D 是IC1运算放大器的(四运放LM324)四路分布。
AT89C2051单片机检测系统运用普通蜂鸣器作为提示音装置。
AT89C2051单片机使用的是12MHz的晶振。
在集成安装,可以使D1和Q1连接到蓝牙设备之前和耳机耳位置后,在一个塑料盒子装电路板和其它部件,盒子可以放在司机前面的玻璃窗。
对于使用按钮,观察方便,窗口显示红色发光二极管D3,蜂鸣器,复位按钮,K1液晶显示在上面的设置位置的塑料盒需要。
在实际使用中,司机先检测装置D1、Q1蓝牙耳机风格的衣服,然后接通电源。
在正常工作时的心率计,可以看到红色发光二极管闪烁,为了提高安全系数,当按下复位按钮后,K1单片机复位,并开始测量脉冲信号计数和显示。
听第二蜂鸣器音调,显示的心率检测观察,然后你可以在心率正常看英语语言提示显示
3.2单片机介绍
单片机是一种微机外部设备。
它是在上世纪七十年代中期人们研发出来的大规模集成电路芯片,它是由CPU,RAM,ROM,I/O端口、定时器、计数器和中断系统组成的。
供应链管理是一种软硬件结合的产品。
它具有集成度高的优点,强大的高度集成,体积小,灵活,稳定可靠,价格便宜和许多其他功能。
自上个世纪八十年,供应链管理的发展非常迅速,各种新的高性能飞机产品不断出现在市场上,单片机俨然已成为自动化控制和工厂控制的必不可缺少的产品,成为工业领域里的支柱性性产业,已成为供应链管理的顺利成章。
端口的基本操作和单片机的基本功能,主要由单片机的中断、定时、计数、显示的设计等等。
为此我们需要详细了解我们需要设计的系统功能以及软件实现方法,这样才能更好地完成一次科学的设计。
我们在硬件电路设计部分主要是完成对驾驶员的心率采集和心率数据处理的功能,我们可以将整个电路分为两心率测量和单片机控制电路。
3.3AT89C2051单片机的芯片管脚介绍
此次设计使用的单片机是AT89C2051
图3-1
它各个管脚的功能如下:
表2-1AT89C2051单片机引脚说明
类型
名称
端口
说明
电源
VCC、GND
20、10
芯片工作时的电源和接地
时钟
XTAL1、XTAL2
5、4
晶振的两个输入和输出端。
控制
RXD/TXD
2、3
输入和输出数据端口
INT0/INT1
6、7
两个中断端口
AIN1/AIN0
13、12
两个模拟比较器
RST
1
复位电平;当RST变为高电平时,单片机所有的I/O引脚都被复位。
I/O
P1
12~19
8位双向I/O口;P1.0和P1.1两个端口须要外部上拉,能够用作片内十分准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,并且校验期间,P1口也可以接收编码数据[8]。
P3
2~3、6~9、11
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单片机的主要性能指标主要有下列内容:
(1)1000次擦写周期;
(2)2.7V-6V的工作电压范围;
(3)全静态操作:
0Hz-24MHz;
(4)两极加密程序存储器;
(5)128字节内部RAM;
(6)15个可编程I/0口线;
(7)6个中断源;
(8)内置一个模拟比较器;
3.4心率采集控制系统
图3.1心率采集处理电路
AT89C2051单片机的心率采集处理电路如图3-1所示。
红外检测采集电路模块:
红外检测元件主要由D1和Q1等组成;整形电路模块的信号:
信号抗干扰电路组主要由RC振荡电路(由电阻R2和电容C1),低通滤波电路,光电隔离电路构成;除此之外它还和IC1b、C5与R10、IC1c一起组成信号整形电路。
心率采集电路是由三个主要模块。
心率采集处理电路工作过程如下:
当红外二极管D1电路在红外辐射的发射到耳垂或手指,而后红外线接到三极管Q1的半透明度,接收人体相应部位,信号会被转换了。
据相关数据显示,大多数人体的脉搏是每分钟五十次,每分钟二百次,这样的频率区域后,我们能够粗略计算0.78hz和3.33hz之间,因此,脉冲频率通过红外设置会很低。
然后,外面部分的高频信号很容易扰乱脉冲信号和误差信号,所以,进入整个系统前,必需先在使用之前进行适当的处理。
该电路使用C1和R2的低通滤波器组合,高频干扰可以去除大部分的。
但由于驾驶员疲劳检测系统的使用场所是在户外进行的并且室外面的光线要比室内里的光线强很多,很可能遇到光辐射条件。
电容器的电容C2和C3的设计连续系列双极耦合电容器组成,这样设计可以有效地避免室外的光线对系统采集数据的干扰,除此之外为了让它能有效地切除高频率的干扰,我们采用由使用由IC1a、电容C4、电阻R4组成的截止频率为10Hz左右低通滤波电路,与输入信号放大(约二百倍)。
在这里,我们通过脉冲正弦波的前处理是有噪声的,它需要整形。
比较器IC1B成方波后的第一波信号(电压比较器能够将模拟信号转换成的价值性能,即两信号的离散信号只有0和1两种)和利用R8可以用来调整在正弦波幅值比较器的阈值电压范围。
而后,经过电容C5和R10组成的电路的差分信号(微分运算电路的输入方波,和RC远小于输出,峰值波)方波微分处理能够成为正、负尖脉冲。
脉冲输入到IC1C(单稳态多谐振荡器)的反相输入输出连续稳定的脉冲输出,然后IC1C将成为输出的需求。
单稳态多谐振荡器IC1C的任务是一旦输入信号,输出的同时输出高电平,C6将通过电阻R11充电电容器。
在充电过程大约需要20毫秒,减少电容的充电电流,C6,因为IC1C输入相电位降低,当电位高于反相输入端输入阶段的潜力(在同一时间,当尖脉冲已过去很久),IC1C将再次改变现有的状态输出低电平。
脉冲产生在这个时间是20毫秒,脉搏是同步的,闪光电路D3会发出红色光和信号脉冲回波。
所以,在这个时候有一个脉冲信号,经过电阻R12直接被送到了AT89C2051单片机P3.3引脚,而
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