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检测与转换技术课程论文基于传感器的瞌睡眼镜报警系统基于传感器的瞌睡眼镜报警系统摘 要：系统用于监测司机的瞌睡程度并适时发出警报，使驾驶员时刻保持清醒，保证驾驶安全。系统根据眨眼时间与瞌睡程度的生理关系，利用光电传感器对眨眼过程进行实时监测，监测结果交由微型单片机处理。当眨眼时间满足瞌睡条件时，单片机发出警报，驱除司机的瞌睡。此设计可以对驾驶员的疲劳程度做出比较准确的判断和告警，在一定程度上预防相关事故的发生。关键词：瞌睡感应报警；瞌睡程度；传感器；AT89C2051单片机； 一、引言目前我国长途载货卡车经常发生事故，有的与其他车辆相撞，有的翻车，造成了国家、集体财产的损失和人员的伤亡。这种现象主要是由于卡车司机的疲劳驾驶所致，如何避免这类交通事故的发生呢？目前类似研究很多，主要集中在以下2方面：通过监视人体的生物信息，如人体红外光谱，生物电等，获得驾驶员的瞌睡信息，此类方案判断比较准确性能稳定可靠，但存在系统复杂、成本太高、使用不便的缺陷；通过监视驾驶员的动作判断驾驶员的瞌睡程度，例如：利用倾斜启动开关监控使用者的低头程度，当驾驶员打瞌睡把头低的太低时，倾斜启动开关启动，发出警报，此类设计简单，但误判率较高。二、解决方法及方案该设计是一款简单、小巧、可靠、实用的瞌睡感应报警系统，可方便的安装在眼镜上。驾驶员在困倦时会在运动方式和生物信息方式上表现出一系列征兆，其中最显著的就是眨眼频率和眨眼时间的明显变化。据统计，正常情况下一个人每分钟要眨眼十余次，每次眨眼用0304 S，每两次眨眼之间相隔约284 S。在困倦瞌睡的情况下，眨眼频率会有所上升，而眨眼时间会延长到1 S，这便是所谓的微睡眠状态。在这种状态下工作，事故发生率大大提高。本设计基于眨眼时间与瞌睡程度的生理关系，利用光电手段对眼睛开闭状态实时监测，监测结果交由单片机处理。单片机根据监测结果得出眨眼时间，并对眨眼时间进行判断，当眨眼时间满足瞌睡条件时，单片机及时发出警报，达到驱除瞌睡的目的。系统由监测装置、判断控制装置、报警装置3部分构成。三、硬件实现方案监测装置光电传感器检测部分 由红外LED和硅光电池组成探测系统，通过眼睑挡光的方式对眼睑的活动进行实时监测。由于1 450 nm 的红外光对人眼几乎不造成伤害，所以本系统采用峰值波长为1 450 nm 的红外光LED。综合考虑响应峰值波长、量子效率、响应时间、噪声等因素系统选用2CR21硅光电池作为光电探测装置。眼睛闭合时，红外光被眼睑挡住，硅光电池无光照，硅光电池输出电压为低。眼睛睁开时，红外光通过眼球前部到达硅光电池，引起光伏效应，硅光电池输出电压为高。信号放大与调整由于硅光电池在有、无光照情况下输出的电压值差别不大，无法满足单片机的检测条件，因此在信号接人单片机前要经过电路放大和调整。电路采用分立元件三极管对信号进行放大和调整：二极管D 为硅光电池提供07 V左右的偏置；三极管Q 对硅光电池输出信号进行放大；三极管Q 对放大后的信号做反相处理，便于单片机检测。QI，Q2输出的信号分别接单片机中断Intl，IntO口。如图1所示。判断控制部分本设计采用AT89C205l单片机作为判断和控制核心。单片机通过中断响应眼睛的开、闭动作(为了方便装配调试，可以在电路中增加1个红色LED指示灯：单片机响应眼睛睁开动作后，LED熄灭；单片机响应眼睛闭合动作后，LED点亮)，通过软件对眼睛闭合的时间计时，并与瞌睡程度所对应的标准闭眼时间进行比较，得出使用者瞌睡与否和瞌睡程度的结论，并依据不同瞌睡程度给以不同报警铃声。从而实现对使用者瞌睡程度的监控与报警。由于AT89C2051单片机驱动能力较强，指示LED和报警蜂鸣器可直接由单片机IO 口驱动。电源部分电源采用2块电压为3 V的CR2032钮扣电池。由于单片机工作电压在5 V05 V范围内，因此在电源上串联1个二极管D1，使加在单片机上的电压在5 V05 V范围内。完整的硬件电路如图1所示。系统外观本系统以普通眼镜架为骨架，在镜框内放置由红外LED和硅光电池组成的光电探测系统，在眼镜侧面放置LED指示灯；在眼镜腿靠近耳朵的地方安置蜂鸣器。通过导线将光电探测系统和蜂呜器与单片机控制系统相连，控制系统可直接固定在眼镜上。给以不同程度的报警声音。主程序对采集到的闭眼时间进行分析判断，得出使用者瞌睡程度的信息，并适时开启不同程度的报警。系统外观如图2所示。图示1、红外LED和硅光电池组，2、LED指示灯，3、蜂鸣器四、软件设计软件程序完成对眨眼时间的计时、眨眼时间的分析和控制发出报警信号的任务。中断程序完成对眨眼信号的响应、对眨眼一次时间的计时和控制指示灯；计时计数程序为其他程序提供时间标准；报警程序控制蜂呜器动作，并能根据不同瞌睡程度可以对系统进行适当改进，使其功能更加完善。让用户自行设定报警条件，对眨眼次数过少的情况同样发出警报，防止由于眨眼次数过少而患干眼症，此功能尤其适用于长期使用电脑的人群；引入存储单元记录用户的瞌睡程度与瞌睡时间信息，建立用户个人档案，以方便责任事故的调查。五、结论经过反复比对，该设计运行稳定、可靠，能够较好地实现瞌。睡程度的检测和报警，能够在一定程度上预防相关事故的发生，并且本系统具有设计简单、操作方便的特点，推广应用前景比较广阔。六、收获和体会 本次课程设计用到了传感器，单片机等方面的知识，同时有自学红外图像实时跟踪和监测眼睛的方法，通过这次设计，使我对传感器有了一定的了解，对课本上的知识有了进一步的掌握，也深深明白了自己的不足，往后要加深自己的设计实践能力。 参考文献【1】周玉，俞梦孙 用红外图像实时跟踪和监测眼睛的方法 北京生物医学工程，2003【2】王磊，吴晓娟，巴本冬等 一种基于视觉的PERCLOS特征提