基于单片机的防瞌睡系统设计开题报告
基于单片机的防瞌睡系统设计开题报告
一、选题的依据及意义
随着我国机动车保有量的增加，交通事故已成为全社会所面临的严峻问题。据统计，因公路交通事故造成的死亡人数已居非自然死亡人数之首，而约有三分之一的事故是疲劳驾驶所造成，所以开发有效的汽车防瞌睡驾驶系统具有重要意义。虽然国家为了避免此类惨剧的发生，也出台了许多相关政策，但是并没有很好的解决这个问题，疲劳驾驶导致的惨剧仍在发生。现行防疲劳驾驶系统所提取的疲劳特征方法复杂、不明显、受环境影响大，造成系统难于实现，且成本高、精度较差。经国内外研究，疲劳驾驶最直接的判断方法就是司机的驾驶时间，一般4小时以上，都会出现不同程度的疲劳打瞌睡现象。
因此本系统主要是为了预防司机疲劳驾驶而设计的，当然本系统也可用于平常工作学习中防止打瞌睡。该设计的基本功能是，首先应用定时装置计时，从驾驶员上车启动到两小时之时，会语音提示驾驶员休息，提醒驾驶员应该集中精力。再则，通过驾驶员的动作来判断驾驶员的瞌睡程度，当驾驶员瞌睡低头时，倾斜开关启动，马达震动并且报警以提醒驾驶员，使驾驶员清醒。
此系统应用广泛，在私家车长途驾驶、货运司机远距离运输等方面应用广泛有效，可以有效地避免司机疲劳驾驶，以免发生因疲劳驾驶发生的交通事故，有广阔的应用前景。 [资料来源：www.doc163.com]
二、国内外相关研究简介
随着机动车保有量的增加，交通事故已成为当今社会所面临的严峻问题。据统计，因公路交通事故造成的死亡人数已居非自然死亡人数之首；有数据显示，由驾驶员人为因素导致的交通事故造成伤亡的比例最高；根据德国保险公司所作的调查结果显示，高速公路死亡事故中大约有四分之一的事故造成原因就是疲劳驾驶。因疲劳驾驶而造成伤亡事故的概率比其它的事故原因造成的伤亡要高出近 2.5倍。
驾驶疲劳，是指驾驶人在长时间不间断行车后，产生困倦瞌睡，四肢无力，注意力不集中，出现动作迟误或过早的现象。实际上，驾驶员处于疲劳状态时，对周围环境的感知能力、形势判断能力和对车辆的操控能力都有不同程度的降低。同时，视线模糊，视野变窄等因素，很容易发生道路交通安全事故。按照美国公路交通局 NHTSA 的观点，人处于疲劳状态时，事故发生的可能性会上升四至六倍。随着生活节奏的加快，人们得不到充分的休息。因此，研究开发高性能的驾驶人疲劳瞌睡状态实时监测及预警系统，对改善我国道路交通安全状况具有重要现实意义。
日前，国内外在驾驶人疲劳监测及预警系统的研究主要集中在对一些独立的功能模块进行研究开发上面，如:驾驶员精神分散状态的监测及预警系统、车道偏离预警系统的研究、前方车辆探测及碰撞预警系统的研究等单一功能模块。其中美国、日本等研究机构主要是对驾驶员精神状态进行监测，通过机器视觉技术，对驾驶员头部及各器官视觉特征的识别来检测驾驶员的疲劳状态；或者通过检测驾驶员的生理体能参数来判断驾驶员的疲劳状态，这种技术开发难度大而且投资高。荷兰、澳大利亚等国家主要研究开发车道偏离预警系统，通过对车辆行驶状态的跟踪循迹来判断驾驶员的疲劳状态。我国在该领域的研究主要集中在一些高等院校，主要进行基于机器视觉的多信息融合的行车安全综合系统的研究。
[资料来源：www.doc163.com]
现在很多国外著名汽车品牌已将防疲劳驾驶技术融入到驾驶领域，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瞌睡驾驶系统具有性能稳定、价格低廉等优势，同时传感器具有灵敏、准确、迅速等优点，从而极大提高了防瞌睡系统的安全性。角度传感器作为动作识别模块，用来判别人头部的动作或者来判断头部所处的状态，当系统判断出头部有倾斜趋势，或者达到人犯困时头部摆动趋势时，系统会自动地进行报警，并且通过控制振动模块，提示司机不要疲劳驾驶，极大地提高了汽车驾驶的安全性，因此，基于单片机的防瞌睡系统具有很强的实用性。
三、本课题研究内容
本次毕业设计是基于单片机的防瞌睡系统设计，该系统基于51系列单片机并以单片机为主控芯片，电子陀螺仪模块、语音提醒模块、振动报警模块以及系统电源等模块来实现系统的功能。所以它应具备以下三个功能：
（1）瞌睡提醒功能：首先应用定时装置计时，从驾驶员上车启动到两小时之时，会语音提示驾驶员休息。
（2）防瞌睡功能:通过驾驶员的动作来判断驾驶员的瞌睡程度，当驾驶员瞌睡低头时，倾斜开关启动，马达震动并且蜂鸣器报警以提示驾驶员使驾驶员清醒。
[版权所有：http://DOC163.com]
本课题主要完成基于51单片机和角度传感器的硬件系统设计，再在其硬件电路搭建上完成系统软件设计，最后进行功能测试，保证系统在电路板上正常工作。
四、本课题研究方法
实验法：通过对多个驾驶员的数次试验，了解多大程度的振感能使驾驶员马上清醒以防交通事故的发生。
文献调研法：利用国内外文献数据进行检索，对基于单片机的防瞌睡系统设计进行分析和研究。
观察分析法： 通过对人们精神状态的观察和分析，了解人们在开车时通常在什么时候什么状态下容易产生疲惫会打瞌睡。
五、研究目标、主要特色（创新）及工作进度
研究目标：本设计是采用单片机作为系统控制的核心元器件，电子陀螺仪作为动作识别模块，当驾驶员打瞌睡犯困头部发生倾斜时，单片机通过控制振动报警模块，提示司机不要疲劳驾驶，有效地避免了可能因疲劳驾驶而导致的事故。
主要特色：
（1）防瞌睡系统包含语音提示功能，当系统启动后，每隔两个小时会语音提醒驾驶员休息，提醒驾驶员不要长时间行车。
（2）采用角度传感器作为动作识别模块，能灵敏地对动作进行识别感应，灵敏度是可调节的。当人犯困时，头部发生倾斜，系统通过延时判断感应到后，会自动进行报警振动。 [来源：http://www.doc163.com]
（3）防瞌睡系统报警启动后，本设计不让它自动停止，系统会循环报警响声，振动持续，只有人为关闭电源、按下系统复位按键或者恢复姿态才会停止或者进入新的监控循环。即便恢复姿态之后，系统也有延迟5秒的振动报警。
（4）采用C语言进行程序的编写，C语言可以直接通过STC-ISP下载软件直接把程序拷到51单片机内，非常便于我们修改和调试。
工作进度：
序号 各阶段工作内容 起讫日期 备 注
1 教师下达选题申报表，开题报告和任务书，学生查找资料，撰写开题报告 2017.9.18-2017.9.29
2 按老师的指导意见修改并提交开题报告 2017.10.9-2017.10.20
3 对基于单片机的防瞌睡系统设计开展研究 2017.10.23-2017.11.3
4 从硬件电路设计和软件电路设计两方面设计，完成论文初稿 2017.11.6-2017.11.17
5 通过软硬件的调试来修改硬件电路和软件代码 2018.3.5-2018.3.16
[资料来源：http://www.doc163.com]
6 提交论文二稿，并按老师的指导意见进行修改 2018.3.19-2018.3.30
7 提交论文定稿，准备毕业答辩 2018.4.2-2018.4.13
六、参考文献（不能超过五年的文献，书籍除外）
[1] 程艳.谈汽车防疲劳驾驶技术[J].大众科技,2013,15(05):124-125.
[2] 装玉龙,王炜.道路交通事故成因及预防对策[M].北京:科学出版社,2004:1.
[3] 孙奇,李安,李成龙,李国霞,董利莹. 汽车防疲劳驾驶技术综述[J]. 科技展望,2016,(14):160.
[4] 刘康. 基于驾驶行为的疲劳状态检测方法研究[D].北方工业大学,2013.
[5] 王景利.汽车驾驶员防疲劳驾驶报警系统的设计[J].汽车实用技术,2016, (11): 87-89.
[6] 冯军,陈文波,杨民生,全秀英. 基于单片机的汽车防疲劳驾驶系统的研究[J]. 科技视界,2015,(09):18+20.
[7] 王瑞春.基于工作过程数字电子技术教程[M].西安电子科技大学出版社.2011.
[8] 李银华.电子线路设计指导[M].北京航空航天大学出版社.2005.
[9] 胡学海.单片机原理及应用系统设计[M].电子工业出版社.2005.
[10] 梅灿华.简明单片微计算机原理及应用(第2版)[M].合肥工业大学出版社.2014.
[版权所有：http://DOC163.com]
[11] 吴洪潭,肖艳萍,赵伟国.单片机原理及应用系统设计[M].国防工业出版社. 2013.
[12] 张毅刚,彭喜元.单片机原理与应用设计[M].电子工业出版社.2008.
[13] 阎石.数字电子技术基础(第5版)[M].高等教育出版社.2006.
[14] 邓丽敏,管声启,武永桥,柴彩彩.MPU6050信号接受与处理的研究与应用[J].内燃机与配件,2016(12):129-130.
[15] 陈汉宁,王永怀.一种新型蜂鸣器的设计[J].机电元件,2013,33(06):7-10.
[16] 张海洋.C语言程序设计实验教学改革研究[J].阴山学刊(自然科学版),2018,32(01):132-134.
[17] 叶俊杰.Altium Designer技术在PCB板设计中的应用研究[J].电子质量,2017(02):80-83.
[18] Dr A Amditis,A Polychronopoulos,Dr E Bekiaris of a Drivers Monitoring and Hypo-vigilance Warning System[C].France:IEEE Intelligent Vehicle Symposium,2002.
[资料来源：http://doc163.com]