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一种基于单片机的汽车安全驾驶系统

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摘要：本文介绍一种基于单片机有效保障汽车驾乘人员出行安全的系统，主要由“酒驾管家”“疲劳卫士”和“报警助手”等三个子系统组成。各子系统之间由STM32F103单片机开发板控制，实现协同运作。本系统从源头降低了道路车辆违法犯罪的可能性，并填补了网约车平台从一键报警到出警至事发点中间的空白期，能够更有效地给乘客提供人身安全保障。

关键词：单片机；驾驶系统；遇险报警

近来汽车尤其是网约车安全问题频发，大众对交通道路安全的信任感不断下降，对网约车行驶安全也产生了怀疑。为了降低交通事故发生的概率，让乘客在使用网约车出行时能得到人身安全的保障，我们基于单片机设计了一套安全行车系统。

本文介绍的单片机设计的汽车安全驾驶系统拥有三个子系统，分别为酒驾管家、疲劳卫士、报警助手。三个子系统协同工作，可达到对驾驶员危险驾驶行为的警示效果，并给乘客提供安全保障。对于驾驶员，本系统实现防酒驾与检测疲劳行驶功能的结合，并且在其基础功能上添加了键控警示报警功能；而对于网约车乘客，报警分为警示司机和呼叫援助两部分。报警助手使得乘客在网约车APP上一键报警或者联系家人的同时，在警察到达现场的这一段空白期内使用系统键控报警装置警示司机并向周围群众发出求救信号，利用群众力量将危险降到最低。

1、系统的具体功能：

（1）酒驾管家：系统将检测到的主驾驶区气体中的乙醇含量显示在显示屏上，并同时与系统中的内部标准值进行比较[1]。系统内部将酒精浓度分为三个等级：无酒驾、轻度酒驾及重度酒驾。当系统检测到驾驶员无酒驾行为时，允许汽车正常工作；当检测结果为酒驾时，系统给予相应的警告提示，轻度酒驾允许驾驶员行车但会限速；重度酒驾时，系统自动锁定汽车不得工作。

（2）疲劳卫士：防疲劳驾驶主要由传感器装置、报警装置和中央处理器三大元件组成。系统实时监测车辆在路面上的运动情况和行驶方向从而对处理器发送不同的信号，以此来判断驾驶员是否疲劳驾驶[2]。具体检测机制分为两种。一是当汽车的行驶路线突然出现微小的偏移时，传感器检测车辆与两侧车道线之间的位置关系，通过判决其相对距离的安全性，利用报警方式提示驾驶员修正驾驶行为。二是记录驾驶员连续驾驶时长，如果超过4小时，那么系统也会自动发出报警，提醒驾驶员休息。两种方法的结合可以有效杜绝疲劳驾驶导致的严重后果，提高了汽车驾驶的安全性。

（3）报警助手：系统中报警助手功能旨在更好地保障网约车乘客的安全。该模块分为两部分。当乘客觉察潜在危险时，按下一级警报按钮，警示灯闪烁，车内录像设备开启；当乘客察觉即将受到人身侵犯时，按下二级警报按钮，使得警示灯常亮，蜂鸣器报警，并制动汽车。此模块旨在警示危险源并向周围车辆或者行人发送求救信号，实现在警察赶来之前，利用群众力量使危情降到最低[3]。

2、系统模型的硬件设计：

电源模块采用12F/13.5V(储电能1094焦耳)的超级电容组为整个电路提供电力，通过电压转换模块将电压转化为3.3V、5V、12V进行多路输出向其他各个模块供电。系统整体由STM32F103作为“大脑”控制，该芯片具有极高的性能：主流的Cortex内核；丰富合理的外设[1][5]。在酒驾管家功能中，鉴于传感器的稳定性、灵敏度和抗腐蚀性[4]，酒精信号的采集采用的是MQ-3气体传感器，属于半导体型。该传感器实质是个可变电阻，在它两端加以固定的电压，随着所处环境酒精浓度的升高阻值将进行线性变化，从而将酒精浓度的含量转变为电压的变化。当酒精检测模块向单片机输入有效低电平信号时，STM32F103单片机控制LED矩阵和蜂鸣器发出警告信号，锁定汽车但不强制。此时按下按键A，蜂鸣器关闭，驾驶员可以启动汽车，但是单片机会控制电机限速。疲劳卫士功能中，车道偏移检测设备使用CJMCU-90393数字三维霍尔传感器[1]，实现非接触式的测量线性位移，角度偏移。而在安全助手功能中，视频信号采集设备是OV（OmniVision）公司生产的OV7725摄像头，是一颗1/4寸的CMOSVGA图像传感器；音频信号采集设备是美国ISD公司推出的ISD1820单段语音录放电路，其采用CMOS技术，内含振荡器，话筒前置放大，自动增益控制，防混淆滤波器，扬声器驱动及FLASH阵列。三个子系统的报警部分则通过单片机控制，统一由LED矩阵和蜂鸣器组成，实现声光报警功能。

3、系统的软件设计：

使用美国KeilSoftware公司出品、兼容单片机C语言软件开发环境Keil4软件进行单片机及外围设备的编程，软件编程主要采用C语言。其主要程序设计思路如下：

4、总结：

在普遍存在的酒驾、疲劳驾驶现象以及近来网约车安全问题的背景下，出于对乘客人身安全防护力度上的考虑和人们对更加可靠的出行方式的需求趋向，我们确立了该项目的研究方向和目标