基于Arduino的驾驶员嗜睡检测和警报系统设计

　　由于交通量的巨大增加，道路事故成为人们关注的问题。事故的主要原因是由于夜间司机的困倦。疲劳和嗜睡是高速公路上重大事故的一些主要原因。解决此问题的唯一方法是检测困倦并提醒驾驶员。

　　因此，在这个项目中，我们考虑使用 Arduino Nano、眨眼传感器和射频收发器模块为驾驶员构建驾驶员 嗜睡检测和警报系统。该系统的基本目的是使用眨眼传感器跟踪驾驶员的眼球运动，如果驾驶员感到困倦，则系统将使用响亮的蜂鸣器警报触发警告消息。

　　构建困倦探测器所需的材料

　　Arduino纳米

　　眨眼传感器

　　射频收发模块

　　HD12E & HD12D 集成电路

　　蜂鸣器

　　9V电池

　　12V直流电源

　　眨眼传感器

　　眨眼传感器用于检测眨眼，使用它我们还可以检测驾驶员在驾驶时的嗜睡等活动。它基于红外 LED 技术工作。它包含一个红外发射器和一个接收器 LED，用于检测眨眼。简单红外传感器的工作原理如下图所示：

　　如上图所示，红外传感器由两个元件组成：作为源的红外发射器和作为接收器的红外接收器。红外源包括 IR LED，红外检测器包括光电二极管。红外源发射的能量被物体反射并回落到红外探测器上。当 IR LED 发出的光落在接收器上时，光电二极管的电阻会显着下降。该光接收器与电位器相连，形成分压电路，当检测到闪烁活动时，该电路会提供可变的模拟输出。

　　当入射辐射更多地作用在光电二极管上时，串联电阻器/电位器上的电压降会很高。在只是运算放大器或 运算放大器的比较器 IC 中，比较参考模拟电压和实际输出电压。如果电阻串联到光电二极管的电压大于参考电压，则比较器的输出为高电平，否则为低电平。由于比较器的输出连接到 LED，因此当传感器检测到某些活动（例如眨眼）时，它会发光。可以根据环境条件通过调节电位器来调节阈值电压。

　　眨眼传感器技术规格

　　工作电压：5V DC

　　输出：TTL（5V/0V）

　　用于连接的板载 3 针接头

　　红外线技术

　　433 MHz 射频收发器模块

　　RF 代表射频。相应的频率范围在 30 kHz 和 300 GHz 之间变化。这里我们使用的是 433 MHz 射频收发器模块。该 射频模块 包括一个 433 MHz射频发射器 和射频接收器。发射器/接收器 （Tx/Rx） 对的工作频率为 433 MHz。射频发射器接收串行数据并通过其天线通过射频无线传输。发射的数据由工作在与发射器相同频率的射频接收器接收。

　　射频发射器

　　RF 发射器模块使用幅移键控（ASK），工作频率为 433MHz。发射器模块接受串行数据输入并通过射频传输该信号。然后，接收器模块以无线方式接收传输的信号。

　　接地：发射机接地。连接到地平面

　　数据：串行数据输入引脚

　　VCC：电源电压；5V

　　ANT：天线输出引脚

　　射频接收器

　　RF 接收器模块接收数据并将其发送到数据 OUTPUT 引脚。微控制器可以对输出数据进行解码以进行进一步操作。

　　接地：接收器接地。连接到地平面

　　数据：串行数据输出引脚

　　VCC：电源电压；5V

　　ANT：天线输出引脚

　　驾驶员睡意检测器电路图

　　驾驶员睡意检测器由射频发射器和接收器部分组成。发射器部分由一个射频发射器和眨眼传感器组成，接收器端使用带有射频接收器的 Arduino Uno 进行数据处理。我们之前使用与 Arduino 相同的 433 MHz 射频模块来构建项目，如 Arduino RC 船、手势控制机器人等。发射器和接收器部分的电路图如下所示。

　　发射端

　　如图所示，首先将 9V DC 电池使用 7805 稳压器降压至 5V DC，然后将 5V DC 电源提供给 Eye Blink Sensor 和 RF Transmitter。眨眼传感器的输出引脚被馈送到射频发射器，以将其无线传输到接收器端。

　　接收端

　　如图所示，在接收器端，RF 接收器连接到 Arduino 的 5V DC 电源。Arduino 由外部 12V 直流电源供电。RF 接收器的输出被馈送到 Arduino 模拟引脚。如图所示，蜂鸣器连接到 Arduino 的数字引脚。

为嗜睡检测编程 Arduino Nano

在发送端和接收端都成功连接硬件后，现在是时候将代码上传到连接到接收端的 Arduino Nano。此完整代码在文档末尾给出。首先，让我们逐步理解下面的代码：

首先，需要声明所需的变量，如下所示。

 

整数标志=0；
诠释 t1=0;
诠释 t2=0;

 

在Setup()中，进行了所有初始化，包括串行端口初始化和引脚声明，如下所示。

 

无效设置（）{
  序列号.开始（9600）；
  pinMode（2，输出）；
}

 

RF 接收器的串行数据输出从模拟引脚A0读取并存储在变量中，如图所示。要检查参考值，我们可以使用串行监视器查看它。

 

 int x=analogRead(A0);
  序列号.println(x);

 

确定参考值后，编写 if-else 语句来检测睡意。如下代码所示，millis()函数用于了解眨眼发生的持续时间。如果它大于该值，则它会发出蜂鸣声以提醒驾驶员。在我们的例子中，持续时间为 1000 毫秒或 1 秒。

 

如果（x<400 && 标志==0）{
    标志=1；
    t1=毫秒（）；
}
否则如果（x>400 && 标志==1）{
    标志=0；
    t2=毫秒（）；
    序列号.println(t2-t1);
    如果（（t2-t1）>1000）{
        数字写入（2，高）；
        Serial.println("警报！！！！！！！！！！！！！！！！！！");
        延迟（2000）；
        数字写入（2，低）；
    }
    别的;
  }
}

 

　　嗜睡检测仪测试

　　将程序成功上传到 Arduino 后，现在是时候测试其工作了。首先打开发射器和接收器两侧的电源。确保两端都通电。戴上带有眨眼传感器的太阳镜并尝试正常眨眼，传感器上应该有一个 LED 发光。如果不是，则尝试改变电位器以改变灵敏度，直到它成功检测到眨眼。检测成功后，通过延迟闪烁来尝试睡意，它应该通过蜂鸣器发出哔哔声。

　　代码

　　整数标志=0；

 

诠释 t1=0;
诠释 t2=0;
无效设置（）
{
  序列号.开始（9600）；
  pinMode（2，输出）；

}
无效循环（）
{
  int x=analogRead(A0);
  //Serial.println(x);

    如果（x<400 && 标志==0）
  {
    标志=1；
    t1=毫秒（）；
  }
  否则如果（x>400 && 标志==1）
  {
    标志=0；
    t2=毫秒（）；
    序列号.println(t2-t1);
    如果（（t2-t1）>1000）
    {
      数字写入（2，高）；
      Serial.println("Alert2！！！！！！！！！！！！！！！");
      延迟（2000）；
      数字写入（2，低）；
    }
    别的;
  }
}