车辆多功能安全系统

摘 要 汽车的出现改变了人类的出行方式，提高了生活的质量和效率，但也带来了很多防盗和安全驾驶方面的问题。本作品针对上述问题进行了全面综合性地设计与开发，采取人体红外感应装置、语音识别器、机载无线通信设备和摄像头等多重防盗装置，以HT66F50单片机提供核心支持。防盗子系统由红外感应装置、语音识别器、机载无线通信模块和摄像头构成；安全驾驶子系统由酒精检测装置和超声波防困驾装置组成。本产品通过HT66F50单片机与子系统模块的组合，同时解决了汽车防盗和防止不安全驾驶的问题，具有创新性与实用性，未来的市场推广前景不容小觑。

关键词 汽车安全；不安全驾驶行为；汽车防盗；单片机技术

中图分类号：U461.91 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）042-029-02

根据中国国家统计局的数据称，2012年底全国汽车保有量已达1.2亿，居世界第二，然而与汽车保有量增长不相符的事故率和汽车盗窃案件率却为汽车制造和道路交通的发展蒙上阴影。据统计，多数道路交通事故是由于驾驶员的不安全驾驶行为如酒驾、困驾引起。本作品通过危险气体报警装置检测驾驶员是否酒后驾驶而终止车辆启动；通过超声波装置检测驾驶员是否在睡眠不足和身体疲乏的状态下行车而及时发出警报，提醒驾驶员停车休息，从源头上控制了驾驶员的不安全驾驶行为，不让驾驶员存有侥幸心理，为自己和他人的生命负责。除了帮助驾驶员安全行车外，本作品还在汽车防盗方面进行了大胆的尝试，通过语音识别来确认是否是车主本人，并且在发生盗窃案件时，通过摄像头记录犯罪嫌疑人的相貌信息，为案件的侦破留下线索。

通过自备式电源为人体红外感应装置和语音识别器供电，确认是车主本人后启动车辆，当危险气体报警装置检测到车内存在乙醇气体时，将中断车辆启动；在行车过程中，当超声波装置发现驾驶员疲劳驾驶时，将发出警报，提醒驾驶员停车休息。若驾驶员语音识别失败，则开启摄像头对车内情况进行3分钟的录像，同时通过GSM模块发送短信给指定手机，将车辆可能被盗的信息发送出去。并且在行车过程中，系统还可以根据用户所发出的“打电话”语音信息和指定的联系人自动拨号进行通话。

1 工作原理

1.1 系统综合控制

有效合理利用主控芯片来协调各个子系统的正常工作，实现数据采集，数据传输，数据处理。本产品分为安全防盗子系统和安全行车子系统，工作时时间上相互独立，互不影响，提高了处理速度，并且及时关闭不工作的模块，避免造成资源的浪费。

1. 2 开启安全防盗子系统

人体红外感应装置负责接收有无人员就坐的信息，并传递给主控芯片，决定是否开启语音识别系统。当语音识别系统开启时，采集声音信号，分析处理，将识别结果发送给单片机。

1.3 防盗措施

语音识别失败即认定出现失窃风险，则通过图像采集系统得到窃贼的信息并保存，为日后破案提供线索。同时主控芯片控制无线通信模块给车主手机发送短信，第一时间通知车主，帮助尽快寻回失窃车辆。

1.4 防止酒驾

通过酒精监测系统，发现车主出现酒驾行为时，禁止车辆启动，保证车主行车时无酒驾行为，提高行车安全。

1.5 防止疲劳驾驶

科学检测车主是否有困驾行为，发现困驾行为时采取有效措施提醒车主纠正驾车行为，防止交通事故的发生。

1.6 行车语音拨号

行车过程中若驾驶员有通话需求，可通过语音指令控制无线通信模块进行拨号，有效避免了驾驶员行车过程中使用手机分散注意力而造成的安全隐患。

2 作品结构

技术路线：

车辆多功能安全系统分别由安全防盗子系统和安全行车子系统构成。防盗子系统负责识别车主身份并承担识别失败后作出应急处理，安全行车子系统控制正常行车过程中的危险规避。车辆多功能安全系统以嵌入式系统为核心开发，搭载的传感器包括人体红外感应模块、酒精检测模块、语音识别模块、话筒、摄像头、无线通信模块等，各传感器将采集的信息传输给单片机统一处理。

2.1 HT66F50主控芯片

HT66F50主控芯片以8位精简指令单片机为主体，搭配Flash程序存储器，数据存储器，EEPROM，特殊功能寄存器，输入/输出端口，IIC串行接口模块，定时器模块，中断控制电路，多通道模拟-数字转换器，比较器，LCD接口与看门狗定时器等。其中数据存储器宽度为8位。系统有两个芯片构成，主控芯片负责安全防盗子系统，次要芯片与安全行车子系统相连，主控芯片I/O口与语音识别模块、红外感应模块、GSM无线传输模块、图像采集模块连接，负责协调各模块工作，次要芯片与酒精检测模块、超声测距模块连接，并负责向主控模块传输信息。

2.2 安全防盗子系统

安全防盗子系统由红外感应模块、语音识别模块、图像采集模块和GSM无线信息传输模块构成。驾驶员就坐确认由LHI778人体红外感应探头实现，语音识别功能由LD3320非特定人声语音识别芯片实现，驾驶位图像信息采集使用OV7670图像传感器实现，无线信息传输通过华为GTM900C模块实现。

红外感应模块用于检测车内是否有人，需要在未发动前进行自备式供电，当接收到人体接近的信号时，通过主控芯片控制开启语音识别模块。当检测到周围无人时，在5分钟后将模块重置，进入检测模式，开始待机工作，此时即认为达到目的地。

语音识别模块开启后提示驾驶员说出正确口令，通过外置麦克风接收信号，之后将处理结果送回到HT66F50主控芯片。若识别成功，开启安全行车子系统；若识别三次失败，开启图像采集模块和GSM无线信息传输模块并且通过继电器关闭电瓶开关。

图像采集模块安装在驾驶员头顶上方的遮阳板上，当语音识别模块经过识别确认识别失败后，图像采集模块启动，拍摄驾驶员视频信息，并且保存到储存卡中，此过程进行3分钟，之后关闭。

无线传输模块主要用来传输提醒车主车辆可能被盗的信息，一旦语音识别三次失败，主控芯片会根据语音识别模块的信息使GSM无线通信模块向特定目标手机发送短信，告知车辆有失窃风险。

2.3 安全行车子系统

安全行车子系统由酒精检测模块，超声波测距模块和语音识别模块构成。语音拨号由LD3320非特定人声语音识别芯片实现，酒精监测由ZYMQ-3气体传感器实现，超声波测距由HC-SR04超声波模块实现。当语音识别成功后，开启安全行车子系统。

酒精监测模块安装在方向盘上，当检测到有酒精气体达到一定浓度后，向HT66F50主控芯片传送信息，通过继电器断开汽车电瓶，使汽车无法继续行驶，并且发出报警提示，保护驾驶员及乘客的安全。

超声波测距模块置于驾驶位置头枕上，检测驾驶员颈部与头枕之间的距离，当检测到驾驶员头部与头枕距离大于一定间距连续超过2s时，提示报警，提示驾驶员不适合继续行车，应当适当休息。当车辆停止时模块停止工作。

语音通信功能由语音识别模块捕捉“打电话”命令，届时需要说出芯片中内置的通讯录中的人名，经语音识别就可向其拨号，无需使用双手，保证驾驶安全。

3 测试方式

1）本作品通过红外感应激活系统，驾驶员就坐后，系统开启语音识别模块提示驾驶者说出正确口令。

2）如果口令正确，车辆可以正常启动，并且系统会在行车同时会检测驾驶员是否饮酒，疲劳驾驶，而且可以帮助实现语音拨号功能，保障行车安全。

3）如果口令错误3次以上，汽车电瓶断开，图像采集系统激活，并且发送短信通知车主，帮助及时找到盗窃者与被盗车辆。

4）语音识别时尽量不要多人一起说话，否则易产生误判。

4 操作方式、使用手册

1）驾驶员应提前设置好正确的语音口令与联系人电话，进入车后根据提示说出指令，启动汽车。

2）行车过程中，为防止交通事故，驾驶员可以通过语音口令来给联系人打电话。

3）请勿饮酒驾车，系统检测到酒精含量超标后会断开汽车电瓶，车辆无法启动。

4）行车过程中若驾驶员疲劳驾驶，系统会语音提示驾驶员注意行车安全。

5）若车辆被盗，驾驶员会收到车辆被盗的短信，可以根据车上的GSM模块定位汽车，找到汽车后可以根据车内图像采集模块中的信息帮助公安机关抓获盗窃者。

5 作品创新性与实用性

1）通过HT66F50单片机与相关模块的组合，同时解决汽车防盗和防止不安全驾驶的问题，具有实用化前景。

2）综合微电子、计算机软件和人体红外感应等目前国内外最为先进的技术进行防盗，防盗性能较机械模式有极大的提升。而且兼具收集盗窃证据的功能，为盗窃车辆案件的破获提供线索。

3）本产品的防止不安全驾驶功能可以同时对驾驶员酒驾和疲劳驾驶行为进行探测和警报。率先尝试通过超声波模块防止困驾，并且为了提高探测的精度，减少错警报和漏警报，根据人体力学和测量学对数据进行了分析，考虑到驾驶员操作习惯和某些特殊情境下装置的运行，将其运用于产品设计中，使产品更具适用性和实用性。

4）在应用前景方面，如果本产品能够普及，就可以在指定区域内形成网络，网络内的每一辆汽车都置于强大的网络保护和监控之中，一旦出现盗窃事件，即可运用网络内部信息的传递追踪被盗车辆，将罪犯绳之以法；而如果某辆车出现不安全事故，也能及时通过网络进行阻止或随时提防有人员伤亡的情况的发生，快速反应。

参考文献

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