司機瞌睡報警器電路的設計和實現

陳生暢，楊志發，孫思萌，李麗秀，何璞

（1.華南理工大學電子與信息學院，廣州，510641；2.華南理工大學物理與光電學院，廣州，510641）

當今社會機動車隨處可見，交通事故成為當今世界各國面臨的嚴重社會問題之一，其中疲勞駕駛最為普遍，據調查，我國48%的車禍是由駕駛員疲勞駕駛引起的，導致巨大經濟財產損失。解決這一問題，減少疲勞駕駛，迫在眉睫。為此，本文設計一款能夠判斷司機是否進入疲憊狀態的產品，從而能有效減少交通事故的隱患。

1 電路模型

司機瞌睡報警器電路由四個基本模塊組成：電源模塊，開關控制模塊，報警器模塊，功率放大模塊。其基本結構圖如圖1所示。

圖1 司機瞌睡報警器系統組成模塊圖

■1.1 電源模塊

采用兩個DC3V電源，提供電路所需工作電壓。

■1.2 開關控制模塊

設置總開關控制整個電路的工作狀態；利用水銀開關控制報警狀態。依靠水銀流動性來判斷司機頭部的動作幅度，一旦水銀同時接觸兩級，報警器電路接通，揚聲器發出警報聲。同時用兩個LED燈指示總開關和水銀開關的狀態，清晰掌握電路所處狀態。

■1.3 報警器模塊

該部分主要由音樂芯片KD9561及LM324構成，為保證其輸入的控制電壓穩定，在前端接入一個組成的電壓跟隨器。3V的電池供電電壓經過一個由LM324組成的電壓跟隨器[1]，電壓通過端口4穩定輸出到音樂芯片KD9561, 從而輸出相應的交流報警信號。

■1.4 功率放大模塊

功率放大電路中，用到的IC是LM386。為使電路盡可能簡單，提高可攜帶性，這里參考了LM386典型電路中外接元件最少的類型[2]。根據IC用戶手冊，其正常工作電壓范圍為4～12V，這里用到兩個3V電源串聯，滿足要求。電阻R6和電容C5可用于調整功率放大器的增益。電容C6起濾除噪聲的作用。R4和C3串聯，構成了校正網絡，用于補償相位。放大的音頻信號通過隔直電容C2加到揚聲器，輸出警報聲。

圖2 司機瞌睡報警系統電路原理圖

2 電路設計及實現

■2.1 電路設計

通過幾個模塊的組合，可以得到所設計的整個電路的原理圖，如圖2所示。

■2.2 電路仿真

在proteus仿真軟件上畫出總電路圖，同時進行電路仿真，仿真結果如圖3所示。

圖3 仿真結果圖

由圖可知輸出幅值測得為1.43V，電壓放大倍數約為18倍，所模擬音樂芯片產生的波形經功率放大后能夠無失真地放大信號，且調節RP可改變報警音量。仿真結果表明，設計的功率放大模塊具有信號放大作用，同時報警電路可達到預期效果，。

■2.3 電路實物制作

電路實物完整的實現步驟為：

①采用ARES制版圖軟件進行PCB布線[3]，線路采用單面板實現，選用的各元器件的參數及型號見圖2；

②熱轉印：將設計好的PCB布板圖打印在熱轉印紙上，并通過熱轉印的方法，將圖形轉移到覆銅板上；

③腐蝕：轉印好的電路圖干了之后，將覆銅板放入腐蝕液中，腐蝕20分鐘左右，將板拿出，并將覆蓋在線路上的油墨搽洗干凈，并在線路上涂上松香水；

④元件檢測：通過對應的方法將所有選用的元器件進行檢查，以排除其誤差過大或壞了對電路產生的影響；

⑤電路焊接安裝：將檢測好的元器件根據布板圖，焊接到對應元件位置；

⑥電路調試：在輸入端輸入兩個3V的直流電，在輸出端對實物電路結果進行測試。

■2.4 電路調試結果

通過前面的制作過程，得到完整實物電路，并對其調試，調試過程主要是對于報警信號音量、音質進行優化。音量大小通過調節電位器RP，調試過程發現當增加R3后報警信號噪聲減少，避免音量調節過大時報警信號失真嚴重；通過調節C2大小及其他相關濾波電容、電阻使得報警信號濾去雜波，改善音質。調試結果表明：所設計的司機防瞌睡報警器靈敏度高，當開關傾斜角度大于40°時即可快速報警，其報警音量大小可調且報警器信號失真小。

3 結束語

本設計出包括電源模塊、開關控制模塊、報警器信號產生模塊及功率放大模塊的司機瞌睡報警系統。電路仿真結果表明，電路基本能夠實現所預期的功能，水銀開關閉合時，電路能夠準確地產生方波波形，發出警報聲。同時通過實物制作及調試，實驗結果表明，當開關旋轉大于40°時，會產生警報聲，與預期的設計相符。所設計的電路簡單，實物小巧，方便攜帶，且能夠準確地實現所需要的功能，具有極大的實用價值。

參考文獻:

* [1]楊素行，模擬電子技術基礎簡明教程第三版[M]，北京：清華大學出版社，2006

* [2]童詩白, 華成英,模擬電子技術基礎（第四版）[M]，北京：高等教育出版社,2007

* [3]杜剛，電路板設計與制作[M]，北京：清華大學出版社，2010