陳生暢，楊志發(fā)，孫思萌，李麗秀，何璞

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

當(dāng)今社會(huì)機(jī)動(dòng)車隨處可見，交通事故成為當(dāng)今世界各國面臨的嚴(yán)重社會(huì)問題之一，其中疲勞駕駛最為普遍，據(jù)調(diào)查，我國48%的車禍?zhǔn)怯神{駛員疲勞駕駛引起的，導(dǎo)致巨大經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失。解決這一問題，減少疲勞駕駛，迫在眉睫。為此，本文設(shè)計(jì)一款能夠判斷司機(jī)是否進(jìn)入疲憊狀態(tài)的產(chǎn)品，從而能有效減少交通事故的隱患。

1 電路模型

司機(jī)瞌睡報(bào)警器電路由四個(gè)基本模塊組成：電源模塊，開關(guān)控制模塊，報(bào)警器模塊，功率放大模塊。其基本結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 司機(jī)瞌睡報(bào)警器系統(tǒng)組成模塊圖

■1.1 電源模塊

采用兩個(gè)DC3V電源，提供電路所需工作電壓。

■1.2 開關(guān)控制模塊

設(shè)置總開關(guān)控制整個(gè)電路的工作狀態(tài)；利用水銀開關(guān)控制報(bào)警狀態(tài)。依靠水銀流動(dòng)性來判斷司機(jī)頭部的動(dòng)作幅度，一旦水銀同時(shí)接觸兩級(jí)，報(bào)警器電路接通，揚(yáng)聲器發(fā)出警報(bào)聲。同時(shí)用兩個(gè)LED燈指示總開關(guān)和水銀開關(guān)的狀態(tài)，清晰掌握電路所處狀態(tài)。

■1.3 報(bào)警器模塊

該部分主要由音樂芯片KD9561及LM324構(gòu)成，為保證其輸入的控制電壓穩(wěn)定，在前端接入一個(gè)組成的電壓跟隨器。3V的電池供電電壓經(jīng)過一個(gè)由LM324組成的電壓跟隨器[1]，電壓通過端口4穩(wěn)定輸出到音樂芯片KD9561, 從而輸出相應(yīng)的交流報(bào)警信號(hào)。

■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(jù)IC用戶手冊(cè)，其正常工作電壓范圍為4～12V，這里用到兩個(gè)3V電源串聯(lián)，滿足要求。電阻R6和電容C5可用于調(diào)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(lián)，構(gòu)成了校正網(wǎng)絡(luò)，用于補(bǔ)償相位。放大的音頻信號(hào)通過隔直電容C2加到揚(yáng)聲器，輸出警報(bào)聲。

圖2 司機(jī)瞌睡報(bào)警系統(tǒng)電路原理圖

2 電路設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

■2.1 電路設(shè)計(jì)

通過幾個(gè)模塊的組合，可以得到所設(shè)計(jì)的整個(gè)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(shí)進(jìn)行電路仿真，仿真結(jié)果如圖3所示。

圖3 仿真結(jié)果圖

由圖可知輸出幅值測(cè)得為1.43V，電壓放大倍數(shù)約為18倍，所模擬音樂芯片產(chǎn)生的波形經(jīng)功率放大后能夠無失真地放大信號(hào)，且調(diào)節(jié)RP可改變報(bào)警音量。仿真結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的功率放大模塊具有信號(hào)放大作用，同時(shí)報(bào)警電路可達(dá)到預(yù)期效果，。

■2.3 電路實(shí)物制作

電路實(shí)物完整的實(shí)現(xiàn)步驟為：

①采用ARES制版圖軟件進(jìn)行PCB布線[3]，線路采用單面板實(shí)現(xiàn)，選用的各元器件的參數(shù)及型號(hào)見圖2；

②熱轉(zhuǎn)印：將設(shè)計(jì)好的PCB布板圖打印在熱轉(zhuǎn)印紙上，并通過熱轉(zhuǎn)印的方法，將圖形轉(zhuǎn)移到覆銅板上；

③腐蝕：轉(zhuǎn)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(cè)：通過對(duì)應(yīng)的方法將所有選用的元器件進(jìn)行檢查，以排除其誤差過大或壞了對(duì)電路產(chǎn)生的影響；

⑤電路焊接安裝：將檢測(cè)好的元器件根據(jù)布板圖，焊接到對(duì)應(yīng)元件位置；

⑥電路調(diào)試：在輸入端輸入兩個(gè)3V的直流電，在輸出端對(duì)實(shí)物電路結(jié)果進(jìn)行測(cè)試。

■2.4 電路調(diào)試結(jié)果

通過前面的制作過程，得到完整實(shí)物電路，并對(duì)其調(diào)試，調(diào)試過程主要是對(duì)于報(bào)警信號(hào)音量、音質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化。音量大小通過調(diào)節(jié)電位器RP，調(diào)試過程發(fā)現(xiàn)當(dāng)增加R3后報(bào)警信號(hào)噪聲減少，避免音量調(diào)節(jié)過大時(shí)報(bào)警信號(hào)失真嚴(yán)重；通過調(diào)節(jié)C2大小及其他相關(guān)濾波電容、電阻使得報(bào)警信號(hào)濾去雜波，改善音質(zhì)。調(diào)試結(jié)果表明：所設(shè)計(jì)的司機(jī)防瞌睡報(bào)警器靈敏度高，當(dāng)開關(guān)傾斜角度大于40°時(shí)即可快速報(bào)警，其報(bào)警音量大小可調(diào)且報(bào)警器信號(hào)失真小。

3 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)出包括電源模塊、開關(guān)控制模塊、報(bào)警器信號(hào)產(chǎn)生模塊及功率放大模塊的司機(jī)瞌睡報(bào)警系統(tǒng)。電路仿真結(jié)果表明，電路基本能夠?qū)崿F(xiàn)所預(yù)期的功能，水銀開關(guān)閉合時(shí)，電路能夠準(zhǔn)確地產(chǎn)生方波波形，發(fā)出警報(bào)聲。同時(shí)通過實(shí)物制作及調(diào)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)開關(guān)旋轉(zhuǎn)大于40°時(shí)，會(huì)產(chǎn)生警報(bào)聲，與預(yù)期的設(shè)計(jì)相符。所設(shè)計(jì)的電路簡單，實(shí)物小巧，方便攜帶，且能夠準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)所需要的功能，具有極大的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn):

* [1]楊素行，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程第三版[M]，北京：清華大學(xué)出版社，2006

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

* [3]杜剛，電路板設(shè)計(jì)與制作[M]，北京：清華大學(xué)出版社，2010