基于FPGA的疲劳驾驶检测系统

信息反馈给驾驶员，最直观的方式就是图表和数字。对于车载的显示屏，综合考虑车上的空间和能让驾驶员能清晰的看见显示屏上的数据等因素，我们选用5寸的TFT-LCD显示屏。同时为了让驾驶员能方便的对检测仪进行操控，我们选择便捷的LCD触摸屏方案来实现人机交互。

TFT-LCD触摸屏模块包括TFT-LCD控制器（包括触摸屏控制器）、TFT-LCD显示屏、触摸屏三个部分。当检测到触摸屏上某一点被按下时，TFT-LCD控制器会记下触点的X和Y的坐标，同时向MCU发送一个中断的请求，接收到中断的请求后，MCU会读取存储的坐标值和触点所包含的控制信息。接收到这些信息后并进行处理后，MCU会通过控制TFT-LCD控制器来控制LCD显示屏显示信息。TFT-LCD模块的结构框图如下图所示：

图 2-4 TFT-LCD显示模块框图

TFT-LCD控制器我们选用RA8870, RA8870是一个文字与绘图模式的液晶显示（TFT-LCD）控制器，可结合文字或2D 图形应用。RA8870内建内存能4K 色320*240 双图层显示。

RA8870还包括一些强大的图形处理功能，如画面旋转功能、卷动功能、图形Pattern、双层混合显示和文字放大等等，这些功能将可节省用户在中小尺寸TFT 屏应用的开发时间，并且提升MCU 软件的执行效率。

RA8870内建一组10位ADC和控制电路，以连接四线或五线电阻式的触摸屏。触摸屏控制器的工作模式我们选用自动模式中的外部中断。只要开启触摸屏，选择自动模式与开启触摸屏中断功能，当硬件中断发生或寄存器，代表RA8870 已经将用户"Touch"到触摸屏的坐标存在寄存器中了。为了准确的检测到触摸，控制器采用延迟一段取样时间的方式來等待信号变稳定，避免触摸屏被接触的瞬间信号还不稳定。

2.5语音报警模块

驾驶员进入疲劳状态时，对外界的反应很差，注意力不集中，不一定能看见显示屏上的图标和文字提醒，这时要想提醒驾驶员安全驾驶，把驾驶员唤醒，必须用大音量醒目的声音来刺激驾驶员，使驾驶员恢复清醒，所以必须使用语音芯片进行语音警告。

我们选用是WTV040系列语音芯片，它是一款一次性编程语音芯片。工作电压为DC2.5～3.6V，省电模式时耗电 2uA，在省电模式下，芯片上电后1秒钟或者语音停止播放后1秒自动休眠。当语音为6K采样频率时，存储的语音长度可达到40秒，音频输出为PWM或DAC模式，PWM模式输出时可以直接推动0.5W/8Ω的扬声器，DAC模式输出需要外接功放来驱动扬声器。图 2-5基于三串口模式的芯片应用电路。

图 2-5 WTV040语音芯片应用电路

2.6SD卡模块

SD存储卡被广泛地应用于便携式产品中，由于具有体积小、记忆容量高、数据传输率快、移动灵活性好以及安全性高等特点，成为嵌人式设备中最常见的存储媒介。本系统利用SD卡作为存储设备，存储检测的波形，方便历史记录的查看。

SD卡有两个可选的通讯协议：SD模式和SPI模式。SD模式是SD卡标准的读写方式，但是在选用SD模式时，往往需要选择带有SD卡控制器接口的MCU，或者必须加入额外的SD卡控制单元以支持SD卡的读写。在SD卡数据读写时间要求不是很严格的情况下，选用SPI模式可以说是一种最佳的解决方案。因为在SPI模式下，通过四条线就可以完成所有的数据交换，并且目前市场上很多MCU都集成有现成的SPI接口电路，采用SPI模式对SD卡进行读写操作可大大简化硬件电路的设计。

SD卡提供9Pin的引脚接口便于外围电路对其进行操作，9Pin的引脚随工作模式的不同有所差异。在SPI模式下，引脚1(DAT3)作为SPl片选线CS用，引脚2(CMD)用作SPI总线的数据输出线MOSI，而引脚7(DAl．0)为数据输入线MlSO，引脚5用作时钟线(CLK)。除电源和地，保留引脚可悬空。

图 2-6 SD卡接口电路

2.7电源模块

如果使用家用车供电，那么便会使得导线外接，不仅不美观，减短使用寿命，还会对驾驶员得驾驶造成影响，我们采用方形的3.7V锂电池供电。

由于系统内部的不同模块需要不同的电压供电，锂电池的3.7V输出不能满足供电需要，所需要升压和降压电路来满足不同原件的供电需求。FPGA工作电压为3.3V；语音芯片够做电压为3.3V；TFT显示屏工作电压为5.0V。

图 2-7 电源模块框图

其中充电管理芯片使用BQ2057，该芯片的充电器外围电路及其简单，非常适合便携式电子产品的紧凑设计需要。BQ2057可以动态补偿锂电池组的内阻以减少充电时间；内部集成的恒压恒流器带有高/低边电流感测和可编程充电电流，充电状态识别可由输出的LED指示灯或与主控器接口实现，具有自动重新充电、最小电流终止充电、低功耗睡眠等特性。应用电路如下：

图 2-8 BQ2057应用电路

如图 2-9，通