汽車駕駛員防疲勞駕駛報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王景利

（德州學(xué)院汽車工程學(xué)院，山東 德州 253000）

汽車駕駛員防疲勞駕駛報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王景利

（德州學(xué)院汽車工程學(xué)院，山東 德州 253000）

疲勞駕駛是誘發(fā)交通事故的重要原因之一，每年的交通事故中疲勞駕駛占重要的比重。為了減少因疲勞駕駛引起的特大惡性交通事故，設(shè)計(jì)了一套預(yù)防駕駛員疲勞的自動報(bào)警系統(tǒng)，利用攝像頭對駕駛員的眼部區(qū)域和臉部圖像信息進(jìn)行采集，并經(jīng)過圖像進(jìn)行處理，從而獲取駕駛員疲勞狀態(tài)并響應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號，該系統(tǒng)很好的保證了其性能，提高系統(tǒng)判定定的準(zhǔn)確率。

疲勞駕駛；報(bào)警系統(tǒng)；系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.11.032

CLC NO.: U463.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)11-87-03

引言

據(jù)研究報(bào)告顯示，每年的死亡人數(shù)中有百分之二點(diǎn)二是道路交通事故導(dǎo)致的，而這其中百分之五十七的災(zāi)難性事故與駕駛員疲勞駕駛有關(guān)。駕駛疲勞通常是指駕駛?cè)嗽谝欢ㄩL的時(shí)間內(nèi)長時(shí)間行車后，產(chǎn)生疲倦、四肢僵硬、麻木、判斷能力下降，出現(xiàn)動作遲誤或過早轉(zhuǎn)動方向盤的現(xiàn)象[1]。在當(dāng)今人們生活節(jié)奏的加快使得駕駛員得不到充分的休息。據(jù)研究，近幾年疲勞駕駛是誘發(fā)交通事故發(fā)生的重要的原因之一[2]。因此，研發(fā)汽車防疲勞駕駛系統(tǒng)技術(shù)來預(yù)防駕駛員疲勞駕駛是非常有實(shí)用意義的。

1、方案設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)方案

首先用攝像頭采集出駕駛員眼部和駕駛員的臉部和眼部區(qū)域的信息，然后在眼部區(qū)域中分析眼睛特征，并根據(jù)眼部運(yùn)動的圖像特點(diǎn),采用圖像信息的跟蹤方法對眼部信息進(jìn)行跟蹤，進(jìn)一步提高駕駛員眼部區(qū)域的檢測準(zhǔn)確度，最后根據(jù)系統(tǒng)檢測出駕駛員眼睛的閉合時(shí)間的快慢和眨眼的頻率等信息來判斷駕駛員是否處于疲勞駕駛的狀態(tài)。當(dāng)汽車駕駛員沒有處于疲勞狀態(tài)時(shí)，該報(bào)警系統(tǒng)將會自動休眠，十五分鐘以后，系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位，并重新開始新的檢測。

圖1　系統(tǒng)方案流程圖

1.2工作原理

當(dāng)駕駛員將汽車起動后，車輛有一定的速度后，報(bào)警系統(tǒng)的攝像頭啟動。將會獲取駕駛員的臉、眼的區(qū)域信息，然后進(jìn)行圖像信息的處理，并將處理后的信息輸進(jìn)行車電腦中。ECU會將輸入的信息做識別、整合處理，然后，電腦將處理后的信號輸出到報(bào)警裝置。如果駕駛員有疲勞駕駛的行為，則就會指示報(bào)警系統(tǒng)就會進(jìn)行燈光閃爍并且蜂鳴聲想起提醒駕駛員存在疲勞駕駛的風(fēng)險(xiǎn)。提醒駕駛員采取相應(yīng)措施避免疲勞駕駛。

2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)

2.1硬件結(jié)構(gòu)

圖2　系統(tǒng)硬件原理圖

疲勞監(jiān)測系統(tǒng)的硬件由三個(gè)電路部分組成。攝像頭，DSP系統(tǒng)板和音視頻壓縮板。攝像頭輸出駕駛員的眼部和臉部區(qū)域信息等標(biāo)準(zhǔn)視頻信號。DSP系統(tǒng)板包括DSP系統(tǒng)電路、CPLD譯碼電路以及存儲器擴(kuò)展電路和網(wǎng)絡(luò)通信接口電路。音視頻壓縮板則包括視頻采集電路，電源模塊和異步串行通信電路以及音頻編解碼電路。而疲勞監(jiān)測系統(tǒng)的外部接口有多個(gè)電源輸入接口，包括音頻輸入輸出接口和網(wǎng)絡(luò)通信接口以及報(bào)警輸出接口。DSP系統(tǒng)電路包括存儲器擴(kuò)展和DSP括配置以及時(shí)鐘的電路。這其中DSP系統(tǒng)為該報(bào)警系統(tǒng)的最重要控制部分。主要完成駕駛員眼部區(qū)域信息的判斷和識別、疲勞判斷和視頻編碼以及網(wǎng)絡(luò)傳輸控制等各項(xiàng)任務(wù)。網(wǎng)絡(luò)接口部分則由以太網(wǎng)控制器組成，提供自適應(yīng)以太網(wǎng)接口。CPLD譯碼電路為FLASH提供分頁和片選信號為UART的兩個(gè)通道提供片選信號，為ESAM模塊提供數(shù)據(jù)的輸入及輸出通道和復(fù)位信號。視頻解碼器將轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。異步串行接口芯片為TL16C550C，提供RS—48接口，用來控制解碼器或其它配套監(jiān)控設(shè)備。電源模塊輸入為12伏的電壓，其中12伏電壓給攝像頭提供電壓，電壓經(jīng)過處理、降壓后得到5伏、3伏和1.4伏的電壓，其中一點(diǎn)四伏的電壓給DSP和其它電路提供電壓。

2.2軟件信息的處理

車載攝像頭采集的是駕駛員的圖像信息，并不是車輛的信息，并將其輸入到行車電腦，車載攝像頭一般會采集司機(jī)的頭部、臉部、眼睛、最主要的還是對駕駛員眼睛的信息進(jìn)行采集。然后行車電腦會對采集的信息進(jìn)行加工、處理、分析、判斷。司機(jī)在駕車的清醒階段，眼睛睜開的大小程度基本上是沒有變化的，而在輕度疲勞駕駛階段，眼睛睜開的幅度會發(fā)生改變，眼睛會變小。有時(shí)候眼睛處于半閉的狀態(tài)。但是在中度和重度疲勞階段，司機(jī)很有可能會出現(xiàn)巧眼閉眼等情況，甚至?xí)霈F(xiàn)閉眼幾秒鐘的嚴(yán)重情況。因此，通過對司機(jī)眼睛的定位，進(jìn)而判斷駕駛員是否存在眩眼的情況，就可以辨別駕駛員是否處于疲勞駕駛的行為狀態(tài)。

圖3　眼睛閉和時(shí)間與事故發(fā)生時(shí)間的關(guān)系

2.3報(bào)警裝置的設(shè)計(jì)

語音報(bào)警器裝置使用8031單片機(jī)設(shè)計(jì), 報(bào)警信號是通過高電平或低電平信號(與汽車的ECU系統(tǒng)相連接)，從外部輸入的信號經(jīng)過輸入電路，并通過8255并行接口送往8031處理。如果其中某一個(gè)參數(shù)超出限制，相應(yīng)該參數(shù)報(bào)警回路的低電平或者高電平相應(yīng)的信號輸入到8031單片機(jī)中，通過驅(qū)動閃光電路使相應(yīng)的指示燈發(fā)出閃爍現(xiàn)象,并通過放音電路進(jìn)行語音包報(bào)警。下圖中EPROM[3]為單片機(jī)的程序存儲器。另外語音報(bào)警器還具有三個(gè)功能按鈕。

圖4　報(bào)警裝置工作原理

復(fù)位電路：通過8031單片機(jī)，將預(yù)先設(shè)置好存在程序存儲器中的程序讀取，然后通過并行接口分別輸送到放音電路和閃光電路，擦除所有使用過的報(bào)警和靜音標(biāo)志，并重新設(shè)置語音報(bào)警器的參數(shù)設(shè)置。

靜音電路：通過8031單片機(jī)，將預(yù)先設(shè)置好存在程序存儲器中的程序讀取，然后通過并行接口，將讀取的程序輸送到放音電路，此時(shí)，報(bào)警聲音停止，只有燈的閃爍來提醒報(bào)警，該電路只是燈光閃爍，不出聲音，直至此電路報(bào)警解除。

檢驗(yàn)電路：通過8031單片機(jī)，將預(yù)先設(shè)置好存在程序存儲器中的程序讀取，然后通過并行接口將讀取出來的程序輸送到每個(gè)電路的回路中，用來檢驗(yàn)每個(gè)電路的狀況，置便會自動檢驗(yàn)燈光閃動并回放所有電路相應(yīng)語音，語音回放完畢以后該電路燈滅。

3、結(jié)論

在對比其他報(bào)警系統(tǒng)后得出該報(bào)警系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)明顯，易于普及并且效果顯著，功能全面的報(bào)警器的方案。并對其功能結(jié)構(gòu)等方面組成進(jìn)行分析和研討，得出其工作原理，很好的解決了問題。

在這次設(shè)計(jì)中上，形成了疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)了司機(jī)防疲勞駕獨(dú)系統(tǒng)，介紹了每一個(gè)數(shù)據(jù)處理的與原理，分析了系統(tǒng)的工作原理，具有良好的實(shí)用價(jià)值。

本次報(bào)警系統(tǒng)，可準(zhǔn)確有效地檢測到駕駛員的疲勞駕駛狀態(tài)，在研究了目前現(xiàn)有的報(bào)警系統(tǒng)后，發(fā)現(xiàn)此系統(tǒng)有較高的精準(zhǔn)性，功能全面，并最終得出了這種系統(tǒng)的優(yōu)越性能。

[1]韓相軍.基于DSP的駕駛疲勞實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)研究[D]北京首都師范大學(xué).2006.

[2]梁路宏.等人臉檢測研究綜[J].述計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào).2002 25(5)449-458.

[3]劉德海.500號工廠電氣設(shè)備.[D]大慶天然氣公司,1984.

[4]張毅剛,彭喜源,潭小購]CS一51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì).哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1997.

[5]毛喆機(jī)動車疲勞駕駛行為識別方法的研究[D].武漢：武漢理工大學(xué).2009.

Design motorists anti-fatigue driving alarm system

Wang Jingli
( DeZhou University of Automotive Engineering, Shandong Dezhou 253000 )

driver fatigue is one of the important factors leading to traffic accidents each year because of serious traffic accidents caused by driver fatigue. In order to reduce traffic accidents caused by driver fatigue King malignancy caused by driver fatigue design a preventive automatic alarm system, using the camera to capture the driver's face image after image processing to obtain state driver fatigue and an alarm signal in response to the system ensures a good performance, improve the accuracy of the system determined.

driver fatigue; alarm system; implementation of the system

U463.6

A

1671-7988 (2016)11-87-03

王景利，(1993-），男，本科，就職于德州學(xué)院汽車工程學(xué)院。方向：車輛工程。