防疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)

宋璐明 張宇 李坤坤 劉靜茹 程不凡

（河南省焦作市河南理工大學(xué) 河南 焦作 454000）

引言

隨著人們生活水平的提高，私家車逐漸普及，但一系列的問題也多了起來，比如疲勞駕駛。駕駛員長時間開車疲勞時，會出現(xiàn)視線模糊、動作呆板、精力不集中、反應(yīng)遲鈍等現(xiàn)象，這種狀態(tài)往往容易發(fā)生交通事故，對人們生命財產(chǎn)造成損失。為了讓人們的出行更加安全，我們設(shè)計了一種防疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)，為人們的安全出行進一步保駕護航。

1 設(shè)計方案

1.1 設(shè)計思路

該防疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)有三部分組成，分別是：車載設(shè)備端、阿里云端、手機端APP。車載設(shè)備端由瞳孔識別測速模塊、超聲傳感定位模塊、心率血氧測定模塊、語音提醒模塊、ARM系統(tǒng)控制模塊以及震動模塊組成。其中，瞳孔識別和超聲波定位模塊用于測定駕駛員的眨眼頻率和駕駛員頭部空間位置。該模塊由超聲波傳感器和識別瞳孔攝像頭組成，位于駕駛位頂部。方向盤兩側(cè)裝有心率血氧模塊，用于檢測駕駛員心率及血氧溶度。方向盤左側(cè)裝有ARM系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)駕駛員的眨眼速率、頭部偏移程度、心率和血氧濃度進行綜合分析從而判斷駕駛員的疲勞程度。駕駛員處于微困狀態(tài)時，進行語音和震動提醒。在方向盤外側(cè)置入的心率血氧模塊是以MAX30100芯片為內(nèi)核的，只需要將手指頭緊貼在傳感器上，就能估計脈搏血氧飽和度及脈搏。酒精檢測模塊能夠?qū)︸{駛員是否酒駕進行判斷。分布式酒精傳感器位于方向盤上方。阿里云端功能在于與車載設(shè)備端建立聯(lián)系，并接收設(shè)備端采集的駕駛信息（心率血氧濃度、酒精濃度、駕駛時長、車輛位置）。同時APP也是基于阿里云的可視化開發(fā)，通過開發(fā)的APP可以隨時觀看到與之對應(yīng)的機動車的相關(guān)信息，并且手機APP有一鍵代駕功能，通過定位機動車位置給代駕公司發(fā)送代駕需求，為酒后需要出現(xiàn)的同志帶來了便利。并且手機APP也可控制車載設(shè)備，通過發(fā)送指令至云端，云端再下達指令至設(shè)備端，有一定的遠(yuǎn)程控制功能。

1.2 工作流程

該系統(tǒng)有三部分組成，具體工作流程如圖1。

該預(yù)警系統(tǒng)的車載設(shè)備端，由在駕駛位頂部置入裝有超聲波傳感器系統(tǒng)的瞳孔識別攝像頭，進行檢測駕駛員的頭部位置和眨眼頻率。超聲傳感模塊通過發(fā)送和就接收超聲波，利用時間差和聲音傳播速度，計算出模塊到前方障礙物的距離，從多方向多角度對駕駛員的具體位置進行檢測。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)表明，正常情況下駕駛員在行車過程中頭部的相對位置總是保持在30-40厘米的范圍內(nèi)。若駕駛員在行車過程中頭部的相對位置處于25厘米以下，則判斷駕駛員處于疲勞狀態(tài)。攝像頭雙目立體視覺來檢測駕駛員的眨眼頻率。人在疲勞狀態(tài)下，眨眼頻率會比清醒狀態(tài)下頻率高。在正常情況下，人的眨眼頻率為20次/min。根據(jù)華盛頓大學(xué)約翰教授的研究表明：人的眨眼頻率以及眨眼時睜眼閉眼的時間受到大腦的直接控制。駕駛員在駕駛速度快、精神高度緊張的情況下眨眼頻率低；在處于疲勞的狀態(tài)下，眨眼頻率變高，閉眼時間增長。在微困的狀態(tài)下，人的眨眼頻率約為30次/min；在瞌睡的狀態(tài)下，人的眨眼頻率約為10次/min。

該系統(tǒng)的阿里云端功能在于與車載設(shè)備端建立聯(lián)系，并接收設(shè)備端采集的駕駛信息，如圖2（心率血氧濃度、酒精濃度、駕駛時長、車輛位置），能夠進行及時的查看以及對駕駛員進行提醒。同時APP也是基于阿里云的可視化開發(fā)，通過開發(fā)的APP可以隨時觀看到與之對應(yīng)的機動車的相關(guān)信息，如圖3，更進一步保障了駕駛員的安全駕駛。同時手機APP還配備有一鍵代駕功能，通過定位機動車位置給代駕公司發(fā)送代駕需求，為酒后需要代駕的同志帶來了便利。手機APP也可控制車載設(shè)備，通過發(fā)送指令至云端，云端再下達指令至設(shè)備端，有一定的遠(yuǎn)程控制功能，能夠極大程度保障駕駛員安全駕駛。

從上述分析可知，該裝置通過多種傳感器檢測并賦以它們不同的權(quán)重，來判斷駕駛員是否達到觸發(fā)瞌睡提醒的范圍。在檢測裝置中，設(shè)置眨眼頻率的權(quán)重為40%，血氧含量的權(quán)重為20%，心率數(shù)據(jù)權(quán)重為20%，超聲波檢測的駕駛員的頭部偏移位置數(shù)據(jù)權(quán)重為20%。通過ARM控制器實現(xiàn)指令的發(fā)送和接收，當(dāng)檢測到駕駛員疲勞時時，該系統(tǒng)通過給予駕駛員語音提醒來喚醒他，以此避免事故的發(fā)生。

2 結(jié)語

本文所設(shè)計的防疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)就是一種通過各種方式實時監(jiān)測人們在開車的時候的一種精神狀態(tài)，進而根據(jù)不同的狀態(tài)做出不同的反應(yīng)，不僅更加保障了人們的出行安全，而且對汽車方面的完善和改革也具有有重大意義。