張凡，古明放，王培丞

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基于身體動作的分心駕駛預(yù)警方法研究

張凡1，古明放2，王培丞3

（1.長安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西 西安 710064；2.上汽通用五菱汽車股份有限公司采購中心采購物流部，廣西 柳州 545000；3.長安大學(xué)信息學(xué)院，陜西 西安 710064）

為了檢測并預(yù)警駕駛員在行車過程中分心駕駛，通過實(shí)驗(yàn)和問卷調(diào)查等方法研究駕駛員在分心駕駛時(shí)的生理特征，經(jīng)過分析可知：分心駕駛時(shí)手部對方向盤的握力大小變化較大，且有長時(shí)間單手握方向盤的情況。設(shè)計(jì)一種分心駕駛的預(yù)警系統(tǒng)，利用方向盤感應(yīng)裝置檢測雙手握方向盤的握力大小和單手握方向盤的時(shí)間，再經(jīng)過單片機(jī)進(jìn)行處理，根據(jù)感應(yīng)握力的變化來判斷駕駛員是否出現(xiàn)分心駕駛，并將分析后的數(shù)據(jù)傳入顯示屏。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：此預(yù)警系統(tǒng)具有一般適用性，能夠有效警示身體動作的分心駕駛這類危險(xiǎn)駕駛行為。

分心駕駛；單片機(jī)；方向盤握力；駕駛預(yù)警

前言

美國國家公路安全管理部門把駕駛分心具體概括為四類：認(rèn)知分心、視覺分心、聽覺分心、身體動作分心[1]。數(shù)據(jù)顯示，在美國超過1/4的車禍?zhǔn)怯捎谑褂檬謾C(jī)引起的，即視覺和身體動作分心導(dǎo)致。但是交通事故并不是在產(chǎn)生駕駛分心時(shí)就會發(fā)生，而是在駕駛?cè)艘呀?jīng)分心但仍然主觀臆斷沒有分心，還在繼續(xù)保持行駛，沒有得到外界人員或者車載裝置的有效提示。通過查閱大量文獻(xiàn)資料，了解了國內(nèi)外對分心檢測以及分心預(yù)警的研究現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)一款基于方向盤握力分心駕駛預(yù)警系統(tǒng)的模擬方案[2]。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)思路

查閱資料顯示，當(dāng)駕駛員出現(xiàn)身體動作分心的駕駛行為時(shí)，手握方向盤力量減弱、握力降低，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向不平穩(wěn)，無法保持安全正常路線行駛，不僅影響其他車輛行駛，而且還危及人身安全。如果長時(shí)間單手握方向盤時(shí)，萬一出現(xiàn)緊急情況，駕駛?cè)巳菀拙o張，手忙腳亂，操作失誤或者不能有效處置事件，容易造成交通事故。有相關(guān)研究得知，駕駛員的握力大致范圍為 0.5-100N[2]。方向盤感應(yīng)檢測裝置有兩個(gè)功能，一是檢測駕駛員雙手對方向盤的握力大小，二是感應(yīng)單手握方向盤的時(shí)間。由于駕駛員出現(xiàn)駕駛分心時(shí)，雙手對方向盤的握力會發(fā)生變化，一般情況下，會低于正常值范圍，比如，司機(jī)一只手握方向盤，另一只手做其他事情，平均一個(gè)周期下來，壓力值會小于正常值，單片機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)單手握方向盤的時(shí)間，通過自身的訓(xùn)練學(xué)習(xí)得到一個(gè)參考值，結(jié)合此壓力值范圍和單手握方向盤最低時(shí)間，可設(shè)置出一個(gè)簡單的分心駕駛預(yù)警系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 系統(tǒng)工作原理

在方向盤上安裝方向盤感應(yīng)檢測裝置，通過此裝置，檢測駕駛員手握方向盤壓力，并感應(yīng)單手握方向盤的時(shí)間，在把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)進(jìn)行分析處理，根據(jù)接收到的數(shù)字信號，單片機(jī)發(fā)出相應(yīng)的控制指令。

圖2 分心駕駛預(yù)警系統(tǒng)的模擬工作流程示意圖

圖2是分心駕駛預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模擬方案工作流程。當(dāng)采集的數(shù)字信號傳遞到單片機(jī)中，通過判斷檢測駕駛員是否手部有脫離方向盤的動作，當(dāng)壓力低于某一值時(shí)，說明駕駛員有輕微分心現(xiàn)象或者其他原因，致使手部脫離方向盤或者施加力量不正常，可能帶來行車危險(xiǎn)，由顯示屏給予黃燈顯示以警示駕駛員注意握緊方向盤，以防止方向跑偏；當(dāng)駕駛員完全進(jìn)入分心狀態(tài)，致使可能手部幾乎完全脫離方向盤時(shí)，顯示壓力極低時(shí)，顯示屏中紅燈亮起并給予聲音警報(bào)，以提醒駕駛員，注意力集中駕駛[3]。

1.3 系統(tǒng)模塊

此系統(tǒng)由單片機(jī)、壓力傳感器、蜂鳴器、2.4 寸 USART HMI 串口屏、無源晶振、若干電容、接線端子、圓孔 IC 插座、萬能電路板、杜邦線若干，等部分組成。整個(gè)系統(tǒng)一共可分為六個(gè)模塊：電源模塊、單片機(jī)模塊、LCD 模塊、蜂鳴器模塊、壓力傳感器模塊、按鍵模塊。

(a) 電源示意圖 (b) LCD電路示意圖

(c) 方向盤檢測裝置 (d) 蜂鳴器示意圖

圖3 部分系統(tǒng)電路示意圖

1.3.1 電源模塊

圖3(a)是電源模塊，系統(tǒng)所需要電壓是 5V，需求電壓較小，因此考慮選擇外接電壓，使用的是全封密帶開關(guān)可裝四節(jié)五號電池的電池盒。此中使用電容進(jìn)行穩(wěn)壓，由于四節(jié)電池電壓為 6V，因此使用一個(gè)降壓二極管是電壓降低了 1.7V。

1.3.2 單片機(jī)模塊

3.抗風(fēng)險(xiǎn)的能力較差。有相當(dāng)部分規(guī)模豬場，由于對市場開拓不夠，產(chǎn)品質(zhì)量不高，其經(jīng)濟(jì)效益受到影響。同時(shí)規(guī)模豬場面臨著農(nóng)村養(yǎng)豬戶和國外現(xiàn)代化養(yǎng)豬場的雙重夾擊，日后競爭將趨熾熱化。隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，人民生活水平逐漸提高，同時(shí)也加大了勞動力成本和飼料成本，有資料分析，玉米漲10%，豬肉漲5.3%，大豆?jié)q10%，豬肉漲7.8%。因此，必須在財(cái)務(wù)上，在管理、技術(shù)、生產(chǎn)和市場方面增加抗風(fēng)險(xiǎn)的能力。

2015年初，由院領(lǐng)導(dǎo)牽頭，醫(yī)院信息中心、藥劑科、物資供應(yīng)處、護(hù)理部及相關(guān)臨床科室人員，共同組成了多部門合作研發(fā)小組。通過前期調(diào)研、選取有代表性的科室先行先試，及時(shí)歸納總結(jié)，調(diào)整系統(tǒng)，最終建立了覆蓋全院各科室的智能化物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)。

圖4 STC89C52 單片機(jī)控制器示意圖

如圖4所示，系統(tǒng)用 STC89C52 單片機(jī)作為主控元件，由兩個(gè)電容以及一個(gè)晶振給予單片機(jī)提供穩(wěn)定的時(shí)鐘頻率，振動頻率為 11.0592MHZ。STC89C52 是一個(gè)低電壓，但是性能比較高的CMOS8 位微處理單片機(jī)，單片機(jī)內(nèi)有 8KB 的可擦除只讀寫flash 程序存儲器，還有 512bytes 的 RAM 數(shù)據(jù)存儲器，內(nèi)帶 2K 字節(jié) EEPROM 存儲空間。器件擁有 ARMEL 公司高密度、非易失性的存儲技術(shù)，并且與標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-51 指令系統(tǒng)互相兼容，片內(nèi)擁有 8 位的中央處理器[4]。STC89C52RC 是增強(qiáng)型的 8051 單片機(jī)。

1.3.3 LCD 模塊

如圖3(b)所示為顯示屏，本系統(tǒng)中使用的是型號為 TJC3224T024_011R 可通過觸摸屏幕控制的 USART HMI 串口屏。它具備 4MB的 flash 空間以及 2048 字節(jié)的 RAM 空間?？勺远x任意的 Windows 字庫；對于光線，更是具備著背光調(diào)光，并且有休眠模式，休眠的電流很低僅 20mA，最重要的是還支持觸摸喚醒，給操作帶來了方便；而燈光對于駕駛?cè)说姆中木镜淖饔酶鞘诛@著的[5]。

1.3.4 壓力傳感器模塊

如圖3(c) 所示為方向盤感應(yīng)檢測裝置的壓力傳感器部分，這里采用的是直徑約 10cm，高度約 3.5cm，量程為 5kg 的工作電壓為 5V的內(nèi)含有可 24 位轉(zhuǎn)換 HX711AD 模塊的壓力傳感器[6]。其功用在于將壓力信號轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號后再經(jīng)過 AD 模塊將其進(jìn)行放大然后轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。

1.3.5 蜂鳴器模塊

如圖3(d)所示為蜂鳴器示意圖，由于蜂鳴器需要的是進(jìn)行工作需要高于此處系統(tǒng)的電流，因此采用了一個(gè)PNP 三極管進(jìn)行電流放大并起到控制蜂鳴器工作開關(guān)的作用，當(dāng)發(fā)射極（即 VCC端）電壓高于基極（P03 端）電壓時(shí)，發(fā)射極與集電極（GND 端）導(dǎo)通，蜂鳴器警報(bào)。反之蜂鳴器不工作。

1.4 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)功能的需要進(jìn)行模塊化編程，主要包括數(shù)據(jù)的采集與接收、A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換、對手握方向盤壓力信號和單手握方向盤的時(shí)間信號進(jìn)行處理，判斷是否超過正常值范圍、LCD顯示程序以及蜂鳴器報(bào)警程序。程序流程如圖5所示。

在木結(jié)構(gòu)建筑施工中，施工企業(yè)應(yīng)組織相關(guān)管理人員對施工現(xiàn)場加強(qiáng)管理，對施工管理機(jī)制進(jìn)行完善，并根據(jù)該制度來開展施工管理工作。由于施工管理涉及的方面較多，包括施工人員管理、施工設(shè)備與材料管理等，通過施工現(xiàn)場管理制度的建立確保工程施工有據(jù)可循，對施工人員行為加以規(guī)范，對于施工過程中各種材料的具體施工情況，檢查人員要進(jìn)行記錄，避免因?yàn)椴牧腺|(zhì)量不達(dá)標(biāo)而造成施工問題。為提高施工人工作積極性，施工企業(yè)還應(yīng)建立獎(jiǎng)懲制度，使施工人員工作積極性得到提升，確保安全管理的有效落實(shí)，為建筑工程施工的進(jìn)行做出貢獻(xiàn)。

圖5 程序流程圖

1.5 顯示屏內(nèi)容

顯示屏顯示當(dāng)前壓力值和單手握方向盤的時(shí)間，給予駕駛員相關(guān)提醒和警示。而由于每個(gè)人產(chǎn)生分心時(shí)所給予方向盤壓力值是不等的，所以設(shè)置可調(diào)壓力值按鈕，可通過調(diào)節(jié)壓力值來進(jìn)行更精準(zhǔn)的判斷，如圖6為顯示屏示意圖。

①壓力顯示條：顯示當(dāng)前的握方向盤的壓力值，握力正常時(shí)呈現(xiàn)藍(lán)色；較低時(shí)呈現(xiàn)黃色，給予駕駛員視覺提醒；極低時(shí)呈現(xiàn)紅色，視覺沖擊予以警告。②指示燈：握力正常時(shí)和單手握方向盤時(shí)間長于規(guī)定時(shí)間時(shí)則顯示綠色，表示安全；握力較低時(shí)或者單手握方向盤時(shí)間低于最低時(shí)間時(shí)指示燈呈黃色，給予警告；握力再低于極低值時(shí)則變成紅色。③設(shè)定較高壓力值，表示壓力值范圍的上界。④設(shè)定極低壓力值，表示壓力值范圍的下界。⑤調(diào)節(jié)按鈕：用于調(diào)節(jié)壓力值范圍。⑥握力正常與否提示，呈現(xiàn)內(nèi)容有三個(gè)：握力正常、握力較低、握力太低。⑦系統(tǒng)開關(guān)。

圖6 界面示意圖

硬件電路組裝好之后，軟件代碼導(dǎo)入開發(fā)板，對系統(tǒng)進(jìn)行測試。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，對于駕駛員身體動作的分心駕駛具有良好的檢測和預(yù)警功能，且靈敏度較高，當(dāng)駕駛員當(dāng)前檢測周期的握力值不在正常范圍，或者單手握方向盤的時(shí)間過長，顯示屏顯示紅色警告，蜂鳴器發(fā)聲[7]。

1.1.1 納入標(biāo)準(zhǔn) ①女性；②術(shù)前粗針活檢病理證實(shí)為浸潤性乳腺癌；③病灶≤5 cm，臨床及影像學(xué)檢查提示腋窩淋巴結(jié)陰性；④患者選擇乳房全切，術(shù)中冰凍病理提示SLN有宏轉(zhuǎn)移且進(jìn)一步行ALND；⑤術(shù)后常規(guī)病理證實(shí)SLN有轉(zhuǎn)移以排除術(shù)中冰凍病理假陽性。

領(lǐng)舞者持釣魚鞭進(jìn)入場中央，鞭打四方，四名斗虎英雄分別與四虎纏斗，四名斗虎英雄踏鼓點(diǎn)一起按逆時(shí)針做“白虎洗臉”，原地分別向虎臉踢出四腳轉(zhuǎn)一周，四虎也分別以斗虎英雄為軸按逆時(shí)針轉(zhuǎn)一周（頭里尾外），撲向斗虎英雄，斗虎英雄來不及躲閃，就地十八滾從老虎腹下竄出，引領(lǐng)老虎，向前躍出。

2 系統(tǒng)測試

硬件電路和焊接器件完成之后，軟件下載到開發(fā)板上，就可以對系統(tǒng)進(jìn)行測試。模擬駕駛員手握方向盤，創(chuàng)造分心駕駛和正常駕駛兩種情況，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，對比分析兩種情況下系統(tǒng)的反應(yīng)情況。

圖7 模擬正常駕駛時(shí)的顯示屏界面

圖8 模擬分心駕駛時(shí)的顯示屏界面

該系統(tǒng)對正常狀態(tài)、疑似分心駕駛狀態(tài)以及分心駕駛狀態(tài)三種狀態(tài)進(jìn)行判斷、處理、顯示。如圖7所示，為模擬正常駕駛時(shí)的顯示屏界面情景，圖8為模擬分心駕駛時(shí)的顯示屏界面情況。

3 結(jié)語

身體動作的分心駕駛行為已經(jīng)成為交通事故的重要因素，對分心駕駛的檢測和預(yù)警能夠有效減少由此引發(fā)的交通事故。本文采用了TC89C52RC 是增強(qiáng)型的 8051 單片機(jī)和FSR408 長條超薄型壓力傳感器，設(shè)計(jì)了利用手握方向盤的握力以及單手握方向盤的時(shí)間來進(jìn)行檢測身體動作的分心駕駛，并對其進(jìn)行預(yù)警。系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)然也存在一些問題，手握方向盤的握力大小并不能很好表明駕駛員分心與否，對于一些特殊情況，比如有的司機(jī)有單手握方向盤的駕駛習(xí)慣，下一步，還需要對判別算法進(jìn)行改進(jìn)，提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確性[8]。

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A method of warning for distracted driving based on physical movements

Zhang Fan1, Gu Mingfang2, Wang Peicheng3

( 1.Automotive college, Chang'an University, Shaanxi Xi'an 710064; 2.SAIC GM Wuling Automotive Limited by Share Ltd. Purchasing Center Purchasing Logistics Department., Guangxi Liuzhou 545000;3.College of Information Engineering, Chang'an University, Shaanxi Xi'an 710064 )

Abstract: In order to detect and alert the driver distracted driving during the driving process, the physiological characteristics of the driver during distracted driving were studied through experiments and questionnaires. After analysis, we can see that the grip strength of the steering wheel changed largely when the driver was distracted, and often accompanied by one hand holding the steering wheel for long time. A distraction driving early warning system is designed, and the steering wheel sensing device is used to detect the gripping force of two-hand steering wheel and the time of holding the steering wheel with one hand, and then the singlechip determines whether the driver is distracted by the change of sensing grip force, and the analyzed data is transferred into the display screen. By experimental verification: this early warning system has general applicability and can effectively warn of distracted driving behaviors such as distracted driving of body movements.

Keywords: distracted driving; singlechip; steering wheel grip; driving warning

CLC NO.: U471.15

Document Code: B

Article ID: 1671-7988(2018)21-199-04

中圖分類號：U471.15

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-7988(2018)21-199-04

作者簡介：張凡，就讀于長安大學(xué)汽車學(xué)院。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.21.067