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(wèn)題也多了起來(lái)，比如疲勞駕駛。駕駛員長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)車疲勞時(shí)，會(huì)出現(xiàn)視線模糊、動(dòng)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(duì)人們生命財(cái)產(chǎn)造成損失。為了讓人們的出行更加安全，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種防疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)，為人們的安全出行進(jìn)一步保駕護(hù)航。

1 設(shè)計(jì)方案

1.1 設(shè)計(jì)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(jī)端APP。車載設(shè)備端由瞳孔識(shí)別測(cè)速模塊、超聲傳感定位模塊、心率血氧測(cè)定模塊、語(yǔ)音提醒模塊、ARM系統(tǒng)控制模塊以及震動(dòng)模塊組成。其中，瞳孔識(shí)別和超聲波定位模塊用于測(cè)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(shí)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(cè)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(jìn)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(shí)，進(jìn)行語(yǔ)音和震動(dòng)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(jì)脈搏血氧飽和度及脈搏。酒精檢測(cè)模塊能夠?qū)︸{駛員是否酒駕進(jìn)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(shí)長(zhǎng)、車輛位置）。同時(shí)APP也是基于阿里云的可視化開(kāi)發(fā)，通過(guò)開(kāi)發(fā)的APP可以隨時(shí)觀看到與之對(duì)應(yīng)的機(jī)動(dòng)車的相關(guān)信息，并且手機(jī)APP有一鍵代駕功能，通過(guò)定位機(jī)動(dòng)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(lái)了便利。并且手機(jī)APP也可控制車載設(shè)備，通過(guò)發(fā)送指令至云端，云端再下達(dá)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(shí)別攝像頭，進(jìn)行檢測(cè)駕駛員的頭部位置和眨眼頻率。超聲傳感模塊通過(guò)發(fā)送和就接收超聲波，利用時(shí)間差和聲音傳播速度，計(jì)算出模塊到前方障礙物的距離，從多方向多角度對(duì)駕駛員的具體位置進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，正常情況下駕駛員在行車過(guò)程中頭部的相對(duì)位置總是保持在30-40厘米的范圍內(nèi)。若駕駛員在行車過(guò)程中頭部的相對(duì)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(jué)來(lái)檢測(cè)駕駛員的眨眼頻率。人在疲勞狀態(tài)下，眨眼頻率會(huì)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(shí)睜眼閉眼的時(shí)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(shí)間增長(zhǎng)。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(shí)長(zhǎng)、車輛位置），能夠進(jìn)行及時(shí)的查看以及對(duì)駕駛員進(jìn)行提醒。同時(shí)APP也是基于阿里云的可視化開(kāi)發(fā)，通過(guò)開(kāi)發(fā)的APP可以隨時(shí)觀看到與之對(duì)應(yīng)的機(jī)動(dòng)車的相關(guān)信息，如圖3，更進(jìn)一步保障了駕駛員的安全駕駛。同時(shí)手機(jī)APP還配備有一鍵代駕功能，通過(guò)定位機(jī)動(dòng)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(lái)了便利。手機(jī)APP也可控制車載設(shè)備，通過(guò)發(fā)送指令至云端，云端再下達(dá)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(guò)多種傳感器檢測(cè)并賦以它們不同的權(quán)重，來(lái)判斷駕駛員是否達(dá)到觸發(fā)瞌睡提醒的范圍。在檢測(cè)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(cè)的駕駛員的頭部偏移位置數(shù)據(jù)權(quán)重為20%。通過(guò)ARM控制器實(shí)現(xiàn)指令的發(fā)送和接收，當(dāng)檢測(cè)到駕駛員疲勞時(shí)時(shí)，該系統(tǒng)通過(guò)給予駕駛員語(yǔ)音提醒來(lái)喚醒他，以此避免事故的發(fā)生。

2 結(jié)語(yǔ)

本文所設(shè)計(jì)的防疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)就是一種通過(guò)各種方式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人們?cè)陂_(kāi)車的時(shí)候的一種精神狀態(tài)，進(jìn)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(duì)汽車方面的完善和改革也具有有重大意義。