一種疲勞駕駛檢測及規範裝置的製作方法

2023-11-07 07:16:52 1

專利名稱：一種疲勞駕駛檢測及規範裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及汽車行駛安全領域，特別涉及一種疲勞駕駛檢測及規範裝置。
背景技術：
2008年世界衛生組織的事故調查顯示，大約50% 60%的交通事故與疲勞駕駛 有關，因此疲勞駕駛已經被列為車禍致死的主要原因。在中國，每年由於疲勞駕駛引發的交 通事故達數萬起；而造成死亡的事故中50%以上都與疲勞駕駛行為有關，疲勞駕駛的危害 觸目驚心，已經成為交通事故的一大「殺手」。因此，如何有效監測和制止疲勞駕駛這種不良駕駛行為對預防交通事故有重大作 用，已經成為研究熱點。現在國際上有不少企業或研究機構正在開發針對疲勞駕駛的駕駛 行為監測裝置，主要有(1)測量人體生理信號，如心率、腦電波、脈搏、呼吸頻率等。此類裝置檢測精度較 高，但測量裝置與人體有直接接觸，難以讓駕駛員接受。(2)用圖像處理晶片測量生理反應，如眨眼頻率、眼睛睜開度等。此類裝置檢測精 度較高，但算法複雜、硬體要求高且有一定誤差。(3)測量車輛或者路面相關參數，如車速、縱向加速度、白線位置、側向加速度等。 此類裝置使用範圍窄、檢測精度低。目前在強制規範措施方面，許多方案還停留在報警的階段，不能及時對發現的不 良駕駛行為進行有效控制。因此，市場迫切需要一種規範措施人性化，檢測精度高的駕駛行 為安全裝置來改善道路安全情況。

實用新型內容本實用新型的目的在於克服現有技術的缺點和不足，提供一種疲勞駕駛檢測及規 範裝置，該裝置具有精確度高、強制措施人性化、容易實現和適用性好的優點，能有效預防 交通事故。本實用新型目的通過下述技術方案實現一種疲勞駕駛檢測及規範裝置，包括汽 車行車計算機、通信單元、聲光報警器、發動機、變速器和ABS，還包括用於實時檢測駕駛員座椅上的重量，並把數值發送給中央控制器的測重傳感器；和用於通過通信單元與汽車行車計算機進行通信，根據測重傳感器的輸出信號進 行判斷並輸出控制信號給聲光報警器，通過通信單元對發動機、變速器和ABS(Anti-lock Brake System，防抱死制動系統)進行主動幹預，實現對疲勞駕駛檢測及規範裝置內其它模 塊的控制的中央控制器。為更好的實現本實用新型，所述中央控制器採用AVR單片機ATmegaie。優選的，所述測重傳感器由4個應變片搭成電橋組成，通過測量電橋兩端電壓的 變化估算出應變片上的重力，用於檢測駕駛員的體重以判斷汽車是否更換駕駛員。優選的，所述通信單元為汽車CAN總線控制器，用於與汽車行車計算機進行通信，並根據中央控制器的控制信號，對發動機、變速器和ABS進行幹預控制。優選的，所述疲勞駕駛檢測及規範裝置還包括用於採集圖像並把圖像發送到圖像預處理模塊的圖像採集模塊；用於接收圖像採集模塊的圖像並進行預處理，把預處理後的圖像經中央控制器發 送到圖像處理單元的圖像預處理模塊；所述預處理具體是指增強圖像對比度、增強人臉輪 廓、將人臉圖像轉換成數字二值圖像以及檢查並消除圖像的噪音；用於圖像降噪、均衡化、單色化，提取人臉圖像並進行圖像匹配，判斷駕駛員當前 眼睛狀態，並把狀態信息發送到中央控制器的圖像處理單元。優選的，所述圖像採集模塊為130萬像素或以上的攝像頭。優選的，所述圖像處理單元採用ARM7型處理晶片。優選的，所述疲勞駕駛檢測及規範裝置還包括用於與交通警察控制中心聯繫的 GSM通信模塊。優選的，所述GSM通信模塊採用西門子公司生產的TC35i模塊，GSM通信模塊通過 發送簡訊息與交通警察控制中心聯繫。本實用新型的設計原理根據我國交通法規的相關規定，嚴禁駕駛員過度疲勞駕 駛車輛，不得連續駕駛機動車超過4小時未停車休息或者停車休息時間少於20分鐘，從事 公路客運的駕駛員一次連續駕車不得超過3小時，24小時內實際駕車累計不得超過8小時。 本疲勞駕駛檢測及規範裝置根據連續駕駛時間的計算值來評估駕駛員的疲勞程度，通過所 述測重傳感器檢測駕駛員更換情況，以及所述通信單元檢測汽車開動情況，從而計算連續 駕駛時間，當這一時間超過設定的4小時連續駕駛限制時間時，判定駕駛員為疲勞駕駛，所 述疲勞駕駛檢測及規範裝置先警告，要求駕駛員停車休息，如果駕駛員3分鐘內不停車休 息，則強制汽車停車，並在汽車停車休息20分鐘後允許汽車重新起動。考慮到有些駕駛員可能在連續駕駛時間未到限制時間前就會疲勞，本實用新型採 用基於機器視覺技術的PERCL0S算法來實時並行監測駕駛員的疲勞程度，一旦檢測到駕駛 員提前疲勞，所述疲勞駕駛檢測及規範裝置也會首先警告，以促進駕駛員集中精神，並繼續 檢測疲勞狀態。若3分鐘後，發現駕駛員仍然疲勞，則強制汽車停車，並在20分鐘後才允許 汽車重新起動。在強制停車期間，所述疲勞駕駛強制規範裝置會通過測重傳感器檢測駕駛 員的更換情況，當發現駕駛員更換時，所述疲勞駕駛檢測和規範裝置會將連續駕駛時間和 停車時間清零，並立刻允許汽車起動。當被強制停車的疲勞駕駛員有緊急情況處理，並需要 強行繼續駕駛時，所述疲勞駕駛檢測及規範裝置可以解除對其實施的強制措施，但是會通 過GSM通信模塊與交警控制中心聯繫，讓交警協助規範駕駛員的行為。這種做法提高了系 統可靠度，起到了保險作用。本實用新型與現有技術相比，具有如下有益效果第一、提高精確度，起到保險作用；使用2個指標更加客觀地評價駕駛員的疲勞情 況，檢測精確度更加高；可以同時利用連續駕駛時間計算和圖像處理這2種不同的方式檢 測汽車駕駛員的疲勞程度。一旦檢測到駕駛員提前疲勞，所述疲勞駕駛檢測及規範裝置同 樣會採取強制規範措施。第二、多種強制措施，有效預防交通事故；對處於疲勞駕駛狀態下的駕駛員採取 有效的強制規範措施，可以規範駕駛員的不良駕駛行為，在發現駕駛員疲勞時，自動採取報警、強制停車和通知交警這3種強制規範方法，規範措施多樣化、人性化，能有效檢測和規 範疲勞駕駛這種不良駕駛行為，能預防交通事故，有效改善道路安全情況。第三、通過測重方式判斷駕駛員更換情況，容易實現通過測重傳感器對駕駛員座 椅上的重量進行實時檢測，並把數值發送給中央控制器，中央控制器據此檢測駕駛員更換 情況。第四、通用器件組成，適用性好；所述疲勞駕駛檢測及規範裝置，其由通用的器件 組成，適合應用於各類型汽車，通用性好。

圖1是本實施例中所述疲勞駕駛檢測及規範裝置的結構方框圖；圖2是本實施例中所述疲勞駕駛檢測及規範裝置的工作流程圖；圖3是本實施例中汽車行車計算機強制汽車停車的工作流程圖。
具體實施方式
下面結合實施例及附圖，對本實用新型作進一步地詳細說明，但本實用新型的實 施方式不限於此。實施例一種疲勞駕駛檢測及規範裝置，如圖1所示，包括測重傳感器、中央控制器、圖像 採集模塊、圖像預處理模塊、圖像處理單元、GSM通信模塊、發動機、變速器、ABS、聲光報警器 和通信單元，其中測重傳感器，用於實時檢測駕駛員座椅上的重量，並把數值發送給中央控制器；圖像採集模塊，用於採集圖像並把圖像發送到圖像預處理模塊；圖像預處理模塊，用於接收圖像採集模塊的圖像並進行預處理，把預處理後的圖 像經中央控制器發送到圖像處理單元；所述預處理具體是指增強圖像對比度、增強人臉輪 廓、將人臉圖像轉換成數字二值圖像和檢查並消除圖像的噪音；圖像處理單元，用於圖像降噪、均衡化以及單色化，提取人臉圖像並進行圖像匹 配，判斷駕駛員當前眼睛狀態並把狀態信息發送給中央控制器；GSM通信模塊，用於根據中央控制器的控制信號，與交通警察控制中心通信，報告 駕駛員的違章情況；聲光報警器，用於根據中央控制器的控制信號向駕駛員發出警告提示；通信單元，用於實現中央控制器與汽車行車計算機間的通信，並根據中央控制器 的控制信號，對發動機、變速器和ABS進行幹預控制；中央控制器，用於通過通信單元與汽車行車計算機進行通信，根據測重傳感器的 輸出信號進行判斷並輸出控制信號給聲光報警器，並通過通信單元對發動機、變速器和ABS 進行主動幹預，根據圖像處理單元的狀態信息判斷駕駛員是否疲勞，並實現對疲勞駕駛檢 測及規範裝置內其它模塊的控制；通信單元、GSM通信模塊、聲光報警器、測重傳感器、圖像預處理模塊、圖像處理單 元分別與中央控制器相連，圖像預處理模塊與圖像採集模塊相連，通信單元與汽車行車計 算機相連，所述發動機、變速器和ABS分別與通信單元相連，GSM通信模塊與交通警察控制中心相連。其中所述通信單元為汽車CAN總線控制器。所述中央控制器採用AVR單片機ATmegal6，用於系統總控制，與汽車行車計算機 通過CAN總線通信，實現連續駕駛時間計算和各種硬體設備的驅動等，所述測重傳感器由4個應變片搭成電橋組成，通過測量電橋兩端的電壓變化估算 出應變片上的重力。測重傳感器安裝在駕駛員的座椅下，實時監測駕駛員座椅上的重力，並 把重量數值發送給中央控制器，中央控制器通過測重傳感器的輸出信號進行判斷。測重傳 感器不同於目前汽車上已有的座椅坐人傳感器(座椅坐人傳感器是由多個單獨的壓力傳 感器組成並一直延伸到駕駛員座椅的後部區域，其只實現單一的「座椅佔有識別」功能)。所述圖像採集模塊為130萬像素的CCD攝像頭，安裝在駕駛員臉部前方或前上方， 安裝在擋風玻璃的頂部不影響駕駛員視線處。所述圖像處理單元採用ARM7型處理晶片，採用PERCL0S算法，提取人臉圖像並進 行圖像匹配，判斷駕駛員當前眼睛狀態，檢測人眼的閉合頻率和眨眼頻率，並據此判斷駕駛 員疲勞程度。所述GSM通信模塊採用西門子公司生產的TC35i模塊，GSM通信模塊通過發送短 信息與交通警察控制中心聯繫。如圖2所示，所述疲勞駕駛檢測及規範裝置的工作流程，具體包括以下步驟Si、駕駛員使用汽車鑰匙開啟車輛，所述疲勞駕駛檢測及規範裝置啟動測重傳感 器不斷檢測駕駛員座椅上的重量，當此重量波動小於設定數值時，認為重量穩定，記錄當前 重量並把重量數值發送給中央控制器，中央控制器記作駕駛員重量1，進入步驟S2 ；S2、中央控制器通過通信單元不斷檢測汽車是否開動，當汽車啟動後，啟動駕駛時 間計時器，開始計算駕駛時間，並進入步驟S3 ；S3、中央控制器通過測重傳感器不斷檢測駕駛員座椅上重量，如果重量波動超過 設定數值(例如5kg)，中央控制器向聲光報警器發送控制信號，聲光報警器根據控制信號 報警，提示駕駛員開車時不能離開座位；同時，中央控制器通過通信單元實時檢測汽車是否停車，如果停車，則進入步驟 S4 ；若沒有停車，則進入步驟S7 ；S4、汽車停車時，則駕駛時間計時器暫停計時，同時啟動停車時間計時器，中央控 制器通過測重傳感器的實時檢測，判斷駕駛員是否更換當測重傳感器檢測到駕駛員座椅上的重力在某一時刻等於零，則中央控制器判斷 駕駛員離開了座位；若駕駛員離開座位後，當測重傳感器重新檢測到駕駛員座椅上重力不 為零且波動重新小於設定數值時，則測重傳感器將重量數值發送給中央控制器，中央控制 器認為駕駛員重新回到座位上，記錄此時駕駛位重量，記作駕駛員重量2 ；中央控制器將駕 駛員重量1與駕駛員重量2做差，此差值若大於設定數值(例如4公斤)，則中央控制器判 斷駕駛員更換，駕駛時間計時器和停車時間計時器清零，進入步驟S6 ；如果座椅上的重量沒有改變，或前後變化的差值小於設定數值(例如4公斤)，則 中央控制器判斷駕駛員沒有更換，進入步驟S5 ；S5、中央控制器通過通信單元檢測到汽車重新開動，並通過下式計算當前停車時 間上限值[0060]T = 20* (t/240)其中，t表示當前駕駛時間，T表示停車時間上限值；中央控制器檢測當前停車時間，若當前停車時間大於或等於T值時，駕駛時間計 時器和停車時間計時器清零，進入步驟S6 ；若當前停車時間小於T值時，停車時間清零，駕 駛時間計時器繼續計算駕駛時間，進入步驟S6 ；S6、等待汽車重新啟動，中央控制器通過通信單元檢測汽車重新啟動時，返回步驟 S3 ；S7、中央控制器實時監測駕駛時間計時器的駕駛時間，當駕駛時間超過設定的4 小時連續駕駛限制時間值，中央控制器判斷駕駛員疲勞，則進入步驟S8 ；同時，中央控制器通過圖像處理單元實時監測駕駛員是否提前疲勞；當中央控制 器判斷駕駛員提前疲勞時，則進入步驟S9 ；S8、中央控制器發送控制信號給聲光報警器，聲光報警器發出警告提示駕駛員停 車休息，如果3分鐘內駕駛員不停車，則進入步驟SlO ；若停車，則返回步驟S4 ；S9、中央控制器發送控制信號給聲光報警器，聲光報警器發出警告提醒駕駛員；同 時，中央控制器繼續監測駕駛員是否提前疲勞，如果3分鐘內駕駛員精神狀態不恢復，則進 入步驟SlO ；否則返回步驟S3 ；S10、中央控制器判斷駕駛員是否申請解除強制措施，若是，則中央控制器通過GSM 通信模塊與交警通信，報告違章情況；否則，進入步驟Sll ；S 11、中央控制器將強制停車的控制指令通過通信單元發送給汽車行車計算機， 汽車行車計算機接收強制停車控制指令後，通過通信單元對發動機、變速器和ABS進行主 動幹預，強制汽車緩慢停下；中央控制器通過測重傳感器實時檢測駕駛座椅上重量的變化，並判斷駕駛員是否 更換，如果更換駕駛員，則中央控制器將駕駛時間計時器清零，並立刻允許汽車起動，返回 步驟S3 ；若沒有更換駕駛員，中央控制器會通過通信單元與汽車行車計算機通信，強制汽 車停駛20分鐘，20分鐘後才允許汽車重新起動，中央控制器將駕駛時間計時器清零，並同 時解除汽車鎖閉，返回步驟S3。所述步驟S7中的中央控制器通過圖像處理單元實時監測駕駛員是否提前疲勞， 是指通過圖像處理單元檢測人眼的閉合頻率和眨眼頻率，圖像處理單元將頻率數值作為狀 態信息發送給中央控制器，中央控制器判斷駕駛員是否提前疲勞，具體是指S7. 1、圖像採集模塊((XD攝像頭)每隔一段時間間隔採集駕駛員臉部圖像，並送 到圖像預處理模塊，進入步驟S7. 2 ；S7. 2、圖像預處理模塊對圖像進行預處理，包括增強圖像對比度、增強人臉輪廓、 將人臉圖像轉換成數字二值圖像、檢查並消除圖像的噪音，並把預處理後的圖像送到中央 控制器，由中央控制器送到圖像處理單元，進入步驟S7. 3 ；S7. 3、圖像處理單元完成人臉定位和人臉圖像提取，並在提取出的人臉圖像上利 用canny算子提取和跟蹤眼睛的圖，它可以利用mean shift算法實現眼睛跟蹤，並保存提 取出來的眼睛圖像，進入步驟S7. 4 ；S7. 4、使用PERCL0S算法對提取出來的眼睛圖像進行模板匹配，圖像處理單元中 預存有雙眼睜、雙眼閉、左眼睜右眼閉、左眼閉右眼睜這4幅模板圖像，圖像處理單元根據
7PERCL0S算法分別算出眼睛圖像與這4幅模板圖像的相關度，取相關度最大的那幅圖像中 的眼睛狀態作為駕駛員當前眼睛狀態，進入步驟S7. 5 ；S7. 5、圖像處理單元根據眼睛的狀態計算PERCL0S值和眼睛的最大持續閉合時 間，並把狀態信息發送到中央控制器，當PERCL0S值大於40%或者最大持續閉合時間大於3 秒，中央控制器判斷駕駛員疲勞。如圖3所示，所述步驟Sll汽車行車計算機接收強制停車控制指令後，汽車行車計 算機強制汽車緩慢停下，具體包括以下步驟S4. 1、汽車行車計算機開啟車輛緊急雙閃燈，進入步驟S4. 2 ；S4. 2、汽車行車計算機判斷汽車類型，若是自動變速器汽車進入步驟S4. 3 ；若是 手動變速器汽車，進入步驟S4. 4 ；S4. 3、汽車行車計算機強制自動變速器降檔，並進入步驟S4. 5 ；S4. 4、汽車行車計算機強制離合器分離，變速器換至空擋，並進入步驟S4. 5 ；S4. 5、汽車行車計算機強制發動機怠速運行，汽車緩慢制動直至停止。在汽車開動情況下，強制汽車緩慢停下，同時減少停車過程對道路其他車輛，尤其 是後方車輛行車安全的威脅。上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式並不受所述 實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替 代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求一種疲勞駕駛檢測及規範裝置，包括汽車行車計算機、通信單元、聲光報警器、發動機、變速器和ABS，其特徵在於，還包括用於實時檢測駕駛員座椅上的重量，並把數值發送給中央控制器的測重傳感器；和用於通過通信單元與汽車行車計算機進行通信，根據測重傳感器的輸出信號進行判斷並輸出控制信號給聲光報警器，通過通信單元對發動機、變速器和ABS進行主動幹預，實現對整個疲勞駕駛檢測及規範裝置進行管理和控制的中央控制器。
2.根據權利要求1所述疲勞駕駛檢測及規範裝置，其特徵在於，所述中央控制器採用 AVR 單片機 ATmegal6。
3.根據權利要求1所述疲勞駕駛檢測及規範裝置，其特徵在於，所述測重傳感器由4個 應變片搭成電橋組成。
4.根據權利要求1所述疲勞駕駛檢測及規範裝置，其特徵在於，還包括用於採集圖像並把圖像發送到圖像預處理模塊的圖像採集模塊；用於接收圖像採集模塊的圖像並進行預處理，把預處理後的圖像經中央控制器發送到 圖像處理單元的圖像預處理模塊；用於圖像降噪、均衡化、單色化，提取人臉圖像並進行圖像匹配，判斷駕駛員當前眼睛 狀態並把狀態信息發送到中央控制器的圖像處理單元。
5.根據權利要求4所述疲勞駕駛檢測及規範裝置，其特徵在於，所述圖像採集模塊為 130萬像素或以上的攝像頭。
6.根據權利要求4所述疲勞駕駛檢測及規範裝置，其特徵在於，所述圖像處理單元採 用ARM7型處理晶片。
7.根據權利要求1所述疲勞駕駛檢測及規範裝置，其特徵在於，還包括用於與交通警 察控制中心聯繫的GSM通信模塊。
8.根據權利要求7所述疲勞駕駛檢測及規範裝置，其特徵在於，所述GSM通信模塊採用 西門子公司生產的TC35i模塊。
專利摘要本實用新型公開了一種疲勞駕駛檢測及規範裝置，包括汽車行車計算機、通信單元、聲光報警器、發動機、變速器和ABS，還包括用於實時檢測駕駛員座椅上的重量，並把數值發送給中央控制器的測重傳感器；和用於通過通信單元與汽車行車計算機進行通信，根據測重傳感器的輸出信號進行判斷並輸出控制信號給聲光報警器，對發動機、變速器和ABS進行主動幹預，實現對疲勞駕駛檢測及規範裝置內其它模塊的控制的中央控制器。該裝置具有精確度高、強制措施人性化、容易實現和適用性好的優點，能有效預防交通事故。
文檔編號G08B21/06GK201749540SQ201020272880
公開日2011年2月16日 申請日期2010年7月26日 優先權日2010年7月26日
發明者葉翔, 李君 , 江凱敏 申請人:華南農業大學