加速度法高速公路疲勞駕駛危險警告器的製作方法
2023-07-30 13:40:01 1
專利名稱：加速度法高速公路疲勞駕駛危險警告器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種疲勞駕駛機動車的警告裝置，尤其涉及一種加速度法高速公路疲勞駕駛危險警告器。
背景技術：
疲勞駕駛是在高速公路駕駛的「第一殺手」，因此近年來已引起各方面的高度重視。除了管理部門在高速公路沿途豎立「禁止疲勞駕駛」警示牌外，還有一些駕駛員定量加油，強迫自己因為要不斷補充油量而停車休息。也有一些知名的汽車生產廠商投入人力物力研究如何早期發現疲勞駕駛，及時警告，以預防危險的惡性車禍。
據中央電視臺06年2月份科技欄目報導歐洲沃爾沃公司為發現並警告疲勞駕駛，正採用一種方法試圖早期發現因疲勞發困導致視線模糊、方向控制不穩而出現的「S」型運行軌跡。他們的方法是在駕駛室前玻璃窗上安裝一攝像頭，該攝像頭攝取路面上的白色虛點標識線。根據所攝取的圖像建立一直線方程，然後隔一定的時間間隔再攝取一幅新圖像，建立一新的直線方程。將前後兩方程作比較若汽車是沿著車道正常行駛，那麼兩條直線應相互平行，否則就會有一定的夾角。這樣連續下去不斷測量，不斷比較，計算他們夾角變化的大小和周期，就能從中發現汽車是正常直行，還是換車道、轉彎、或是「S」型扭曲行駛。該研究已取得階段性成果。在通常情況下能及時發現「S」型運動軌跡，並及時發出警報。但是在雨天、雪天、霧天等視線不良的情況下，就很難獲得滿意的圖像。該節目同時還報導了美國福特公司也正在研究的另一種疲勞駕駛危險警告器。他們將該裝置做成眼鏡狀，在兩鏡框上裝上光電測量頭，用來觀察人的兩眼皮的運動，試圖早期發現因疲勞發困而產生的兩眼皮搭拉，從而及時發出警告，防止事故。但是人眼的眨動因人而異差別極大，據此作為特徵來判斷疲勞，可靠性較差。此外對於本來就戴著眼鏡或太陽鏡的駕駛員來說，再戴一副測量鏡就比較難了。從而限制了它的使用。
發明內容
本發明的目的在於彌補現有技術之不足，提供一種加速度法高速公路疲勞駕駛危險警告，使之不受天氣、可見度、個人習慣等不定因素的影響，結合方向、幅度、周期、斜率這些特徵，可靠地將「S」型運動軌跡從直行、左轉換道、右轉換道等行車方式中鑑別出來，實現對在高速公路快速行駛的汽車運行軌跡進行監測報警。
本發明通過以下方案實現包括用以分辨汽車因轉向而帶來的橫向位移的橫向加速度傳感器及用以測量汽車的減速即前向加速度的前向加速度傳感器；兩個用以接收兩傳感器產生信號並對信號進行放大處理的放大器；對放大器輸出信號存儲並進行分析處理、發出警報信號的微處理器CPU；用以接收微處理器CPU發出警報信號的警報器。
本發明還包括兩個用以將兩放大器輸出的放大信號進行A/D轉換的A/D轉換器。
本發明為簡化電路，提高其集成度，將橫向加速度傳感器、前向加速度傳感器及兩放大器集成為X、Y雙軸加速度測量集成晶片，微處理器CPU的通用I/O口接一三極體，用以控制此三極體的導通與截止，三極體集電極接警報器，以控制的是否報警。
本發明在微處理器CPU電源VCC端腳與地間並聯一由三極體、偏置電阻構成的穩壓電路及發光二極體與限流電阻的串聯支路，並設置直流電源、電源開關。
本發明只要高速行駛的汽車有方向的改變，水平加速度計的輸出值就會有改變。它不受天氣、可見度、個人習慣等不定因素的影響而客觀地反映汽車的運行軌跡。採樣數據經數字濾波後結合方向、幅度、周期、斜率這些特徵，能很可靠的將「S」型運動軌跡從直行、左轉換道、右轉換道等行車方式中鑑別出來。該項發明的實施方案也十分簡潔、結構簡單、體積小、成本低、效果好，可實現對在高速公路快速行駛的汽車運行軌跡進行監測報警。
圖1為本發明原理框圖；圖2為本發明電路圖；圖3為本發明機動車前向位移模擬示圖；圖4為本發明機動車橫向位移模擬示圖。
具體實施例方式
以下結合實施例對照附圖對本發明進行詳細說明。
本發明包括用以分辨汽車因轉向而帶來的橫向位移的橫向加速度傳感器FX及用以測量汽車的減速(負加速度)即前向加速度的前向加速度傳感器FY；兩個用以接收兩傳感器FX、FY產生信號並對信號進行放大處理的放大器X、Y；兩個用以將放大器X、Y輸出的放大信號進行A/D轉換的A/D轉換器MX、MY；對放大器輸出信號存儲並進行分析處理、發出警報信號的微處理器CPU；用以接收微處理器CPU發出警報信號的警報器F。本發明橫向加速度傳感器FX、前向加速度傳感器FY及放大器X、Y集成為X、Y雙軸加速度測量集成晶片IC1。雙軸加速度測量集成晶片IC1腳15及腳5間並接有電容C1、C2，其輸出端腳12、10接微處理器CPU IC2輸入腳12腳和13腳即數據口P1.0、P1.1，電容C1為電源濾波電容，電容C2為高頻退偶電容。雙軸加速度測量集成晶片IC1輸出端腳12、10與地間分別跨接濾波電容C3、C4，IC2的通用I/O口P3.7接三極體T1基極，用以控制三極體T1的導通與截止，三極體T1集電極接警報器F，三極體T基極接有基極偏置電阻R1。微處理器CPU IC2電源VCC端腳20與地間並聯一由三極體T2、偏置電阻R2、R3構成的穩壓電路及發光二極體D1與限流電阻R5的串聯支路，並設置直流電源E、電源開關K及電阻R4、R6，電阻R4與電源開關K的串聯支路跨接微處理器CPU IC2電源VCC端腳20與直流電源E的正端。
本發明工作原理如下雙軸加速度敏感元件橫向加速度傳感器FX、前向加速度傳感器FY將來自y軸方向和x軸方向變化的加速度值分別輸出給Y軸放大器Y和X軸放大器X。經放大器X、Y放大的加速度信號變成直流電壓信號Xout、yout。兩路放大器的輸出值平時穩定在1/2電源電壓即1.5V的數值上。當加速度值改變時，放大器的輸出值也發生改變。改變的幅度值為175mv/G，正1G加速度的直流電壓輸出值為1.5V+175mv＝1.675V，負1G加速度的直流電壓輸出值為1.5V-175mv＝1.325V，放大器的直流電壓輸出送入模/數轉換器，模/數轉換器將直流電壓信號轉換為8位二進位代碼。轉換公式為D＝Vin*256/Vcc，其中Vin為模/數轉換器的輸入模擬量，也就是放大器的輸出量out，Vcc是電源電壓，D是轉換後的數字量。當電源取3V時，轉換公式為D＝Vin*256/3例加速度＝0時，Vin＝1.5V，D＝1.5*256/3＝128(十進位)或10000000(二進位)；加速度＝1G時，Vin＝1.675V，D＝1.675*256/3＝143(十進位)或10001111(二進位)加速度＝-1G時，Vin＝1.325V，D＝1.325*256/3＝113(十進位)或01110001(二進位)轉換後的X軸數字量由CPU取出，再經數字濾波(去掉幹擾信號)，然後進行軌跡判斷，若發現是反覆改向的「S」型扭曲行駛，則觸發報警器F。此時CPU轉為測試Y軸加速度信號，若測到有減速度(負加速度)，則說明警告已引起駕駛員重視，並採取了減速的正確措施，此時CPU輸出信號，關閉報警器，繼續下一輪監測。若報警後測不到減速信號，則一直報警，直到駕駛員作出反應為止。數字濾波軟體和「S」型軌跡判斷軟體等程序放在程序存儲器中。
如圖3所示，T0時刻，汽車沿著y方向以速度v向前直行，此時，Y方向速度Vy＝V，X方向速度Vx＝0(忽略因路面不平、方向的少許抖動等可能帶來車身的左右輕微晃動)。
如圖4所示，T1時刻，當汽車由直行Y方向向左偏轉一個方向角θ時，因慣性作用，汽車仍然以V速度向車頭方向行駛。此時Y方向速度Vy＝Vcosθ，X方向速度-Vx＝Vsinθ，此時橫向測量加速度計將有輸出ax＝dVx/dt，(速度的微分為加速度)。反之，若汽車向右偏θ角，則容易得出Vy＝Vcosθ，Vx＝Vsinθ。由上分析可知，由橫向加速度計的輸出值即可得知汽車是直線行駛，還是向左改向或向右改向，還是連續改向行駛(「S」型軌跡)。Y方向加速度計測量減速度，用來解除危險警告(因駕駛員採取減速措施，是對警告已做出了正確的反應。)雙軸加速度測量集成晶片IC1型號為ADXL320，IC2是高性能單片計算機，型號為STC12LE2052AD。IC2內部自含rom、ram、cpu、a/d轉換、振蕩器、上電復位等功能單元，因此不用作任何擴展就可直接使用。CPU對該兩口的採樣速率為10點/秒。CPU平時只對P1.0採樣，密切監視汽車是否有異常的橫向加速度變化，只有報警後才轉為監測前向加速度Yout的變化，看駕駛員是否採取了減速措施。IC2的1腳是外部復位腳，將它接地，則為內部復位而無須外接復位元件。IC2的P3.7在這裡作為通用I/O口使用。它用來控制三極體T1的導通與截止。正常工作時，P3.7輸出低電平，使三極體T1截止，聲響報警器F得不到電流，不發聲響。當出現異常需要報警時，P3.7輸出高電位，此時，T1基極通過電阻R1獲得電流而使T1導通，蜂鳴器J得電發出聲響。D1是紅色發光二極體，當電源開關K接通時，其導通發光。電源E為可充電電池，通過限流電阻R6可外接汽車點菸器12V電源對其充電。因本電路所用元件功耗極低(工作電流小於7mA)，充足一次電可工作20個小時以上。
權利要求
1.一種加速度法高速公路疲勞駕駛危險警告器，其特徵在於包括用以分辨汽車因轉向而帶來的橫向位移的橫向加速度傳感器(FX)及用以測量汽車的減速即前向加速度的前向加速度傳感器(FY)；兩個用以接收兩傳感器(FX、FY)產生信號並對信號進行放大處理的放大器(X、Y)；對放大器輸出信號存儲並進行分析處理、發出警報信號的微處理器CPU(IC2)；用以接收微處理器CPU(IC2)發出警報信號的警報器(F)。
2.根據權利要求1所述的加速度法高速公路疲勞駕駛危險警告器，其特徵在於還包括兩個用以將放大器X、Y輸出的放大信號進行A/D轉換的A/D轉換器(MX、MY)。
3.根據權利要求1或2所述的加速度法高速公路疲勞駕駛危險警告器，其特徵在於橫向加速度傳感器(FX)、前向加速度傳感器(FY)及放大器X、Y集成為X、Y雙軸加速度測量集成晶片(IC1)，雙軸加速度測量集成晶片(IC1)輸出端腳(12、10)接微處理器CPU(IC2)輸入腳(12)腳和(13)腳，雙軸加速度測量集成晶片(IC1)輸出端腳(12、10)與地間分別跨接濾波電容(C3、C4)，微處理器CPU(IC2)的通用I/O口P3.7接三極體(T1)基極，用以控制三極體(T1)的導通與截止，三極體(T1)集電極接警報器(F)，三極體(T1)基極接有基極偏置電阻(R1)。
4.根據權利要求1或2所述的加速度法高速公路疲勞駕駛危險警告器，其特徵在於微處理器CPU(IC2)電源VCC端腳(20)與地間並聯一由三極體(T2)、偏置電阻(R2、R3)構成的穩壓電路及發光二極體(D1)與限流電阻(R5)的串聯支路，並設置直流電源(E)、電源開關(K)及電阻(R4、R6)，電阻(R4)與電源開關(K)的串聯支路跨接微處理器CPU(IC2)電源VCC端腳(20)與直流電源(E)的正端。
全文摘要
本發明公開了一種加速度法高速公路疲勞駕駛危險警告器，包括用以分辨汽車因轉向而帶來的橫向位移的橫向加速度傳感器及用以測量汽車的減速即前向加速度的前向加速度傳感器；兩個用以接收兩傳感器產生信號並對信號進行放大處理的放大器；對放大器輸出信號存儲並進行分析處理、發出警報信號的微處理器CPU；用以接收微處理器CPU發出警報信號的警報器。還包括兩個用以將兩放大器輸出的放大信號進行A/D轉換的A/D轉換器。本發明不受天氣、可見度、個人習慣等不定因素的影響，結合方向、幅度、周期、斜率這些特徵，可靠地將「S」型運動軌跡從直行、左轉換道、右轉換道等行車方式中鑑別出來，實現對在高速公路快速行駛的汽車運行軌跡進行監測報警。
文檔編號G01M17/007GK1940569SQ20061012444
公開日2007年4月4日 申請日期2006年9月1日 優先權日2006年9月1日
發明者李曙光 申請人:李曙光