基於生理信息分析的疲勞駕駛遠程監測與報警系統和方法
2023-05-12 08:29:01 3
基於生理信息分析的疲勞駕駛遠程監測與報警系統和方法
【專利摘要】本發明一種基於生理信息分析的疲勞駕駛遠程監測與報警系統和方法，該裝置包括腦電採集裝置、上位機和下位機，該系統還包括手機模塊，其中，腦電採集裝置輸入端連接駕駛員的大腦皮層，腦電採集裝置輸出端傳輸腦電信號至上位機，上位機輸出疲勞信號至下位機，下位機輸出報警信號至手機模塊。利用手機模塊可使駕駛員監控人員實時查詢駕駛員的駕車狀態，及時提醒防止駕駛員疲勞駕駛；當駕駛員處於疲勞駕駛狀態時，本發明可以通過分析腦電信號及時報警，若駕駛員仍堅持駕車，下位機通過控制手機模塊發送報警信息至監控人員手機，從而提高駕駛員疲勞駕駛的檢測預警能力。
【專利說明】基於生理信息分析的疲勞駕駛遠程監測與報警系統和方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於生物醫學工程和機械電子工程的交叉領域，具體涉及一種基於生理信息分析的疲勞駕駛遠程監測與報警系統和方法。
【背景技術】
[0002]在我國，由於汽車安全意識的欠缺，疲勞駕駛、超速行駛、酒後駕車等現象十分突出，成為引發重大交通事故的重要原因，其中，每年因為疲勞駕駛導致的死亡人數都是上千人。在國外，情況也很嚴峻，美國全國睡眠基金會2009年11月4日發表新聞公告說，全國每年因疲勞駕駛導致近200萬起車禍。法國國家警察總署事故報告表明，因為駕駛疲勞導致的意外佔人身傷害事故的14.9%，死亡事故的20.6%。據英國汽車協會統計，英國每年有十分之一的交通事故是由於司機疲勞駕駛而造成；來自德國聯邦道路交通部門的統計顯示，在德國每五起交通事故就有一起是因為疲勞駕駛引發的，此類交通事故造成的損失每年高達50億歐元。近年來，由於計算機視覺和集成電路技術的發展，給駕駛疲勞檢測的研究拓寬了空間，使之進入了黃金時期。下面是國外對疲勞檢測取得的一些研究成果。
[0003]美國Attention Technologies 公司研製出 Driver Fatigue Monitor (DD850)疲勞檢測預警系統，主要是通過紅外攝像頭去採集駕駛員眼睛信息，然後利用PERCL0S準則進行疲勞判定，最後起到預警的目的。這種裝置受司機駕駛方位的局限，當司機在適當的位置時才能正常檢測。
[0004]據法國媒體報導，及時發現駕駛員出現疲勞和睡意的關鍵是捕捉到其眼皮停止張合的狀態。為此，雷諾汽車公司耗時5年研製成功了一種紅外線裝置。這一裝置需要安裝在汽車前方，與駕駛員的雙眼直接對視。當駕駛員眼皮停止張合，即出現困意時，紅外線裝置會立即發出警報，使駕駛員驚醒，並繼續保持正常駕駛。這種裝置的缺點是:對駕駛員疲勞預警較晚，等到駕駛員眼睛停`止張合的時候，已屬於睡眠期，這對駕車相當不利，為了駕駛員安全駕駛，必須做到提前預警。
[0005]另外，以上涉及的成果都無法實現駕駛員疲勞駕駛遠程報警與駕駛狀態查詢的功倉泛。
【發明內容】
[0006]針對現有技術的不足，本發明提出一種基於生理信息分析的疲勞駕駛遠程監測與報警系統和方法，以達到快速實時監測、遠程報警與查詢、較早檢測出駕駛員疲勞狀態，提高檢測預警能力的目的。
[0007]—種基於生理信息分析的疲勞駕駛遠程監測與報警系統，該系統包括腦電採集裝置、上位機和下位機，該系統還包括手機模塊，其中，腦電採集裝置輸入端連接駕駛員的大腦皮層，腦電採集裝置輸出端傳輸腦電信號至上位機，上位機對採集腦電信號進行處理並提取α頻帶信號，根據α頻帶信號變化範圍輸出相應駕駛員狀態數據至下位機，下位機輸出報警信號至手機模塊。[0008]採用基於生理信息分析的疲勞駕駛遠程監測與報警系統進行遠程監測與報警的方法，包括步驟如下:
[0009]步驟1、腦電採集裝置實時採集駕駛員在駕車時的腦電信號；
[0010]步驟2、上位機對採集駕駛員腦電信號進行處理，並將駕駛員狀態數據發給下位機；
[0011]步驟2-1、對採集的駕駛員腦電信號進行小波變換並提取腦電信號；
[0012]步驟2-2、對處理後的腦電信號中8~13Hz α頻帶信號進行提取；
[0013]步驟2-3、並判斷腦電信號中α頻帶信號的變化幅度，當α頻帶信號幅值變化在6%~15%範圍時，確認為出現駕駛疲倦症狀，輸出狀態數據至下位機並返回執行步驟2-1 ；
[0014]步驟2-4、當α頻帶信號幅值變化在16%~25%範圍時，確認為出現嚴重駕駛疲勞症狀，輸出狀態數據至下位機並返回執行步驟2-1 ；
[0015]步驟2-5、當α頻帶信號幅值變化小於6%時，確認為司機可以正常駕車狀態，輸出狀態數據至下位機並返回執行步驟2-1。
[0016]步驟3、下位機根據狀態數據對駕駛員狀況進行正常駕駛、輕度疲勞和嚴重疲勞的分類，並根據不同的狀態數據控制車內報警裝置和手機模塊發送相應的簡訊信息至駕駛員監控人員手機；
[0017]步驟3-1、接收上位機發送數據；
[0018]步驟3-2、在下位機中判`斷接收駕駛員狀態數據，若為駕駛疲倦症狀，則控制車內報警裝置；
[0019]步驟3-3、若為嚴重駕駛疲勞症狀，則控制車內報警裝置並執行步驟3-5 ；
[0020]步驟3-4、若為正常駕車狀態，則返回執行步驟3-1 ；
[0021]步驟3-5、手機模塊給駕駛員監控人員發送簡訊報警。
[0022]採用基於生理信息分析的疲勞駕駛遠程監測與報警系統進行查詢的方法，包括步驟如下:
[0023]步驟1、手機模塊實時判斷有無檢測查詢信息，若有，則執行步驟2，若無，則返回執行步驟I ;
[0024]步驟2、由下位機至上位機發送查詢指令；
[0025]步驟3、上位機將駕駛員駕駛狀態發送至下位機；
[0026]步驟4、下位機將信號發送至手機模塊，手機模塊發送簡訊至駕駛員監控人員手機。
[0027]本發明優點:
[0028]本發明一種基於生理信息分析的疲勞駕駛遠程監測與報警系統和方法，利用手機模塊可使駕駛員監控人員實時查詢駕駛員的駕車狀態，及時提醒防止駕駛員疲勞駕駛；當駕駛員處於疲勞駕駛狀態時，本發明可以通過分析腦電信號及時報警，若駕駛員仍堅持駕車，下位機通過控制手機模塊發送報警信息至監控人員手機，從而提高駕駛員疲勞駕駛的檢測預警能力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]圖1為本發明一種實施例裝置結構框圖；[0030]圖2為本發明一種實施例腦電採集裝置的電極連接示意圖；
[0031]圖3為本發明一種實施例遠程監測與報警部分電路原理圖；
[0032]圖4為本發明一種實施例單片機A工作流程圖；
[0033]圖5為本發明一種實施例單片機B工作流程圖；
[0034]圖6為本發明一種實施例基於生理信息分析的疲勞駕駛監測與報警流程圖；
[0035]圖7為本發明一種實施例上位機數據處理流程圖；
[0036]圖8為本發明一種實施例大腦α波活躍程度示意圖；
[0037]其中:Α)為正常狀態下大腦α波活躍程度示意圖；Β)為疲勞駕駛狀態下大腦α波活躍程度示意圖；
[0038]圖9為本發明一種實施例下位機報警功能流程圖；
[0039]圖10為本發明一種實施例駕駛員狀態查詢流程圖。
【具體實施方式】
[0040]下面結合附圖，對本發明的實施例做進一步說明。
[0041]圖1為本發明一種實施例裝置結構框圖，該裝置包括腦電採集裝置、上位機和下位機，該系統還包括手機模塊，其 中，腦電採集裝置輸入端連接駕駛員的大腦皮層，腦電採集裝置輸出端傳輸腦電信號至上位機，上位機輸出疲勞信號至下位機，下位機輸出報警信號至手機模塊。本發明實施例中，腦電採集裝置採用東北大學生物電子實驗室設計的腦機接口 BC1-1I腦電採集設備，上位機採用PC機，下位機採用兩個STC89C52型號單片機，手機遠程通訊模塊採用TC35型手機模塊。如圖2所示，腦電採集裝置通過六個電極連接人腦Fpl、Fp2、P3、P4、Fz、Pz位置，另外腦電採集裝置通過USB埠與PC機相連，PC機九針串口連接下位機單片機A的九針串口。
[0042]圖3為本發明一種實施例遠程監測報警與查詢部分電路原理圖。包括下位機(STC89C52型號單片機A、STC89C52型號單片機B)和手機模塊TC35。
[0043]駕駛員狀態監測報警功能實現:上位機通過串口 DB9 (九針串口)將數據傳給下位機單片機A DB9串口(九針串口)，單片機A對數據進行分類後，將報警信號發送給單片機B，單片機A的P00、P01、P02、P03引腳分別連接單片機B的P10、Pll、P12、P13引腳。單片機B收到信號後，調用簡訊發送程序，控制手機模塊TC35發送簡訊，從而實現報警功能，其中單片機B的P20、RXD、TXD引腳連接手機模塊TC35的IGT、TxDO, RxDO引腳。
[0044]本發明實施例中，單片機A通過串口 DB9 (九針串口)接收上位機發出的數據；如圖4所示，單片機A接收到數據後，判斷單片機A的POO引腳是否置0，若置O則單片機A將查詢指令發給上位機，上位機根據駕駛員腦電信號將狀態數據發給單片機A，單片機A將狀態數據分類；若未置O則單片機A直接判斷接受數據，並進行狀態數據分類。本實施例中採用十六進位「0X01」、「0X02」、「0X03」代碼作為數據指令，對駕駛員狀況進行正常駕駛、輕度疲勞和嚴重疲勞的分類，若等於十六進位「0X01」代碼則單片機A引腳POl置0，控制車內揚聲器報警，單片機A將置O信號並發送至單片機B的Pll引腳，延時I秒後單片機A的Ρ00、Ρ01、Ρ02、Ρ03引腳置I ;若等於十六進位「0X02」代碼則單片機A引腳Ρ02置0，同時車內揚聲器報警，單片機A將置O信號並發送至單片機B的Ρ12引腳，延時I秒後單片機A的Ρ00、Ρ01、Ρ02、Ρ03引腳置I ;若數據等於十六進位「0X03」代碼，則單片機A引腳Ρ03置0，單片機A將置O信號並發送至單片機B的P13引腳，延時1秒後單片機4的？00、？01、？02、卩03引腳置I ;
[0045]如圖5所示，單片機B接收單片機A傳遞的數據後，因為駕駛員嚴重疲勞報警優先級高於查詢功能的優先級，因此單片機B首先判斷P12引腳是否置0，若置O則單片機B通過引腳P20發送信號至手機模塊TC35，手機模塊TC35發送「嚴重疲勞」報警信息至駕駛員監控人員手機；若P12引腳未置0，則判斷手機模塊TC35接收查詢信息，若收到查詢簡訊，則單片機B將引腳PlO置O (延時I秒置I)並傳遞至單片機A的POO引腳，單片機A將查詢指令發給上位機，上位機根據駕駛員腦電信號將狀態數據發給單片機A，單片機A將狀態數據分類，並將狀態數據發給單片機B，若單片機B的P12引腳置O則控制手機模塊TC35發送「嚴重疲勞」信息至駕駛員監控人員手機；若單片機B的Pll引腳置O則控制手機模塊TC35發送「輕度疲勞」信息至駕駛員監控人員手機；若單片機B的P13引腳置O則控制手機模塊TC35發送「正常駕駛」信息至駕駛員監控人員手機。
[0046]採用基於生理信息分析的疲勞駕駛遠程監測與報警系統進行遠程監測與報警的方法，，如圖6所示，包括步驟如下:
[0047]步驟1、腦電採集裝置實時採集駕駛員在駕車時的腦電信號；
[0048]腦電採集裝置的佩戴方式如圖2所示，腦-機接口 BC1-1I腦電採集設備通過六個電極連接人腦Fpl、Fp2、P3、P4、Fz、Pz位置；
[0049]步驟2、上位機對採集駕駛員腦電信號進行處理，並將駕駛員狀態數據發給下位機；
[0050]如圖7所示，包括步驟如下:`[0051]步驟2-1、對採集的駕駛員腦電信號進行小波變換並提取腦電信號；
[0052]步驟2-2、對處理後的腦電信號中8~13Hz α頻帶信號(即指頻率在8~13Hz的腦電信號)進行提取；
[0053]疲勞時人腦的枕部(腦電極P3、P4位置)的腦電信號中的α波有下降的趨勢，同時在大腦的額部(腦電極Fpl、Fp2位置)的腦電信號中的α波有上升的趨勢，如圖8所示。
[0054]步驟2-3、並判斷腦電信號中α頻帶信號的變化幅度，當α頻帶信號幅值變化在6%~15%範圍時，確認為出現駕駛疲倦症狀，上位機輸出十六進位「0X01」代碼至下位機，並返回執行步驟2-1 ；
[0055]步驟2-4、當α頻帶信號幅值變化在16%~25%範圍時，確認為出現嚴重駕駛疲勞症狀，上位機輸出十六進位「0X02」代碼至下位機，並返回執行步驟2-1 ；
[0056]步驟2-5、當α頻帶信號幅值變化小於6%時，確認為司機可以正常駕車狀態，上位機輸出十六進位「0X03」代碼至下位機，並返回執行步驟2-1。
[0057]步驟3、下位機根據狀態數據對駕駛員狀況進行正常駕駛、輕度疲勞和嚴重疲勞的分類，並根據不同的狀態數據控制車內報警裝置和手機模塊發送相應的簡訊信息至駕駛員監控人員手機；
[0058]如圖9所示，包括步驟如下:
[0059]步驟3-1、接收上位機發送數據；
[0060]步驟3-2、在下位機中判斷接收駕駛員狀態數據，若為駕駛疲倦症狀，即接收信號為十六進位「0X01」代碼，則控制車內報警裝置；[0061]步驟3-3、若為嚴重駕駛疲勞症狀，即接收信號為十六進位「0X02」代碼，則控制車內報警裝置並執行3-5 ；
[0062]步驟3-4、若為正常駕車狀態，即接收信號為十六進位「0X03」代碼，則返回執行步驟 3-1 ；[0063]步驟3-5、手機模塊給駕駛員監控人員發送簡訊報警。
[0064]採用基於生理信息分析的疲勞駕駛遠程監測與報警系統進行查詢的方法，如圖10所示，包括步驟如下:
[0065]步驟1、手機模塊實時判斷有無檢測查詢信息，若有，則執行步驟2，若無，則返回執行步驟I ;
[0066]步驟2、由下位機至上位機發送查詢指令；
[0067]步驟3、上位機將駕駛員駕駛狀態發送至下位機；
[0068]步驟4、下位機將信號發送至手機模塊，手機模塊發送簡訊至駕駛員監控人員手機。
【權利要求】
1.一種基於生理信息分析的疲勞駕駛遠程監測與報警系統，該系統包括腦電採集裝置、上位機和下位機，其特徵在於:該系統還包括手機模塊，其中，腦電採集裝置輸入端連接駕駛員的大腦皮層，腦電採集裝置輸出端傳輸腦電信號至上位機，上位機對採集腦電信號進行處理並提取α頻帶信號，根據α頻帶信號變化範圍輸出相應駕駛員狀態數據至下位機，下位機輸出報警信號至手機模塊。
2.採用權利要求1所述基於生理信息分析的疲勞駕駛遠程監測與報警系統進行遠程監測與報警的方法，其特徵在於:包括步驟如下: 步驟1、腦電採集裝置實時採集駕駛員在駕車時的腦電信號； 步驟2、上位機對採集駕駛員腦電信號進行處理，並將駕駛員狀態數據發給下位機； 步驟2-1、對採集的駕駛員腦電信號進行小波變換並提取腦電信號； 步驟2-2、對處理後的腦電信號中8~13Ηζ α頻帶信號進行提取； 步驟2-3、並判斷腦電信號中α頻帶信號的變化幅度，當α頻帶信號幅值變化在6%~15%範圍時，確認為出現駕駛疲倦症狀，輸出狀態數據至下位機並返回執行步驟2-1 ； 步驟2-4、當α頻帶信號幅值變化在16%~25%範圍時，確認為出現嚴重駕駛疲勞症狀，輸出狀態數據至下位機並返回執行步驟2-1 ； 步驟2-5、當α頻帶信號幅值變化小於6%時，確認為司機可以正常駕車狀態，輸出狀態數據至下位機並返回執行步驟2-1。 步驟3、下位機根據狀態數據對駕駛員狀況進行正常駕駛、輕度疲勞和嚴重疲勞的分類，並根據不同的狀態數據控制車內報警裝置和手機模塊發送相應的簡訊信息至駕駛員監控人員手機； 步驟3-1、接收上位機發送數據； 步驟3-2、在下位機中判斷接收駕駛員狀態數據，若為駕駛疲倦症狀，則控制車內報警裝置； 步驟3-3、若為嚴重駕駛疲勞症狀，則控制車內報警裝置並執行步驟3-5 ； 步驟3-4、若為正常駕車狀態，則返回執行步驟3-1 ； 步驟3-5、手機模塊給駕駛員監控人員發送簡訊報警。
3.採用權利要求1所述基於生理信息分析的疲勞駕駛遠程監測與報警系統進行查詢的方法，其特徵在於:包括步驟如下: 步驟1、手機模塊實時判斷有無檢測查詢信息，若有，則執行步驟2，若無，則返回執行步驟I ; 步驟2、由下位機至上位機發送查詢指令； 步驟3、上位機將駕駛員駕駛狀態發送至下位機； 步驟4、下位機將信號發送至手機模塊，手機模塊發送簡訊至駕駛員監控人員手機。
【文檔編號】H04M11/04GK103505224SQ201210216206
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月27日 優先權日:2012年6月27日
【發明者】王宏, 王福旺 申請人:東北大學