接觸式實時疲勞駕駛檢測系統的製作方法

2023-05-18 21:13:51

專利名稱：接觸式實時疲勞駕駛檢測系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種接觸式實時疲勞駕駛檢測系統，特別是一種具有基於現場可 編程邏輯陣列FPGA晶片、接觸式圖像採集輸入設備的嵌入式疲勞報警系統。
背景技術：
美國聯邦公路管理局FHWA討論了 PERCL0S (單位時間內眼睛閉合時間所佔的百分 率)和其他眼睛活動測量方法作為判定疲勞程度依據的有效性，確認判定機動車駕駛疲勞 最好的方法是測量PERCL0S數值。而目前採用的解決方案一般都是通過圖像傳感器採集圖 像的非接觸式檢測。這種圖像採集系統在眼睛跟蹤速度以及跟蹤的準確率上有待提高，系 統體積大、價格昂貴、不宜攜帶。同時，構建這樣的疲勞駕駛檢測系統耗費大量的時間，延長 工作周期。
發明內容為了解決現有技術中存在的上述缺陷，本實用新型的目的是提供一種體積小、價 格低、便於攜帶的、接觸式實時疲勞駕駛檢測系統。由光學傳感器、眼鏡支架構建眼部信息 採集系統，通過基於FPGA的嵌入式系統進行計算眨眼持續時間和PERCL0S (單位時間內眼 睛閉合時間所佔的百分率)兩個參數來判斷疲勞程度完成本系統的數據分析記錄和駕駛 員疲勞駕駛報警等功能。為了實現上述目的，本實用新型採用如下技術方案一種接觸式實時疲勞駕駛檢 測系統，包括一帶有電源插座的電路板，在該電路板上固裝有一可編程控制器2，與該可編 程控制器2的不同引腳分別連接並固裝在該電路板上的還有一組電源模塊1、一個為系統 提供啟動檢測的撥動開關3、眼部信息採集模塊4、報警模塊5、一組反映疲勞程度數值的數 碼管顯示模塊6、一個為系統存儲眼部採集信息的存儲模塊7和一連接有下載模塊9的主動 串行配置模塊8 ；其特徵在於所述眼部信息採集模塊4包括一個光學傳感器和一副眼鏡支 架。下載模塊通過一個JTAG電纜與外設的微型計算機主機的通用串行總線接口連接。優選地，所述可編程控制器2是門陣列FPGA晶片。進一步優選地，所述門陣列FPGA晶片為Xi 1 inx Spartan 3E FPGA器件的 XC3S500E-PQ208。優選地，所述存儲模塊7是SRAM存儲模塊，其輸出端與所述FPGA晶片的存儲埠 23連接，用於存儲疲勞程度分析信息。優選地，所述主動串行配置模塊8是主動串行XCF04S配置模塊。優選地，所述數碼管顯示模塊6是七段數碼管顯示模塊，由4個數碼管組成，與 FPGA晶片的數碼顯示埠相連。優選地，所述下載模塊9通過一個JTAG電纜與外設的微型計算機主機的通用串行 總線接口連接。還優選地，所述報警模塊5由一個LED顯示燈和蜂鳴器組成，並分別與FPGA晶片的報警埠相連。還優選地，所述撥動開關3的輸出端與所述FPGA晶片的撥動開關埠 24連接。進一步優選地，所述眼部信息採集模塊4的輸出端與所述FPGA晶片的信息採集端 口 22連接。本實用新型採用如上技術方案，其有益效果如下1、疲勞機理的研究表明人在疲勞時眼睛的眨眼頻率和眼睛的閉合時間會發生變 化，這種車載的、接觸式的、實時的駕駛疲勞檢測設備針對疲勞檢測算法中大數據量、高速 傳輸、複雜運算的實際需要，構建由光學傳感器、眼鏡支架等組成的眼部信息採集系統，使 駕駛員通過佩戴附有光學傳感器的眼鏡支架，即可以進行疲勞程度檢測分析。2、採用可編程控制器作為系統設計的核心晶片，將撥動開關、存儲器、LED輸出設 備、蜂鳴器、數碼管顯示輸出設備以及電源模塊與可編程控制器分別連接，並整合於一塊電 路板上，使用方便，體積小，便於攜帶。3、通過JTAG下載接口可實現JTAG 口和PROM 口的系統軟核下載，並支持*. bit和 *. mcs兩種文件的下載。4、所用的系統可編程邏輯陣列FPGA晶片及連接的各個部件整合成的接觸式實時 疲勞駕駛檢測系統，可以實時檢測出駕駛員的疲勞狀態，隨時進行疲勞程度分析以及疲勞報警。


圖1為本實用接觸式實時疲勞駕駛檢測系統的總體連接架構框圖。 圖2為圖1的接觸式實時疲勞駕駛檢測系統的電路板的實際布局圖<
1、電源模塊 22、信息採集埠 3、撥動開關 51、報警埠 8、EPCS配置模塊
2、FPGA晶片 23、存儲埠 4、信息採集模塊 6、數碼管顯示模塊 81、下載埠
21、配置埠 24、波動開關埠 5、報警模塊 7、存儲模塊 9、下載模塊
具體實施方式
以下結合附圖詳細說明本實用新型的具體技術方案。如圖1、圖2所示，本實用新型的接觸式實時疲勞駕駛檢測系統設置為一塊設有電 源插座的印刷電路板。該電路板上固裝有一可編程控制器，優選地為一可編程門陣列FPGA 晶片2，與該FPGA晶片不同引腳分別連接並固裝在電路板上的還有一組電源模塊1、一個 為系統提供啟動檢測的撥動開關3、眼部信息採集模塊4、報警模塊5、一組反映疲勞程度數 值的七段數碼管顯示模塊6、一個為系統存儲眼部採集信息的SRAM存儲模塊7和一連接有 下載模塊9的主動串行XCF04S配置模塊8 ；其中，下載模塊9通過一個JTAG電纜與外設的 微型計算機主機的通用串行總線接口連接；眼部信息採集模塊4包括一個光學傳感器、眼 鏡支架；報警模塊由一個LED顯示燈和蜂鳴器組成。下面描述上述電路板上各部件的連接關係。由電源插座接入的+5V直流電源經電 源模塊1轉換為+3. 3V輸出的直流電源埠，直接為FPGA晶片2的XCF04S配置模塊8和下載模塊9供電；1位撥動開關3直接與FPGA晶片2的撥動開關埠 24連接，可為系統提 供1位二值輸入數據；一個眼部信息採集模塊4與FPGA晶片2的信息採集埠 22連接，可 為用戶採集眼部信息數據；一個SRAM存儲模塊7與FPGA晶片2的存儲埠 23連接，可以 存儲用戶的眼部信息數據；一個數碼管顯示模塊6與與FPGA晶片2的顯示埠 61連接，可 為系統測算的疲勞狀態PERCL0S(單位時間內眼睛閉合時間所佔的百分率)數值提供標準 七段數碼顯示輸出JTAG下載電纜與一下載晶片輸入端連接構成一下載模塊9，該下載模 塊的輸出端與主動串行XCF04S配置模塊8輸入端連接，主動串行XCF04S配置模塊8的輸 出端與FPGA晶片2的配置埠 21連接。其中，系統可編程邏輯陣列FPGA晶片2採用Xilinx公司Spartan 3E FPGA器件 的XC3S500E-PQ208，支持50MHz時鐘頻率，以供設計選用；該FPGA晶片通過配置埠 21與 主動串行XCF04S配置模塊8連接，下載模塊9通過下載埠 81與下載模塊8連接。電源 模塊1選用兩片型號為LM1085的電源模塊，分別為FPGA晶片2提供內核電壓(+1. 5V)和 I/O接口電壓(+3.3V)；下載模塊9通過JTAG接口可為用戶提供數據下載的接口，實現系統 軟核設計的下載驗證，並支持*. bit和*. mcs兩種文件的下載；眼部信息採集模塊4選用眼 鏡支架和光學傳感器採集眼部信息；SRAM存儲模塊7型號為ISSI IS61WV51216BLL，為用戶 提供數據存儲。其它部件，如撥動開關3、報警模塊5中包含的LED顯示燈和蜂鳴器、七段數 碼管顯示模塊6，均為市售通用產品。圖2為本實用新型所用的印刷電路板上所有部件的實際安裝布局圖。即將如圖1 所示的部件與時鐘、撥動開關等部件整合於一塊電路板上，其體積小，便於攜帶，可與多種 通用外部設備和微型計算機主機連接，可以實時地進行疲勞程度分析以及PERCL0S數值計 算，並在檢測出用戶疲勞狀態後進行疲勞報警。其中電路板上設置的50MHZ時鐘頻率作為 整個系統的工作時鐘。本實用新型的接觸式實時疲勞駕駛檢測系統的工作過程如下接觸式實時疲勞駕駛檢測系統的電路板上裝載的電源插座連接到+5V的直流電 源上，經過電路板上電源開關的控制，將外部+5V電源接入電源模塊1，電源模塊1即可為系 統提供+1. 5V和+3. 3V的直流工作電壓，還給系統FPGA晶片2、主動串行XCF04S配置模塊 8和下載模塊7供電。將系統上的JTAG與外設的微型計算機的USB接口連接，即可以完成 數據的下載。在系統運行過程中，駕駛員佩戴接觸式的眼鏡支架，其上的光學傳感器採集駕駛 員眼部生理信息，將反映眼睛閉合情況的信息傳送到FPGA晶片2中，通過在FPGA晶片2中 的數據處理和分析，計算眨眼持續時間和PERCL0S(單位時間內眼睛閉合時間所佔的百分 率)兩個參數，監測駕駛員的疲勞狀態。當兩個參數到達標準疲勞狀態的判定值時，報警系 統通過LED顯示燈和蜂鳴器發出明顯的光與聲的疲勞報警提示，以警示駕駛員應立即停止 駕駛，以免發生事故。同時，駕駛員也可以重新撥動啟動檢測的撥動開關3，達到系統復位以 及重新檢測的功能。
權利要求1.一種接觸式實時疲勞駕駛檢測系統，包括一帶有電源插座的電路板，在該電路板上 固裝有一可編程控制器(2)，與該可編程控制器(2)的不同引腳分別連接並固裝在該電路 板上的還有一組電源模塊(1)、一個為系統提供啟動檢測的撥動開關(3)、眼部信息採集 模塊(4)、報警模塊(5)、一組反映疲勞程度數值的數碼管顯示模塊(6)、一個為系統存儲眼 部採集信息的存儲模塊(7)和一連接有下載模塊(9)的主動串行配置模塊(8)；其特徵在 於所述眼部信息採集模塊(4)包括一個光學傳感器和一副眼鏡支架。
2.根據權利要求1所述的接觸式實時疲勞駕駛檢測系統，其特徵在於所述可編程控 制器(2)是門陣列FPGA晶片。
3.根據權利要求2所述的接觸式實時疲勞駕駛檢測系統，其特徵在於所述門陣列 FPGA 晶片為 Xilinx Spartan 3E FPGA 器件的 XC3S500E-PQ208。
4.根據權利要求2所述的接觸式實時疲勞駕駛檢測系統，其特徵在於所述存儲模塊 (7)是SRAM存儲模塊，其輸出端與所述FPGA晶片的存儲埠(23)連接。
5.根據權利要求1所述的接觸式實時疲勞駕駛檢測系統，其特徵在於所述主動串行 配置模塊(8)是主動串行XCF04S配置模塊。
6.根據權利要求1所述的接觸式實時疲勞駕駛檢測系統，其特徵在於所述數碼管顯 示模塊(6)是七段數碼管顯示模塊，由4個數碼管組成，與FPGA晶片的數碼顯示埠相連。
7.根據權利要求1所述的接觸式實時疲勞駕駛檢測系統，其特徵在於所述下載模塊 (9)通過一個JTAG電纜與外設的微型計算機主機的通用串行總線接口連接。
8.根據權利要求2所述的接觸式實時疲勞駕駛檢測系統，其特徵在於所述報警模塊 (5)由一個LED顯示燈和蜂鳴器組成，並分別與FPGA晶片的報警埠相連。
9.根據權利要求2所述的接觸式實時疲勞駕駛檢測系統，其特徵在於所述撥動開關 ⑶的輸出端與所述FPGA晶片的撥動開關埠(24)連接。
10.根據權利要求2所述的接觸式實時疲勞駕駛檢測系統，其特徵在於所述眼部信息 採集模塊(4)的輸出端與所述FPGA晶片的信息採集埠(22)連接。
專利摘要一種接觸式實時疲勞駕駛檢測系統，包括一帶有電源插座的電路板，在該電路板上固裝有一可編程控制器(2)，與該可編程控制器(2)的不同引腳分別連接並固裝在該電路板上的還有一組電源模塊(1)、一個為系統提供啟動檢測的撥動開關(3)、眼部信息採集模塊(4)、報警模塊(5)、一組反映疲勞程度數值的數碼管顯示模塊(6)、一個為系統存儲眼部採集信息的存儲模塊(7)和一連接有下載模塊(9)的主動串行配置模塊(8)；其特徵在於所述眼部信息採集模塊(4)包括一個光學傳感器和一副眼鏡支架。該接觸式實時疲勞駕駛檢測系統體積小、價格低、便於攜帶。
文檔編號G08B21/06GK201780652SQ20102023789
公開日2011年3月30日 申請日期2010年6月25日 優先權日2010年6月25日
發明者付明, 侯雪峰, 尚媛園, 李馨遲, 陳芳民, 馬森 申請人:首都師範大學