防疲勞駕駛預警系統

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 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，但一系列的問題也多了起來，比如疲勞駕駛。駕駛員長時間開車疲勞時，會出現視線模糊、動作呆板、精力不集中、反應遲鈍等現象，這種狀態往往容易發生交通事故，對人們生命財產造成損失。為了讓人們的出行更加安全，我們設計了一種防疲勞駕駛預警系統，為人們的安全出行進一步保駕護航。

1 設計方案

1.1 設計思路

該防疲勞駕駛預警系統有三部分組成，分別是：車載設備端、阿里云端、手機端APP。車載設備端由瞳孔識別測速模塊、超聲傳感定位模塊、心率血氧測定模塊、語音提醒模塊、ARM系統控制模塊以及震動模塊組成。其中，瞳孔識別和超聲波定位模塊用于測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別瞳孔攝像頭組成，位于駕駛位頂部。方向盤兩側裝有心率血氧模塊，用于檢測駕駛員心率及血氧溶度。方向盤左側裝有ARM系統，該系統根據駕駛員的眨眼速率、頭部偏移程度、心率和血氧濃度進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時，進行語音和震動提醒。在方向盤外側置入的心率血氧模塊是以MAX30100芯片為內核的，只需要將手指頭緊貼在傳感器上，就能估計脈搏血氧飽和度及脈搏。酒精檢測模塊能夠對駕駛員是否酒駕進行判斷。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備端建立聯系，并接收設備端采集的駕駛信息（心率血氧濃度、酒精濃度、駕駛時長、車輛位置）。同時APP也是基于阿里云的可視化開發，通過開發的APP可以隨時觀看到與之對應的機動車的相關信息，并且手機APP有一鍵代駕功能，通過定位機動車位置給代駕公司發送代駕需求，為酒后需要出現的同志帶來了便利。并且手機APP也可控制車載設備，通過發送指令至云端，云端再下達指令至設備端，有一定的遠程控制功能。

1.2 工作流程

該系統有三部分組成，具體工作流程如圖1。

該預警系統的車載設備端，由在駕駛位頂部置入裝有超聲波傳感器系統的瞳孔識別攝像頭，進行檢測駕駛員的頭部位置和眨眼頻率。超聲傳感模塊通過發送和就接收超聲波，利用時間差和聲音傳播速度，計算出模塊到前方障礙物的距離，從多方向多角度對駕駛員的具體位置進行檢測。根據實驗數據表明，正常情況下駕駛員在行車過程中頭部的相對位置總是保持在30-40厘米的范圍內。若駕駛員在行車過程中頭部的相對位置處于25厘米以下，則判斷駕駛員處于疲勞狀態。攝像頭雙目立體視覺來檢測駕駛員的眨眼頻率。人在疲勞狀態下，眨眼頻率會比清醒狀態下頻率高。在正常情況下，人的眨眼頻率為20次/min。根據華盛頓大學約翰教授的研究表明：人的眨眼頻率以及眨眼時睜眼閉眼的時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；在處于疲勞的狀態下，眨眼頻率變高，閉眼時間增長。在微困的狀態下，人的眨眼頻率約為30次/min；在瞌睡的狀態下，人的眨眼頻率約為10次/min。

該系統的阿里云端功能在于與車載設備端建立聯系，并接收設備端采集的駕駛信息，如圖2（心率血氧濃度、酒精濃度、駕駛時長、車輛位置），能夠進行及時的查看以及對駕駛員進行提醒。同時APP也是基于阿里云的可視化開發，通過開發的APP可以隨時觀看到與之對應的機動車的相關信息，如圖3，更進一步保障了駕駛員的安全駕駛。同時手機APP還配備有一鍵代駕功能，通過定位機動車位置給代駕公司發送代駕需求，為酒后需要代駕的同志帶來了便利。手機APP也可控制車載設備，通過發送指令至云端，云端再下達指令至設備端，有一定的遠程控制功能，能夠極大程度保障駕駛員安全駕駛。

從上述分析可知，該裝置通過多種傳感器檢測并賦以它們不同的權重，來判斷駕駛員是否達到觸發瞌睡提醒的范圍。在檢測裝置中，設置眨眼頻率的權重為40%，血氧含量的權重為20%，心率數據權重為20%，超聲波檢測的駕駛員的頭部偏移位置數據權重為20%。通過ARM控制器實現指令的發送和接收，當檢測到駕駛員疲勞時時，該系統通過給予駕駛員語音提醒來喚醒他，以此避免事故的發生。

2 結語

本文所設計的防疲勞駕駛預警系統就是一種通過各種方式實時監測人們在開車的時候的一種精神狀態，進而根據不同的狀態做出不同的反應，不僅更加保障了人們的出行安全，而且對汽車方面的完善和改革也具有有重大意義。