汽车驾驶员防疲劳驾驶报警系统的设计

王景利

（德州学院汽车工程学院，山东 德州 253000）

汽车驾驶员防疲劳驾驶报警系统的设计

王景利

（德州学院汽车工程学院，山东 德州 253000）

疲劳驾驶是诱发交通事故的重要原因之一，每年的交通事故中疲劳驾驶占重要的比重。为了减少因疲劳驾驶引起的特大恶性交通事故，设计了一套预防驾驶员疲劳的自动报警系统，利用摄像头对驾驶员的眼部区域和脸部图像信息进行采集，并经过图像进行处理，从而获取驾驶员疲劳状态并响应发出报警信号，该系统很好的保证了其性能，提高系统判定定的准确率。

疲劳驾驶；报警系统；系统的实现

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.11.032

CLC NO.: U463.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)11-87-03

引言

据研究报告显示，每年的死亡人数中有百分之二点二是道路交通事故导致的，而这其中百分之五十七的灾难性事故与驾驶员疲劳驾驶有关。驾驶疲劳通常是指驾驶人在一定长的时间内长时间行车后，产生疲倦、四肢僵硬、麻木、判断能力下降，出现动作迟误或过早转动方向盘的现象[1]。在当今人们生活节奏的加快使得驾驶员得不到充分的休息。据研究，近几年疲劳驾驶是诱发交通事故发生的重要的原因之一[2]。因此，研发汽车防疲劳驾驶系统技术来预防驾驶员疲劳驾驶是非常有实用意义的。

1、方案设计

1.1系统方案

首先用摄像头采集出驾驶员眼部和驾驶员的脸部和眼部区域的信息，然后在眼部区域中分析眼睛特征，并根据眼部运动的图像特点,采用图像信息的跟踪方法对眼部信息进行跟踪，进一步提高驾驶员眼部区域的检测准确度，最后根据系统检测出驾驶员眼睛的闭合时间的快慢和眨眼的频率等信息来判断驾驶员是否处于疲劳驾驶的状态。当汽车驾驶员没有处于疲劳状态时，该报警系统将会自动休眠，十五分钟以后，系统进行复位，并重新开始新的检测。

图1　系统方案流程图

1.2工作原理

当驾驶员将汽车起动后，车辆有一定的速度后，报警系统的摄像头启动。将会获取驾驶员的脸、眼的区域信息，然后进行图像信息的处理，并将处理后的信息输进行车电脑中。ECU会将输入的信息做识别、整合处理，然后，电脑将处理后的信号输出到报警装置。如果驾驶员有疲劳驾驶的行为，则就会指示报警系统就会进行灯光闪烁并且蜂鸣声想起提醒驾驶员存在疲劳驾驶的风险。提醒驾驶员采取相应措施避免疲劳驾驶。

2、系统结构及实现

2.1硬件结构

图2　系统硬件原理图

疲劳监测系统的硬件由三个电路部分组成。摄像头，DSP系统板和音视频压缩板。摄像头输出驾驶员的眼部和脸部区域信息等标准视频信号。DSP系统板包括DSP系统电路、CPLD译码电路以及存储器扩展电路和网络通信接口电路。音视频压缩板则包括视频采集电路，电源模块和异步串行通信电路以及音频编解码电路。而疲劳监测系统的外部接口有多个电源输入接口，包括音频输入输出接口和网络通信接口以及报警输出接口。DSP系统电路包括存储器扩展和DSP括配置以及时钟的电路。这其中DSP系统为该报警系统的最重要控制部分。主要完成驾驶员眼部区域信息的判断和识别、疲劳判断和视频编码以及网络传输控制等各项任务。网络接口部分则由以太网控制器组成，提供自适应以太网接口。CPLD译码电路为FLASH提供分页和片选信号为UART的两个通道提供片选信号，为ESAM模块提供数据的输入及输出通道和复位信号。视频解码器将转换成数字信号。异步串行接口芯片为TL16C550C，提供RS—48接口，用来控制解码器或其它配套监控设备。电源模块输入为12伏的电压，其中12伏电压给摄像头提供电压，电压经过处理、降压后得到5伏、3伏和1.4伏的电压，其中一点四伏的电压给DSP和其它电路提供电压。

2.2软件信息的处理

车载摄像头采集的是驾驶员的图像信息，并不是车辆的信息，并将其输入到行车电脑，车载摄像头一般会采集司机的头部、脸部、眼睛、最主要的还是对驾驶员眼睛的信息进行采集。然后行车电脑会对采集的信息进行加工、处理、分析、判断。司机在驾车的清醒阶段，眼睛睁开的大小程度基本上是没有变化的，而在轻度疲劳驾驶阶段，眼睛睁开的幅度会发生改变，眼睛会变小。有时候眼睛处于半闭的状态。但是在中度和重度疲劳阶段，司机很有可能会出现巧眼闭眼等情况，甚至会出现闭眼几秒钟的严重情况。因此，通过对司机眼睛的定位，进而判断驾驶员是否存在眩眼的情况，就可以辨别驾驶员是否处于疲劳驾驶的行为状态。

图3　眼睛闭和时间与事故发生时间的关系

2.3报警装置的设计

语音报警器装置使用8031单片机设计, 报警信号是通过高电平或低电平信号(与汽车的ECU系统相连接)，从外部输入的信号经过输入电路，并通过8255并行接口送往8031处理。如果其中某一个参数超出限制，相应该参数报警回路的低电平或者高电平相应的信号输入到8031单片机中，通过驱动闪光电路使相应的指示灯发出闪烁现象,并通过放音电路进行语音包报警。下图中EPROM[3]为单片机的程序存储器。另外语音报警器还具有三个功能按钮。

图4　报警装置工作原理

复位电路：通过8031单片机，将预先设置好存在程序存储器中的程序读取，然后通过并行接口分别输送到放音电路和闪光电路，擦除所有使用过的报警和静音标志，并重新设置语音报警器的参数设置。

静音电路：通过8031单片机，将预先设置好存在程序存储器中的程序读取，然后通过并行接口，将读取的程序输送到放音电路，此时，报警声音停止，只有灯的闪烁来提醒报警，该电路只是灯光闪烁，不出声音，直至此电路报警解除。

检验电路：通过8031单片机，将预先设置好存在程序存储器中的程序读取，然后通过并行接口将读取出来的程序输送到每个电路的回路中，用来检验每个电路的状况，置便会自动检验灯光闪动并回放所有电路相应语音，语音回放完毕以后该电路灯灭。

3、结论

在对比其他报警系统后得出该报警系统的优点明显，易于普及并且效果显著，功能全面的报警器的方案。并对其功能结构等方面组成进行分析和研讨，得出其工作原理，很好的解决了问题。

在这次设计中上，形成了疲劳驾驶预警系统的整体设计方案。设计了司机防疲劳驾独系统，介绍了每一个数据处理的与原理，分析了系统的工作原理，具有良好的实用价值。

本次报警系统，可准确有效地检测到驾驶员的疲劳驾驶状态，在研究了目前现有的报警系统后，发现此系统有较高的精准性，功能全面，并最终得出了这种系统的优越性能。

[1]韩相军.基于DSP的驾驶疲劳实时检测系统研究[D]北京首都师范大学.2006.

[2]梁路宏.等人脸检测研究综[J].述计算机学报.2002 25(5)449-458.

[3]刘德海.500号工厂电气设备.[D]大庆天然气公司,1984.

[4]张毅刚,彭喜源,潭小购]CS一51单片机应用设计.哈尔滨工业大学出版社,1997.

[5]毛喆机动车疲劳驾驶行为识别方法的研究[D].武汉：武汉理工大学.2009.

Design motorists anti-fatigue driving alarm system

Wang Jingli
( DeZhou University of Automotive Engineering, Shandong Dezhou 253000 )

driver fatigue is one of the important factors leading to traffic accidents each year because of serious traffic accidents caused by driver fatigue. In order to reduce traffic accidents caused by driver fatigue King malignancy caused by driver fatigue design a preventive automatic alarm system, using the camera to capture the driver's face image after image processing to obtain state driver fatigue and an alarm signal in response to the system ensures a good performance, improve the accuracy of the system determined.

driver fatigue; alarm system; implementation of the system

U463.6

A

1671-7988 (2016)11-87-03

王景利，(1993-），男，本科，就职于德州学院汽车工程学院。方向：车辆工程。