防疲劳驾驶预警系统

宋璐明 张宇 李坤坤 刘静茹 程不凡

（河南省焦作市河南理工大学 河南 焦作 454000）

引言

随着人们生活水平的提高，私家车逐渐普及，但一系列的问题也多了起来，比如疲劳驾驶。驾驶员长时间开车疲劳时，会出现视线模糊、动作呆板、精力不集中、反应迟钝等现象，这种状态往往容易发生交通事故，对人们生命财产造成损失。为了让人们的出行更加安全，我们设计了一种防疲劳驾驶预警系统，为人们的安全出行进一步保驾护航。

1 设计方案

1.1 设计思路

该防疲劳驾驶预警系统有三部分组成，分别是：车载设备端、阿里云端、手机端APP。车载设备端由瞳孔识别测速模块、超声传感定位模块、心率血氧测定模块、语音提醒模块、ARM系统控制模块以及震动模块组成。其中，瞳孔识别和超声波定位模块用于测定驾驶员的眨眼频率和驾驶员头部空间位置。该模块由超声波传感器和识别瞳孔摄像头组成，位于驾驶位顶部。方向盘两侧装有心率血氧模块，用于检测驾驶员心率及血氧溶度。方向盘左侧装有ARM系统，该系统根据驾驶员的眨眼速率、头部偏移程度、心率和血氧浓度进行综合分析从而判断驾驶员的疲劳程度。驾驶员处于微困状态时，进行语音和震动提醒。在方向盘外侧置入的心率血氧模块是以MAX30100芯片为内核的，只需要将手指头紧贴在传感器上，就能估计脉搏血氧饱和度及脉搏。酒精检测模块能够对驾驶员是否酒驾进行判断。分布式酒精传感器位于方向盘上方。阿里云端功能在于与车载设备端建立联系，并接收设备端采集的驾驶信息（心率血氧浓度、酒精浓度、驾驶时长、车辆位置）。同时APP也是基于阿里云的可视化开发，通过开发的APP可以随时观看到与之对应的机动车的相关信息，并且手机APP有一键代驾功能，通过定位机动车位置给代驾公司发送代驾需求，为酒后需要出现的同志带来了便利。并且手机APP也可控制车载设备，通过发送指令至云端，云端再下达指令至设备端，有一定的远程控制功能。

1.2 工作流程

该系统有三部分组成，具体工作流程如图1。

该预警系统的车载设备端，由在驾驶位顶部置入装有超声波传感器系统的瞳孔识别摄像头，进行检测驾驶员的头部位置和眨眼频率。超声传感模块通过发送和就接收超声波，利用时间差和声音传播速度，计算出模块到前方障碍物的距离，从多方向多角度对驾驶员的具体位置进行检测。根据实验数据表明，正常情况下驾驶员在行车过程中头部的相对位置总是保持在30-40厘米的范围内。若驾驶员在行车过程中头部的相对位置处于25厘米以下，则判断驾驶员处于疲劳状态。摄像头双目立体视觉来检测驾驶员的眨眼频率。人在疲劳状态下，眨眼频率会比清醒状态下频率高。在正常情况下，人的眨眼频率为20次/min。根据华盛顿大学约翰教授的研究表明：人的眨眼频率以及眨眼时睁眼闭眼的时间受到大脑的直接控制。驾驶员在驾驶速度快、精神高度紧张的情况下眨眼频率低；在处于疲劳的状态下，眨眼频率变高，闭眼时间增长。在微困的状态下，人的眨眼频率约为30次/min；在瞌睡的状态下，人的眨眼频率约为10次/min。

该系统的阿里云端功能在于与车载设备端建立联系，并接收设备端采集的驾驶信息，如图2（心率血氧浓度、酒精浓度、驾驶时长、车辆位置），能够进行及时的查看以及对驾驶员进行提醒。同时APP也是基于阿里云的可视化开发，通过开发的APP可以随时观看到与之对应的机动车的相关信息，如图3，更进一步保障了驾驶员的安全驾驶。同时手机APP还配备有一键代驾功能，通过定位机动车位置给代驾公司发送代驾需求，为酒后需要代驾的同志带来了便利。手机APP也可控制车载设备，通过发送指令至云端，云端再下达指令至设备端，有一定的远程控制功能，能够极大程度保障驾驶员安全驾驶。

从上述分析可知，该装置通过多种传感器检测并赋以它们不同的权重，来判断驾驶员是否达到触发瞌睡提醒的范围。在检测装置中，设置眨眼频率的权重为40%，血氧含量的权重为20%，心率数据权重为20%，超声波检测的驾驶员的头部偏移位置数据权重为20%。通过ARM控制器实现指令的发送和接收，当检测到驾驶员疲劳时时，该系统通过给予驾驶员语音提醒来唤醒他，以此避免事故的发生。

2 结语

本文所设计的防疲劳驾驶预警系统就是一种通过各种方式实时监测人们在开车的时候的一种精神状态，进而根据不同的状态做出不同的反应，不仅更加保障了人们的出行安全，而且对汽车方面的完善和改革也具有有重大意义。