基于树莓派4B的司机疲劳驾驶警报系统

王健，杨秀奇，王亚威

（辽宁科技大学 电信学院，辽宁 鞍山 114000）

0 引言

随着科技的不断发展，汽车已经成为了我们生产生活中必不可少的交通工具，而交通事故也成为一个很大的问题，安全出行也成了每一位驾驶人的愿望。公安部交通局的统计数据显示：由于疲劳驾驶导致的交通事故占总交通事故的21%，而且数据还在不断上升。分析了疲劳驾驶的相关实例以及疲劳驾驶使司机的一些表现，为了避免因疲劳驾驶而导致的交通事故，设计了基于树莓派4B的司机疲劳驾驶报警系统。

1 疲劳驾驶报警发展现状和问题分析

目前我刚现存的疲劳驾驶检测报警系统，也在不断的发展当中，但是有很多的不足的地方。经研究分析，主要有这几部分原因不足：

（1）目前大多数汽车没有疲劳驾驶识别装置。我国大多数的汽车内还未安装疲劳驾驶识别装置，这就导致存在疲劳驾驶出现时也无法进行警报，进而可能导致交通事故的发生[1]。

（2）公路电子眼检测。公路旁电子眼检测车辆驾驶人的情况，但是公路电子眼只能检测到比较明显的驾驶人动作。而在无公路电子眼的地方则无法进行疲劳驾驶检测，所以还会存在一定的弊端。

（3）疲劳驾驶检测错误率高。现存的疲劳驾驶装置大多都是通过单片机加单目摄像头进行处理，所以导致处理速度和准确率太低，无法准确及时的进行疲劳驾驶警报[2]。

2 系统总体方案设计

经过数据分析和考虑到了对图像的处理能量以及疲劳检测的准确性，系统的总设计如图1所示。系统分为图像采集输入模块、人工智能计算模块、通信模块、显示输出模块四大部分组成。图像输出采集模块由AI摄像头、语音采集模块等组成；人工智能计算模块由视/音频解码芯片、存储器、数字信息处理芯片、控制器组成；通信模块由无线模块、蓝牙模块、有线模块组成；显示输出模块由服务器、移动终端、显示器组成[3-4]。

图1 系统总设计图

图像采集输入模块包括AI摄像头和语音采集模块，AI摄像头能够同时选中多张人像进行摄像和拍照，保证驾驶员人像的清晰。人工智能计算模块包括视/音频解码芯片、存储器、数字信号处理芯片和控制器，图像采集输入模块输入的信号经过视/音频解码芯片完成对模拟视频和音频信号的数字化，经过视/音频解码芯片处理，信号再经过数字信号处理芯片进行信号变换、滤波、检测和快速运算，在存储器端进行存储，最终将所有数据传送至控制器[5-7]。显示输出模块包括服务器、移动终端和显示器，服务器用来存储所有车内人员的数据信息，同时对驾驶员的状态进行设定，移动终端用来实现在手机终端实时观看车内人员的数据，显示器实时显示驾驶员疲劳程度参数与阈值参数进行对比。

图像采集模块采集到的的视频和音频信号通过视/音频解码芯片将模拟量完成数字化，并传输给数字信号处理芯片进行信号变换、滤波、检测和快速运算，将所有存储器内和数字信号处理芯片处理后的数据都传输给控制器，在控制器内进行编程，将数据信号在程序中完成数据管理的逻辑关系，通过通信装置分别存储在服务器和手机终端，并实时在显示器上显示所需的参数，达到高效检查目的。如图2所示。

图2 图像存储等设计图

3 下位机系统设计

疲劳驾驶检测系统下位机的的设计方案如图所示。选用了目前社会流行的树莓派4B作为控制芯片，因为其对代码数据的处理速度快，而检测图像数据对处理器的处理速度要求很高，所以经过不断的实验最终选定了树莓派4B作为本系统的下位机核心处理单元，AI摄像头采用了OPENCV，opencv内有集成处理器可以先将采集的数据进行初步的处理，然后再向树莓派进行传输。声音报警系统报警系统则选用蜂鸣器，因为蜂鸣器供电要求低只需很低的电压就可以驱动它进行工作[8]。供电系统采用车载电源进行供电。每当车启动后改系统就会运行。如图3所示。

图3 下位机具体结构框图

4 上位机系统设计

上位机软件的主要数据处理环节如图4所示，主要包括4个子模块：数据接收单元、数据字典维护、数据查询单元、数据显示单元、数据备份和数据恢复。此设计可以快速准确的判断车辆驾驶员情况。

图4 控制中心软件功能框图

数据接收单元将下位机系统发送过来的数据进行存储，并将数据与预先设置好的数据进行对比，如有发现异常则进行一次数据存储，然后进行第二次检查，经过反复的数据接收和数据对比最终形成下一步的执行命令。数据查询单元则是对之前的数据进行查询，如有遇到错判或者错误报警等情况便于更好的进行判断。设立数据字典维护单元的目的是对核心数据进行存储，防止数据代码跑飞。数据显示单元进行数据的实时显示，上位机当检查到异常数据后将数据重点显示出来，从而更好的进行警告等功能。数据备份和灾难恢复单元则是为突发事件设立的单元，当遇到突发事件断电或其他情况导致设备瘫痪实时数据丢失时，通过本系统访问本地数据库中的数据进行上传，软件数据库则采用Microsoft SQL Server，可以更加准确地储存数据信息，并通过SQL语言进行查询。

5 结语

该系统会自动进行，并持续调用摄像头，捕捉视频和图片，监测疲劳值。在驾驶过程中，类似打哈欠，高频率闭眼，半睡半醒状态，进入睡觉，超过最长允许驾驶时间（可设置），都会增加相应的疲劳值。当疲劳值超过设定的阈值时，会导致该装置发出声音的提醒；当疲劳值超过最高允许值时，会触发疲劳驾驶警报，发出警报声并弹出警告窗口，如果司机还不减速停车进行调整，则会通过电话模块向交通进行自动报警。从而，及时的提醒或惊醒用户，使得用户手动或声控地解除警报或提醒，并及时的寻找地方停车休息。从而此有效的避免了驾驶人的疲劳驾驶，消除了疲劳驾驶的严重的安全隐患。