CN105205990B - 基于智能手表的驾驶员疲劳驾驶的预警系统及预警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于智能手表的驾驶员驾驶疲劳的预警系统，其基本思路为：分别通过智能手表内置的GPS模块和三轴加速度计监测手腕运动特征判断汽车驾驶员是否处于危险驾驶状态，当汽车驾驶员处于危险驾驶状态时，智能手表内置的CPU处理器通过三轴加速度计监测汽车驾驶员手腕的运动变化进一步判断汽车驾驶员是否处于疲劳驾驶状态，当汽车驾驶员出现疲劳驾驶状态时，CPU处理器触发振动电机的控制端，使得振动电机以振动模式对汽车驾驶员进行提醒；当疲劳驾驶状态解除后停止提醒，实现对汽车驾驶员的疲劳驾驶预警。
Description
技术领域
本发明属于疲劳驾驶预警技术领域，特别涉及一种基于智能手表的驾驶员疲劳驾驶的预警系统及预警方法。
背景技术
疲劳驾驶是交通事故发生的重要原因之一，使得疲劳驾驶的研究也越来越多。目前，国内外已经开发了多款疲劳驾驶预警系统，主要是利用人脸识别技术、生理检测设备和传感设备检测驾驶员的疲劳状态，但都需要额外添加辅助设备，不但成本高、可移动性差，而且不利于市场化。
本发明人发现，随着科技的不断进步，现在流行的智能手表上安装了三轴加速度计、GPS模块和振动电机，本发明人利用智能手表开发驾驶员疲劳驾驶预警器，能够大大减少成本，并且可靠性高、方便携带、结构简单，同时亦能加快疲劳驾驶预警器的市场化，减少交通事故的发生。
发明内容
针对以上所述存在问题，本发明的目的在于提出一种基于智能手表的驾驶员疲劳驾驶的预警系统及预警方法，该预警系统及预警方法能够利用汽车运行时汽车驾驶员手腕的运动状态，判断汽车驾驶员是否处于疲劳驾驶状态；当获知汽车驾驶员出现疲劳特征时，实时给予汽车驾驶员提醒。
本发明的基本原理：分别通过智能手表内置的GPS模块和三轴加速度计监测手腕运动特征判断汽车驾驶员是否处于驾驶状态，当汽车驾驶员处于驾驶状态时，智能手表内置的CPU处理器通过三轴加速度计监测汽车驾驶员手腕的运动变化判断汽车驾驶员是否产生疲劳状态，当汽车驾驶员出现疲劳驾驶状态时，CPU处理器触发振动电机的控制模块，使得振动电机以振动模式对汽车驾驶员进行提醒。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
技术方案1：
一种基于智能手表的驾驶员疲劳驾驶的预警系统，其特征在于，包括：三轴加速度计、GPS模块、CPU处理器、振动电机；CPU处理器通过三个I/O接口分别与振动电机的控制端、三轴加速度计、GPS模块电连接；
所述三轴加速度计，安装于汽车驾驶员手腕上的智能手表内，用于实时获取汽车驾驶员手腕分别在X轴、Y轴和Z轴摆动的加速度，并发送至CPU处理器；
所述GPS模块，安装于汽车驾驶员手腕上的智能手表内，用于实时计算汽车的速度，并发送至CPU处理器；
所述CPU处理器，用于实时接收汽车驾驶员手腕分别在X轴、Y轴和Z轴摆动的加速度，并据此确定汽车驾驶员手腕的动作特征，然后根据驾驶状态下汽车驾驶员手腕的动作状态，判定当前时刻汽车驾驶员是否处于驾驶状态；
如果当前时刻汽车驾驶员手腕的动作满足驾驶状态下汽车驾驶员手腕的动作状态时，CPU处理器确定当前时刻汽车驾驶员处于驾驶状态；
当CPU处理器确定当前时刻汽车驾驶员处于驾驶状态时，CPU处理器继续接收当前时刻汽车的速度，并据此判定当前时刻汽车驾驶员是否处于安全驾驶状态；
如果当前时刻汽车的速度大于汽车的速度设定阈值时，CPU处理器确定当前时刻汽车驾驶员处于危险驾驶状态；
当CPU处理器确定当前时刻汽车驾驶员处于危险驾驶状态时，CPU处理器继续接收当前时刻汽车驾驶员手腕的摆动幅度和摆动频率，并据此进一步判定当前时刻汽车驾驶员是否处于疲劳驾驶状态；
如果当前时刻汽车驾驶员手腕的摆动幅度大于汽车驾驶员手腕的摆动幅度设定阈值，且当前时刻汽车驾驶员手腕的摆动频率小于汽车驾驶员手腕的摆动频率设定阈值时，CPU处理器确定当前时刻汽车驾驶员处于疲劳驾驶状态，并触发振动电机的控制端；
所述振动电机，安装于汽车驾驶员手腕上的智能手表内，当CPU处理器触发振动电机的控制端时，振动电机以振动模式对汽车驾驶员进行提醒。
上述方案的进一步改进和特点在于：
所述三轴加速度计，为意法半导体LIS3DH三轴加速度计，检测精度高，可靠性好；
所述CPU处理器型号为骁龙处理器，技术成熟，处理性能高；
所述振动电机的型号为双振子马达，振动强度更大。
技术方案2：
一种基于智能手表的驾驶员疲劳驾驶的预警方法，基于一种基于智能手表的驾驶员疲劳驾驶的预警系统，所述基于智能手表的驾驶员疲劳驾驶的预警系统包括：GPS模块、三轴加速度计、CPU处理器、振动电机，其特征在于，所述基于智能手表的驾驶员疲劳驾驶的预警方法，包括以下步骤：
步骤1，利用三轴加速度计实时获取汽车驾驶员手腕分别在X轴、Y轴和Z轴摆动的加速度，确定汽车驾驶员手腕的动作特征，并根据驾驶状态下汽车驾驶员手腕的动作状态，判定当前时刻汽车驾驶员是否处于驾驶状态；
如果当前时刻汽车驾驶员手腕的动作满足驾驶状态下汽车驾驶员手腕的动作状态时，判定当前时刻汽车驾驶员处于驾驶状态，进行步骤2。
步骤2，分别确定汽车的速度设定阈值、汽车驾驶员手腕的摆动幅度设定阈值和摆动频率设定阈值。
步骤3，利用GPS模块用于实时获取汽车的速度，并发送至CPU处理器。
步骤4，CPU处理器实时接收汽车的速度，如果获知当前时刻汽车的速度小于等于汽车的设定速度阈值时，返回步骤3；
如果获知当前时刻汽车的速度大于汽车的设定速度阈值时，进行步骤5。
步骤5，利用三轴加速度计实时获取汽车驾驶员手腕的摆动幅度和摆动频率，并发送至CPU处理器。
步骤6，CPU处理器实时接收汽车驾驶员手腕的摆动幅度和摆动频率，并根据汽车驾驶员手腕的摆动幅度设定阈值和摆动频率设定阈值，判定当前时刻汽车驾驶员是否处于疲劳驾状态；
如果获知当前时刻汽车驾驶员手腕的摆动幅度小于等于汽车驾驶员手腕的摆动幅度设定阈值，且当前时刻汽车驾驶员手腕的摆动频率大于等于汽车驾驶员手腕的摆动频率设定阈值时，返回步骤5；
如果获知当前时刻汽车驾驶员手腕的摆动幅度大于汽车驾驶员手腕的摆动幅度设定阈值，且当前时刻汽车驾驶员手腕的摆动频率小于汽车驾驶员手腕的摆动频率设定阈值时，CPU处理器确定当前时刻汽车驾驶员处于疲劳驾驶状态，进行步骤7。
步骤7，当CPU处理器认为当前时刻汽车驾驶员处于疲劳驾驶状态时，会触发振动电机的控制端，振动电机以振动模式对汽车驾驶员进行提醒。
本发明的有益效果：使用本发明方法能够获知汽车驾驶员是否处于驾驶状态；当确定汽车驾驶员处于驾驶状态时，使用本发明方法能够获知汽车驾驶员是否处于危险驾驶状态；当判定汽车驾驶员处于危险驾驶状态，使用本发明方法能够获知汽车驾驶员是否处于疲劳驾驶，当确定汽车驾驶员处于疲劳驾驶状态时，能够实时给予汽车驾驶员提醒；当疲劳驾驶状态解除后停止提醒，实现疲劳驾驶预警；并且，在进行整个驾驶员疲劳驾驶的预警系统过程中，不需要添加额外设备，仅利用基本的智能手表实现预警功能，成本较低，可靠性高，技术成熟，有实际应用价值。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明的方法流程图；
图2为汽车驾驶员处于驾驶状态时的结构示意图；
图3为报警装置电路构成示意图；
其中，1、汽车驾驶员手腕的智能手表平面；2、汽车方向盘；3、汽车方向盘9点钟方向。
具体实施方式
一种基于智能手表的驾驶员疲劳驾驶的预警系统，其特征在于，包括：GPS模块、三轴加速度计、CPU处理器、振动电机；CPU处理器通过三个I/O接口分别与振动电机的控制端、三轴加速度计、GPS模块电连接。
所述三轴加速度计，安装于汽车驾驶员手腕上的智能手表内，用于实时获取汽车驾驶员手腕分别在X轴、Y轴和Z轴摆动的加速度，并发送至CPU处理器。
所述GPS模块，安装于汽车驾驶员手腕上的智能手表内，用于实时计算汽车的速度，并发送至CPU处理器。
所述CPU处理器，用于实时接收汽车驾驶员手腕分别在X轴、Y轴和Z轴摆动的加速度，并据此确定汽车驾驶员手腕的动作特征，然后根据驾驶状态下汽车驾驶员手腕的动作状态，判定当前时刻汽车驾驶员是否处于驾驶状态。
如果当前时刻汽车驾驶员手腕的动作满足驾驶状态下汽车驾驶员手腕的动作状态时，CPU处理器确定当前时刻汽车驾驶员处于驾驶状态。
当CPU处理器确定当前时刻汽车驾驶员处于驾驶状态时，CPU处理器继续接收当前时刻汽车的速度，并据此判定当前时刻汽车驾驶员是否处于安全驾驶状态。
如果当前时刻汽车的速度大于汽车的速度设定阈值时，CPU处理器确定当前时刻汽车驾驶员处于危险驾驶状态。
当CPU处理器确定当前时刻汽车驾驶员处于危险驾驶状态时，CPU处理器继续接收当前时刻汽车驾驶员手腕的摆动幅度和摆动频率，并据此进一步判定当前时刻汽车驾驶员是否处于疲劳驾驶状态。
如果当前时刻汽车驾驶员手腕的摆动幅度大于汽车驾驶员手腕的摆动幅度设定阈值，且当前时刻汽车驾驶员手腕的摆动频率小于汽车驾驶员手腕的摆动频率设定阈值时，CPU处理器确定当前时刻汽车驾驶员处于疲劳驾驶状态，并触发振动电机的控制端。
所述振动电机，安装于汽车驾驶员手腕上的智能手表内，当CPU处理器触发振动电机的控制端时，振动电机以振动模式对汽车驾驶员进行提醒。
参照图1，为本发明的方法流程图，一种基于智能手表的驾驶员疲劳驾驶的预警方法，基于一种基于智能手表的驾驶员疲劳驾驶的预警系统，所述基于智能手表的驾驶员疲劳驾驶的预警系统包括：三轴加速度计、GPS模块、CPU处理器、振动电机，所述基于智能手表的驾驶员疲劳驾驶的预警方法，包括以下步骤：
步骤1，利用三轴加速度计实时获取汽车驾驶员手腕分别在X轴、Y轴和Z轴摆动的加速度，确定汽车驾驶员手腕的动作特征，并根据驾驶状态下汽车驾驶员手腕的动作状态，判定当前时刻汽车驾驶员是否处于驾驶状态。
如果当前时刻汽车驾驶员手腕的动作满足驾驶状态下汽车驾驶员手腕的动作状态时，判定当前时刻汽车驾驶员处于驾驶状态，进行步骤2。
具体地，判断汽车驾驶员是否处于驾驶状态时，检测120s内汽车驾驶员手腕所保持的动作特征。
利用汽车驾驶员手腕上的智能手表内置的三轴加速度计，实时检测汽车驾驶员所处状态，当所述三轴加速度计检测到汽车驾驶员手腕在方向盘设定位置沿方向盘摆动时，如9点钟方向附近，则判定当前时刻汽车驾驶员处于驾驶状态。
其中，判断汽车驾驶员是否处于驾驶状态，主要通过汽车驾驶员手腕上的智能手表内置的三轴加速度计来判断的，判断方式如图2所示，当汽车驾驶员手腕的动作满足所述汽车驾驶员手腕的智能手表平面1与水平面的角度大于30°，并且汽车方向盘9点钟方向3绕汽车方向盘2中心做周转运动的动作时，视为当前时刻汽车驾驶员处于驾驶状态。
所述周转运动的动作由所述智能手表中的三轴加速度计分别通过X轴、Y轴、Z轴的加速度变化来检测汽车驾驶员手腕的动作，并根据驾驶状态下汽车驾驶员手腕的设定动作判断当前时刻汽车驾驶员是否属于驾驶状态。
如果当前时刻汽车驾驶员手腕的动作满足驾驶状态下汽车驾驶员手腕的动作状态时，判定汽车驾驶员处于驾驶状态，进行步骤2。
步骤2，分别确定汽车的速度设定阈值、汽车驾驶员手腕的摆动幅度设定阈值和摆动频率设定阈值；
具体地，对于汽车的速度设定阈值，直接为智能手表出厂时的默认值60km/h，也可由汽车驾驶员根据自身驾驶习惯手动确定汽车的速度设定阈值，汽车的速度设定阈值用于评判汽车驾驶员是否处于安全驾驶状态，当汽车的速度小于汽车的速度设定阈值时，表示当前时刻汽车处于安全驾驶状态；当汽车的速度超过汽车的速度设定阈值时，则汽车驾驶员处于危险驾驶状态。
对于汽车驾驶员手腕的摆动幅度设定阈值和摆动频率设定阈值，用于判定汽车驾驶员是否处于驾驶疲劳状态；通常，汽车驾驶员疲劳驾驶时，汽车驾驶员调整方向盘转动的角度变大，频率变慢，具体表现为汽车驾驶员手腕的摆动幅度和摆动频率变化，默认设置为沿方向盘切线方向上的汽车驾驶员手腕摆动幅度阈值为10°，摆动频率阈值为0.4Hz。
步骤3，利用GPS模块用于实时获取汽车的速度，并发送至CPU处理器；
具体地，通过智能手表内置的GPS模块实时获取汽车的速度，并将获取的汽车的速度实时发送至CPU处理器。
步骤4，CPU处理器实时接收汽车的速度，如果获知当前时刻汽车的速度小于等于汽车的设定速度阈值时，返回步骤3；
如果获知当前时刻汽车的速度大于汽车的设定速度阈值时，进行步骤5。
具体地，判断当前时刻汽车的速度是否大于汽车的速度设定阈值，CPU处理器通过I/O接口实时接收汽车的速度，并与汽车的速度设定阈值60km/h对比，如果当前时刻汽车的速度大于汽车的速度设定阈值60km/h时，进行步骤5。
步骤5，利用三轴加速度计实时获取汽车驾驶员手腕的摆动幅度和摆动频率，并发送至CPU处理器；
具体地，汽车驾驶员手腕的摆动幅度和摆动频率，是根据汽车驾驶员手腕上智能手表内置的三轴加速度计获取的，根据所述三轴加速度计上的三个坐标轴，即X轴，Y轴和Z轴三个方向上的加速度变化检测汽车驾驶员手腕的摆动幅度和摆动频率，三轴加速度计4通过分析所述三个方向的加速度获取汽车驾驶员手腕的摆动幅度和摆动频率，并通过I/O接口发送至CPU处理器。
步骤6，CPU处理器实时接收汽车驾驶员手腕的摆动幅度和摆动频率，并根据汽车驾驶员手腕的摆动幅度设定阈值和摆动频率设定阈值，判定当前时刻汽车驾驶员是否处于疲劳驾状态；
如果获知当前时刻汽车驾驶员手腕的摆动幅度小于等于汽车驾驶员手腕的摆动幅度设定阈值，且当前时刻汽车驾驶员手腕的摆动频率大于等于汽车驾驶员手腕的摆动频率设定阈值时，返回步骤5；
如果获知当前时刻汽车驾驶员手腕的摆动幅度大于汽车驾驶员手腕的摆动幅度设定阈值，且当前时刻汽车驾驶员手腕的摆动频率小于汽车驾驶员手腕的摆动频率设定阈值时，CPU处理器确定当前时刻汽车驾驶员处于疲劳驾驶状态，进行步骤7；
具体地，CPU处理器通过I/O接口实时接收汽车驾驶员手腕的摆动幅度和摆动频率，并作出决策和控制，如果当前时刻汽车驾驶员手腕的摆动幅度大于汽车驾驶员手腕的摆动幅度设定阈值10°，且当前时刻汽车驾驶员手腕的摆动频率小于汽车驾驶员手腕的摆动频率设定阈值0.4Hz时，则CPU处理器确定汽车驾驶员处于疲劳驾驶状态，并触发振动电机。
步骤7，当CPU处理器确定当前时刻汽车驾驶员处于疲劳驾驶状态时，触发振动电机的控制端，振动电机以振动模式对汽车驾驶员进行提醒。
具体地，参照图3，为振动电机的电路结构示意图，智能手表内置CPU处理器6、三轴加速度计4、GPS模块5和振动电机7，并且CPU处理器6通过I/O接口分别与三轴加速度计4、GPS模块5和振动电机7连接。
当CPU处理器确定当前时刻汽车驾驶员处于疲劳驾驶状态时，会触发振动电机的控制端，振动电机以振动模式对汽车驾驶员进行提醒，并且随着时间推移，振动程度增强，直至汽车驾驶员脱离疲劳状态。
当汽车驾驶员手腕的摆动幅度和摆动频率分别小于汽车驾驶员手腕的摆动幅度设定阈值和摆动频率设定阈值时，CPU处理器关闭振动电机的控制端，使之停止振动提醒。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干替代或明显变形，而且性能或用途相同，都应视为属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种基于智能手表的驾驶员疲劳驾驶的预警方法，基于一种基于智能手表的驾驶员疲劳驾驶的预警系统，所述基于智能手表的驾驶员疲劳驾驶的预警系统包括：GPS模块、三轴加速度计、CPU处理器、振动电机，其特征在于，所述基于智能手表的驾驶员疲劳驾驶的预警方法，包括以下步骤：
步骤1，利用三轴加速度计实时获取汽车驾驶员手腕分别在X轴、Y轴和Z轴摆动的加速度，确定汽车驾驶员手腕的动作特征，并根据驾驶状态下汽车驾驶员手腕的动作状态，判定当前时刻汽车驾驶员是否处于驾驶状态；
如果当前时刻汽车驾驶员手腕的动作满足驾驶状态下汽车驾驶员手腕的动作状态时，判定当前时刻汽车驾驶员处于驾驶状态，进行步骤2；
步骤2，分别确定汽车的速度设定阈值、汽车驾驶员手腕的摆动幅度设定阈值和摆动频率设定阈值；
步骤3，利用GPS模块用于实时获取汽车的速度，并发送至CPU处理器；
步骤4，CPU处理器实时接收汽车的速度，如果获知当前时刻汽车的速度小于等于汽车的设定速度阈值时，返回步骤3；
如果获知当前时刻汽车的速度大于汽车的设定速度阈值时，进行步骤5；
步骤5，利用三轴加速度计实时获取汽车驾驶员手腕的摆动幅度和摆动频率，并发送至CPU处理器；
步骤6，CPU处理器实时接收汽车驾驶员手腕的摆动幅度和摆动频率，并根据汽车驾驶员手腕的摆动幅度设定阈值和摆动频率设定阈值，判定当前时刻汽车驾驶员是否处于疲劳驾状态；
如果获知当前时刻汽车驾驶员手腕的摆动幅度小于等于汽车驾驶员手腕的摆动幅度设定阈值，且当前时刻汽车驾驶员手腕的摆动频率大于等于汽车驾驶员手腕的摆动频率设定阈值时，返回步骤5；
如果获知当前时刻汽车驾驶员手腕的摆动幅度大于汽车驾驶员手腕的摆动幅度设定阈值，且当前时刻汽车驾驶员手腕的摆动频率小于汽车驾驶员手腕的摆动频率设定阈值时，CPU处理器确定当前时刻汽车驾驶员处于疲劳驾驶状态，进行步骤7；
步骤7，当CPU处理器确定当前时刻汽车驾驶员处于疲劳驾驶状态时，会触发振动电机的控制端，振动电机以振动模式对汽车驾驶员进行提醒。
2.如权利要求1所述的一种基于智能手表的驾驶员疲劳驾驶的预警方法，其特征在于，在步骤2中，所述分别确定汽车的速度设定阈值、汽车驾驶员手腕的摆动幅度设定阈值和摆动频率设定阈值，分别为：所述汽车的速度设定阈值为60km/h，所述汽车驾驶员手腕的摆动幅度设定阈值为10°，所述汽车驾驶员手腕的摆动频率设定阈值为0.4Hz。
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