CN107117174A - 一种驾驶员情绪监控主动安全引导装置电路系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种驾驶员情绪监控主动安全引导装置电路系统及其控制方法。所述温度传感器的输出信号输入到MCU微控制器的I/O端口；手指出汗检测模块、呼吸检测模块、心率检测模块所采集到的信号经过模数转换之后输入到MCU微控制器的AD端口；语音模块与MCU微控制器的SPI端口连接，液晶警示显示屏通过无线蓝牙与MCU微控制器的SCI端口连接；驾驶员挡风玻璃透明液晶引导显示屏所采用的车载电脑通过蓝牙与MCU微控制器的SCI端口连接；光电编码盘与MCU微控制器的ECT端口连接，直流电机控制紧急转向机构与MCU微控制器的PWM端口连接，电磁铁紧急制动模块与MCU微控制器的I/O端口连接。本发明解决了传统汽车安全装置存在的缺陷，而且制造成本低，可靠性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种驾驶员情绪监控主动安全引导装置电路系统及其控制方法，属于交通安全设备领域。
背景技术
如何降低驾驶员交通事故是交通安全的终极目标。驾驶员在开车的时候，特别是对于新手而言，在遇到紧急情况下，往往手足无措，本来可以避免的安全事故还是发生了。其原因主要是心理紧张，使得驾驶员的情绪发生波动，导致驾驶行为发生改变，误操作，导致交通事故发生。驾驶员在紧张的时候，有时会把刹车误踩成油门，直接导致悲剧发生。而当驾驶员紧张的时候，如果能够及时管控驾驶员的情绪，及时给以警告，或者是过度紧张的时候，汽车减速靠边停车，等情绪缓解之后继续驾驶。
此外，在驾驶员模拟训练中，如果能够在驾驶模拟器中，准确的探测驾驶员的情绪变化，设置各种场景来研究驾驶员的驾驶行为特征和心理特征，对于驾驶模拟器而言，收集到这类的数据，得到一个统计结果，这样就可以有针对性的进行预防和培训，这对于提高驾驶员安全意识和驾驶员的应急处理是极其重要的。
而对于人类的心理紧张、情绪失控等等的研究目前的手段很多，人在说谎的时候，心里会有紧张，而这种紧张采用测谎仪可以被轻易的探测到。测谎仪是一种检测多项生理反应的仪器，相关的研究证明人在说话时身上会发生一些变化这些变化不易被肉眼察觉如复吸率和血容量异常；脉搏加快，血压升高；皮肤汗腺分泌增加导致皮肤出汗等等。第一代测谎仪单纯的记录脉搏和血压的变化；第二代测谎仪发展为同时检测脉搏、血压、呼吸、皮肤电阻以及肌肉活动的测试仪，准确度大大提高。在各项检测参数中，皮肤电子和心理较为敏感。用测谎仪对人的心理紧张进行测试已经是一个非常成熟的技术，被认为是可行的。而驾驶员在驾驶车辆的时候，遇到危险场景，心理上会发生紧张，这种紧张就其生理指标而言，与说谎话时的生理反应是一致的，而直接用测谎仪来检测车辆驾驶员的心理紧张还没有现成完善的技术，如何利用测谎仪来对驾驶员的行为特征进行监控，实现主动安全，目前这个问题亟待研究。
发明内容
本发明提供了一种驾驶员情绪监控主动安全引导装置电路系统及其控制方法，可以配合传统汽车安全装置，能够迅速，高效的保护驾驶安全，能够实时监测驾驶员情绪波动，一旦出现异常，及时进行预警；提前预防驾驶员心理波动产生的误操作，通过车窗屏幕引导驾驶员进行正确的操作；成本低，精度高，反应快，可靠性好。
本发明的技术方案是：一种驾驶员情绪监控主动安全引导装置电路系统，包括温度传感器、MCU微控制器5、手指出汗检测模块、呼吸检测模块、心率检测模块、语音模块、液晶警示显示屏、蓝牙、驾驶员挡风玻璃透明液晶引导显示屏、光电编码盘、直流电机控制紧急转向机构和电磁铁紧急制动模块；
所述温度传感器的输出信号输入到MCU微控制器5的I/O端口；手指出汗检测模块所测的信号经过模数转换之后输入到MCU微控制器5的AD端口；呼吸检测模块是由运算放大器LM324、安全带位移传感器和滤波和放大电路构成，呼吸检测模块所采集到的信号经过模数转换之后输入到MCU微控制器5的AD端口；心率检测模块由方向盘1的下端外侧面环形分布安装的光电式脉搏红外线发光源2、红外线接收探头3构成，光电式脉搏红外线发光源2发出的光线照射到驾驶员的手指或手掌上，部分光线再反射进入红外线接收探头3，用于测量驾驶员血管内血流情况，心率检测模块所采集到的信号经过模数转换之后输入到MCU微控制器5的AD端口；语音模块与MCU微控制器5的SPI端口连接，液晶警示显示屏通过无线蓝牙与MCU微控制器5的SCI端口连接；驾驶员挡风玻璃透明液晶引导显示屏所采用的车载电脑通过蓝牙与MCU微控制器5的SCI端口连接；光电编码盘与MCU微控制器5的ECT端口连接，直流电机控制紧急转向机构与MCU微控制器5的PWM端口连接，电磁铁紧急制动模块与MCU微控制器5的I/O端口连接。
一种驾驶员情绪监控主动安全引导装置电路系统的控制方法，
嵌入温度传感器的方向盘1能直接测量到驾驶员手指的温度，检测到温度之后，表明驾驶员已进入工作状态，系统开始初始化；
启动心率检测模块，当光电式脉搏红外线发光源2的光照射手指或手掌部位的血流量随心脏跳动而改变时，红外线接收探头3便接收到随心脏周期性地收缩和舒张的动脉搏动光脉冲信号，从而采集到心脏搏动信号，模数转换之后，输入到MCU微控制器5的AD端口，当心跳频率超过规定值时，则进行声光预警，语音模块进行语音提示并在液晶警示显示屏显示提示性文字；
手指出汗检测模块所采用是金属电极嵌入具有检测功能的方向盘1内，驾驶员手握具有检测功能的方向盘1时手指皮肤紧贴于方向盘内的手指电阻测试触摸板4电极，使用PNP进行测试，当人体电阻发生微小变化时，表现为电阻R两端电压变化，利用三极管放大了基极电流的变化，从而灵敏地显示出手指电阻测试触摸板4上电阻的变化，采样信号经过模数转换之后，输入到MCU微控制器5的AD端口，若出汗情况超过规定值时，则进行声光预警，语音模块进行语音提示并在液晶警示显示屏显示提示性文字；
呼吸检测模块使用运算放大器LM324作为基本单元，将嵌入安全带内的位移电阻两端的电压作为V1，经过滤波和放大处理，可以采集到驾驶员的呼吸频率信号，采样信号经过模数转换之后，输入到MCU微控制器5的AD端口，当呼吸频率超过预设值时，则进行声光预警，语音模块进行语音提示并在液晶警示显示屏显示提示性文字；
当上述心率、手指出汗、呼吸频率三项指标均同时超过规定值时，则自动转入车窗驾驶行为引导模式，驾驶员挡风玻璃透明液晶引导显示屏显示出引导图像，引导驾驶员进行操作：若操作结果与引导的图像差异巨大，这个判定为引导失误，直流电机会控制紧急转向机构，施加一个强制力进行转向控制；若前方出现障碍物时，则启动电磁铁紧急制动模块，强制刹车，避免车祸的发生；引导失误判断方式为：电机通过和光电编码器上的齿轮啮合带动光电编码器转动产生脉冲，MCU微控制器5记录该脉冲能知道方向盘1的转向情况，如果出现误操作，转向与存储数据存在巨大偏差，判断为引导失误。
本发明的有益效果是：驾驶员情绪监控主动安全引导装置采用三项指标进行测量：1.对驾驶员的心理、呼吸频率、心率进行综合检测，当某一个单项指标超过规定值时，表明驾驶员情绪出现波动，进行声光预警；2.对驾驶员的情绪进行综合监测，如果驾驶员心率和呼吸以及驾驶员手指出汗指标都超过规定值的时候，则进行驾驶员车窗引导显示，驾驶员可以按车窗显示的引导进行操作；3.如果驾驶行为引导失败，实时主动监测驾驶员的异常驾驶行为，及时启动紧急停靠程序。该驾驶员情绪监控主动安全引导装置数据采集精度高，响应快，解决了传统汽车安全装置存在的缺陷，而且制造成本低，可靠性好。
附图说明
图1为本发明外观使用状态图；
图2为本发明的系统控制流程示意图；
图3为本发明的整体电路结构示原理图；
图4为本发明手指出汗检测模块电路图；
图5为本发明呼吸检测模块电路图；
图6为本发明方向盘传感器安装结构示意图一；
图7为本发明方向盘传感器安装结构示意图二；
图中各标号：1-方向盘，2-光电式脉搏红外线发光源，3-红外线接收探头，4-手指电阻测试触摸板、5-MCU微控制器、a-刹车引导显示，b-油门引导显示，c-路径方向引导显示，d-跟车距离提示显示。
具体实施方式
实施例1：如图1-7所示，一种驾驶员情绪监控主动安全引导装置电路系统，包括温度传感器、MCU微控制器5、手指出汗检测模块、呼吸检测模块、心率检测模块、语音模块、液晶警示显示屏、蓝牙、驾驶员挡风玻璃透明液晶引导显示屏、光电编码盘、直流电机控制紧急转向机构和电磁铁紧急制动模块；
所述温度传感器的输出信号输入到MCU微控制器5的I/O端口；手指出汗检测模块所测的信号经过模数转换之后输入到MCU微控制器5的AD端口；呼吸检测模块是由运算放大器LM324、安全带位移传感器和滤波和放大电路构成，呼吸检测模块所采集到的信号经过模数转换之后输入到MCU微控制器5的AD端口；心率检测模块由方向盘1的下端外侧面环形分布安装的光电式脉搏红外线发光源2、红外线接收探头3构成，光电式脉搏红外线发光源2发出的光线照射到驾驶员的手指或手掌上，部分光线再反射进入红外线接收探头3，用于测量驾驶员血管内血流情况，心率检测模块所采集到的信号经过模数转换之后输入到MCU微控制器5的AD端口；语音模块与MCU微控制器5的SPI端口连接，液晶警示显示屏通过无线蓝牙与MCU微控制器5的SCI端口连接；驾驶员挡风玻璃透明液晶引导显示屏所采用的车载电脑通过蓝牙与MCU微控制器5的SCI端口连接；光电编码盘与MCU微控制器5的ECT端口连接，直流电机控制紧急转向机构与MCU微控制器5的PWM端口连接，电磁铁紧急制动模块与MCU微控制器5的I/O端口连接。
一种所述的驾驶员情绪监控主动安全引导装置电路系统的控制方法，
嵌入温度传感器的方向盘1能直接测量到驾驶员手指的温度，检测到温度之后，表明驾驶员已进入工作状态，系统开始初始化；
启动心率检测模块，当光电式脉搏红外线发光源2的光照射手指或手掌部位的血流量随心脏跳动而改变时，红外线接收探头3便接收到随心脏周期性地收缩和舒张的动脉搏动光脉冲信号，从而采集到心脏搏动信号，模数转换之后，输入到MCU微控制器5的AD端口，当心跳频率超过规定值时，则进行声光预警，语音模块进行语音提示并在液晶警示显示屏显示提示性文字；
手指出汗检测模块所采用是金属电极嵌入具有检测功能的方向盘1内，驾驶员手握具有检测功能的方向盘1时手指皮肤紧贴于方向盘内的手指电阻测试触摸板4电极，使用PNP进行测试，当人体电阻发生微小变化时，表现为电阻R两端电压变化，利用三极管放大了基极电流的变化，从而灵敏地显示出手指电阻测试触摸板4上电阻的变化，采样信号经过模数转换之后，输入到MCU微控制器5的AD端口，若出汗情况超过规定值时，则进行声光预警，语音模块进行语音提示并在液晶警示显示屏显示提示性文字；
呼吸检测模块使用运算放大器LM324作为基本单元，将嵌入安全带内的位移电阻两端的电压作为V1，经过滤波和放大处理，可以采集到驾驶员的呼吸频率信号，采样信号经过模数转换之后，输入到MCU微控制器5的AD端口，当呼吸频率超过预设值时，则进行声光预警，语音模块进行语音提示并在液晶警示显示屏显示提示性文字；
当上述心率、手指出汗、呼吸频率三项指标均同时超过规定值时，则自动转入车窗驾驶行为引导模式，驾驶员挡风玻璃透明液晶引导显示屏显示出引导图像（具体分为四个引导显示，刹车引导显示a，在引导显示出现之后，左边代表刹车的方块会不停的闪烁，提示驾驶员要踩刹车；油门引导显示b，当右边代表油门的方块不停地闪烁时，表明要踩油门进行加速，对于新手驾车而言，在进行超车的时候，新手过于紧张，犹犹豫豫，不敢超车，反而出现危险，因此这种提示是非常必要的；路径方向引导显示c，驾驶员在操纵方向盘的时候，可以沿运动路径方向引导显示出来的路径进行前行，这样驾驶员可以实现安全超车，或者避让障碍物。跟车距离提示显示d，当驾驶员的跟车距离过近时，前方有一条横线，即跟车距离警示线不停的闪烁，提示驾驶员跟车距离过近。这一功能的实现是通过一个超声波雷达实现的，当超声波雷达测试到前车距离较近时，根据自己的行车速度通过车载电脑进行判断，给予提示。），引导驾驶员进行操作：若操作结果与引导的图像差异巨大，这个判定为引导失误，直流电机会控制紧急转向机构，施加一个强制力进行转向控制；若前方出现障碍物时，则启动电磁铁紧急制动模块，强制刹车，避免车祸的发生；引导失误判断方式为：电机通过和光电编码器上的齿轮啮合带动光电编码器转动产生脉冲，MCU微控制器5记录该脉冲能知道方向盘1的转向情况，如果出现误操作，转向与存储数据存在巨大偏差，判断为引导失误。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (2)
1.一种驾驶员情绪监控主动安全引导装置电路系统，其特征在于：包括温度传感器、MCU微控制器（5）、手指出汗检测模块、呼吸检测模块、心率检测模块、语音模块、液晶警示显示屏、蓝牙、驾驶员挡风玻璃透明液晶引导显示屏、光电编码盘、直流电机控制紧急转向机构和电磁铁紧急制动模块；
所述温度传感器的输出信号输入到MCU微控制器（5）的I/O端口；手指出汗检测模块所测的信号经过模数转换之后输入到MCU微控制器（5）的AD端口；呼吸检测模块是由运算放大器LM324、安全带位移传感器和滤波和放大电路构成，呼吸检测模块所采集到的信号经过模数转换之后输入到MCU微控制器（5）的AD端口；心率检测模块由方向盘（1）的下端外侧面环形分布安装的光电式脉搏红外线发光源（2）、红外线接收探头（3）构成，光电式脉搏红外线发光源（2）发出的光线照射到驾驶员的手指或手掌上，部分光线再反射进入红外线接收探头（3），用于测量驾驶员血管内血流情况，心率检测模块所采集到的信号经过模数转换之后输入到MCU微控制器（5）的AD端口；语音模块与MCU微控制器（5）的SPI端口连接，液晶警示显示屏通过无线蓝牙与MCU微控制器（5）的SCI端口连接；驾驶员挡风玻璃透明液晶引导显示屏所采用的车载电脑通过蓝牙与MCU微控制器（5）的SCI端口连接；光电编码盘与MCU微控制器（5）的ECT端口连接，直流电机控制紧急转向机构与MCU微控制器（5）的PWM端口连接，电磁铁紧急制动模块与MCU微控制器（5）的I/O端口连接。
2.一种权利要求1所述的驾驶员情绪监控主动安全引导装置电路系统的控制方法，其特征在于：
嵌入温度传感器的方向盘（1）能直接测量到驾驶员手指的温度，检测到温度之后，表明驾驶员已进入工作状态，系统开始初始化；
启动心率检测模块，当光电式脉搏红外线发光源（2）的光照射手指或手掌部位的血流量随心脏跳动而改变时，红外线接收探头（3）便接收到随心脏周期性地收缩和舒张的动脉搏动光脉冲信号，从而采集到心脏搏动信号，模数转换之后，输入到MCU微控制器（5）的AD端口，当心跳频率超过规定值时，则进行声光预警，语音模块进行语音提示并在液晶警示显示屏显示提示性文字；
手指出汗检测模块所采用是金属电极嵌入具有检测功能的方向盘（1）内，驾驶员手握具有检测功能的方向盘（1）时手指皮肤紧贴于方向盘内的手指电阻测试触摸板（4）电极，使用PNP进行测试，当人体电阻发生微小变化时，表现为电阻R两端电压变化，利用三极管放大了基极电流的变化，从而灵敏地显示出手指电阻测试触摸板（4）上电阻的变化，采样信号经过模数转换之后，输入到MCU微控制器（5）的AD端口，若出汗情况超过规定值时，则进行声光预警，语音模块进行语音提示并在液晶警示显示屏显示提示性文字；
呼吸检测模块使用运算放大器LM324作为基本单元，将嵌入安全带内的位移电阻两端的电压作为V1，经过滤波和放大处理，可以采集到驾驶员的呼吸频率信号，采样信号经过模数转换之后，输入到MCU微控制器（5）的AD端口，当呼吸频率超过预设值时，则进行声光预警，语音模块进行语音提示并在液晶警示显示屏显示提示性文字；
当上述心率、手指出汗、呼吸频率三项指标均同时超过规定值时，则自动转入车窗驾驶行为引导模式，驾驶员挡风玻璃透明液晶引导显示屏显示出引导图像，引导驾驶员进行操作：若操作结果与引导的图像差异巨大，这个判定为引导失误，直流电机会控制紧急转向机构，施加一个强制力进行转向控制；若前方出现障碍物时，则启动电磁铁紧急制动模块，强制刹车，避免车祸的发生；引导失误判断方式为：电机通过和光电编码器上的齿轮啮合带动光电编码器转动产生脉冲，MCU微控制器（5）记录该脉冲能知道方向盘（1）的转向情况，如果出现误操作，转向与存储数据存在巨大偏差，判断为引导失误。
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