CN107139934A - 基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒系统及方法。系统包括疲劳检测模块、掩蔽声存储模块、掩蔽声播放与重度疲劳唤醒模块、自动控制模块；方法包括系统参数测试方法和疲劳等级判断方法；系统参数测试方法包括测试车道和测试状态设定，疲劳等级判断方法为单片机按照设定的各传感器检测项目所占权重，结合实时车速进行综合分析，与通过系统参数测试方法设定好的阈值进行比对，以判断驾驶员当前的疲劳等级，进而控制掩蔽声的播放以及重度疲劳的唤醒。本系统能根据驾驶员的疲劳等级，自动播放掩蔽声缓解轻度疲劳，或予以重度疲劳警示。本方法能个性化设定驾驶员的参数，使疲劳等级判断更加准确。

Description

基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒系统及方法

技术领域

本发明涉及汽车行车安全领域，特别地，涉及一种基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒系统及方法。

背景技术

随着交通运输业的快速发展，交通事故已成为我国当前面临的重大问题。据统计，由于驾驶员疲劳驾驶而导致的交通事故占了很大比例。目前现有的疲劳驾驶检测手段分为主动监测和被动监测两种，通过检测驾驶员的身体动作或生理变化进行判断。这些监测方法有着难以量化疲劳等级、无法有效针对不同驾驶员进行个性化处理、受工作环境的影响较大、无法有效缓解驾驶员疲劳感的缺陷。目前现有的疲劳驾驶提示音多为语音提示或“滴”声警报，由于驾驶条件的不同，不能有效地提醒驾驶员。

根据目前可见的声品质研究，实际行驶时，车内声音环境既包括随着行驶工况变化而不断变化的车辆自身的发动机噪声、轮胎噪声、空气噪声和车身结构噪声，更有车内人员语言交流、多媒体播放和行驶周边环境等其他声源的作用。上述声源的作用不同程度的影响着驾驶员的行车疲劳感，若能通过掩蔽效应降低或消除上述噪声，就可以有效地缓解驾驶员的疲劳感。

目前现有的缓解驾驶员疲劳感的方式多为座椅按摩、加装座椅支撑气垫等方式，只能缓解由于路面颠簸带来的身体上的疲劳感，并不能缓解由于车内噪声产生的疲劳感，且这些疲劳缓解方法的作用单一，多不能检测及判断驾驶员的疲劳等级，也不由其疲劳等级触发缓解措施。

为了解决目前现有驾驶员疲劳等级判断方法、缓解驾驶员疲劳感以及报警提示存在的问题，本发明提出一种基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒系统及方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的无法确定驾驶员疲劳等级的问题，针对小尺度、小声场的使用环境，提供了一种基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒系统及方法。

为此，本发明提出了通过采集驾驶员对座椅靠背的压力信号、转向盘摆动角度信号、通过汽车总线引出原厂车速传感器测得的车速信息作为动态特性指标，通过疲劳等级判断方法得到驾驶员的疲劳等级，并依据疲劳等级自动控制掩蔽声的播放和及时发出重度疲劳警示，从而有效地减少因疲劳驾驶而导致的交通事故的发生。

本发明所述的基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒方法包括系统参数测试方法和疲劳等级判断方法。通过系统参数测试方法在使用之前针对使用者各自不同的驾驶习惯，设定各个疲劳等级的阈值。再通过疲劳检测方法将采集的动态性能指标与设定好的阈值进行比对，进而确定驾驶员处于的疲劳等级。

本发明所建立的基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒系统及方法具有较强的针对性和准确性，增大了实用价值。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的，结合附图说明如下：

一种基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒系统，包括疲劳检测模块、掩蔽声存储模块、掩蔽声播放与重度疲劳唤醒模块、自动控制模块；

所述疲劳检测模块包括布置在驾驶员座椅靠背和头枕中的压力传感器、布置在方向盘的角度传感器、以及原厂的车速传感器，用于检测驾驶员的驾驶状态；

所述掩蔽声存储模块包括通过USB转串口芯片、与单片机相连的USB接口和可移动的USB闪存盘，用于储存及设置掩蔽声文件；

所述掩蔽声播放与重度疲劳唤醒模块包括座椅头枕两侧内置扬声器、座椅靠背内置震动单元的驾驶员座椅；

所述自动控制模块包括单片机，步进电机，用于接收传感器的输入信号，并控制扬声器的角度以及播放设定的掩蔽声。

技术方案中所述掩蔽声播放与重度疲劳唤醒模块包括两种工作方式，当判断驾驶员为轻度疲劳等级时采用独立的扬声器播放掩蔽声，以缓解疲劳感；当判断驾驶员为重度疲劳等级时采用震动与突然静音相结合的方式，以唤醒驾驶员。

技术方案中所述自动控制模块中单片机按照系统参数测试方法设定驾驶员参数，将疲劳检测模块中的各个传感器的输入信号进行分析和综合，通过疲劳等级判断方法判断驾驶员当前的疲劳等级，轻度疲劳等级时自动开启播放掩蔽声，重度疲劳等级时发出警示，直到手动解除为止。

技术方案中所述基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒系统的总开关为安全带扣舌，即当驾驶员系好安全带时，整个基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒系统便处于待机状态。

技术方案中所述的疲劳检测模块的输出端与自动控制模块中的单片机相应输入接口相连，用于检测驾驶员的实际驾驶状态；

所述疲劳检测模块中布置在座椅靠背的压力传感器设有四个，用于检测驾驶员背部对座椅靠背压力的变化；

所述疲劳检测模块中布置在座椅头枕内的压力传感器设有一个，用于检测驾驶员头部对座椅头枕压力的变化；

所述疲劳检测模块中布置在方向盘转向柱内的方向盘转角传感器设有一个，用于检测方向盘转角的变化；

所述疲劳检测模块中原厂的车速传感器通过汽车总线引出，并与型号为PCA82C250的CAN收发器相连，将车速信息传输给单片机，用于提供车辆实时行驶的速度。

技术方案中所述的单片机相应接口与各传感器的输出端及掩蔽声存储模块的输出端相连，接收各个传感器测得的信号；

型号为STC12C5A60S2的单片机中的P1.0(ADC0)引脚与压力传感器A1的3引脚电连接；

型号为STC12C5A60S2的单片机中的P1.1(ADC1)引脚与压力传感器A2的3引脚电连接；

型号为STC12C5A60S2的单片机中的P1.4(ADC4)引脚与压力传感器A3的3引脚电连接；

型号为STC12C5A60S2的单片机中的P1.5(ADC5)引脚与压力传感器A4的3引脚电连接；

型号为STC12C5A60S2的单片机中的P1.6(ADC6)引脚与压力传感器A5的3引脚电连接；

型号为STC12C5A60S2的单片机中的P0.0引脚与扬声器1电连接；

型号为STC12C5A60S2的单片机中的P0.1引脚与扬声器2电连接；

型号为STC12C5A60S2的单片机中的P0.2引脚与角度传感器B的4引脚电连接；

型号为STC12C5A60S2的单片机中的P0.3引脚与步进电机1的4引脚电连接；

型号为STC12C5A60S2的单片机中的P0.4引脚与步进电机1的6引脚电连接；

型号为STC12C5A60S2的单片机中的P0.5引脚与步进电机2的4引脚电连接；

型号为STC12C5A60S2的单片机中的P0.6引脚与步进电机2的6引脚电连接；

型号为STC12C5A60S2的单片机中的P0.7引脚与震动单元的5引脚电连接；

型号为STC12C5A60S2的单片机中的P1.2(RXD2)引脚与型号为PCA82C250的CAN收发器中的TXD引脚电连接；

型号为STC12C5A60S2的单片机中的P1.3(TXD2)引脚与型号为PCA82C250的CAN收发器中的RXD引脚电连接；

型号为PCA82C250的CAN收发器中的CANH与原厂的车速传感器C电连接；

型号为PCA82C250的CAN收发器中的CANL与原厂的车速传感器C电连接；

型号为STC12C5A60S2的单片机中的P3.0(RXD)引脚与型号为CH340的USB转串口芯片中的TXD引脚电连接；

型号为STC12C5A60S2的单片机中的P3.1(TXD)引脚与型号为CH340的USB转串口芯片中的RXD引脚电连接；

型号为CH340的USB转串口芯片中的UD+引脚与USB接口的2引脚电连接；

型号为CH340的USB转串口芯片中的UD-引脚与USB接口的4引脚电连接。

一种基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒方法，包括系统参数测试方法和疲劳等级判断方法；

所述系统参数测试方法包括测试车道和测试状态设定，用于完成系统参数阈值的测试和标定；

所述疲劳等级判断方法为单片机按照设定的各传感器检测项目所占权重，结合实时车速进行综合分析，与通过系统参数测试方法设定好的阈值进行比对，以判断驾驶员当前的疲劳等级，进而控制掩蔽声的播放以及重度疲劳的唤醒。

技术方案中所述测试车道包括高速跑道、强化坏路、一般公路、标准坡道；具体如下：

1)高速跑道为环形，沥青混凝土铺装，可供汽车长时间高速行驶，用于模拟高速公路驾驶条件；

2)强化坏路包括石块路、坑洼路、砂石路、不平整水泥路和沙滩路，用于测试路况较差时的系统参数；

3)一般公路长度为2～3千米，沥青混凝土铺装，主要测试汽车加速、减速、紧急制动、滑行工况，用于模拟市区驾驶条件；

4)标准坡道由一组不同坡度的坡道组成，坡度在6％～60％范围内，宽度4～8米，为沥青或浆切片石或混凝土铺装，用以测试爬坡、下坡、坡面起步工况。

技术方案中所述测试状态设定包括高速驾驶、低速驾驶、连续转向、起步、加速、减速、紧急制动和停车靠在座椅上休息；具体如下：

1)高速驾驶为驾驶员驾车在高速跑道上以100km/h的速度连续行驶10分钟；

2)低速驾驶包括驾驶员驾车在强化坏路和一般公路上以50km/h的速度分别行驶10分钟；

3)连续转向包括驾驶员驾车在强化坏路和一般公路上以不高于50km/h的速度分别行驶2分钟；

4)起步包括驾驶员驾车在强化坏路、一般公路和标准坡道上分别起步3次；

5)加速包括驾驶员驾车在高速跑道、强化坏路和一般公路上分别进行0-50km/h，50-100km/h匀加速行驶3次；

6)减速包括驾驶员驾车在高速跑道、强化坏路和一般公路上分别进行50-0km/h，100-50km/h匀减速行驶3次；

7)紧急制动为驾驶员在高速跑道、强化坏路和一般公路上为别以30km/h紧急制动3次；

8)停车靠在座椅上休息为驾驶员停车靠在椅背上休息30分钟。

技术方案中所述单片机按照设定的各传感器检测项目所占权重确定如下：

所述布置在座椅靠背的压力传感器A1、A2、A3、A4用于检测驾驶员背部对座椅靠背压力的变化，将驾驶员在训练车道上采集的正常驾驶状态下的压力作为阈值，驾驶员在驾驶过程中背部对座椅靠背的压力超出阈值上下30％范围时，每有一个计0.1分；驾驶员在驾驶过程中背部对座椅靠背的压力超出阈值上下50％范围时，每有一个计0.2分；

所述布置在座椅头枕的压力传感器A5用于检测驾驶员头部对座椅头枕压力的变化，将驾驶员在训练车道上采集的正常驾驶状态下的压力作为阈值，驾驶员在驾驶过程中头部对座椅头枕的压力超出阈值上下20％范围时，计0.2分；驾驶员在驾驶过程中头部对座椅头枕的压力超出阈值上下30％范围时，计0.3分；

所述布置在方向盘转向柱内的方向盘转角传感器B用于检测方向盘转角的变化，将驾驶员在训练车道上采集的正常驾驶状态下的转角作为阈值，驾驶员在驾驶过程中方向盘转角突然改变超出阈值上下35％范围时，计0.1分；驾驶员在驾驶过程中方向盘转角突然改变超出阈值上下55％范围时，计0.2分；

所述原厂的车速传感器C用于提供车辆实时行驶的速度，通过汽车总线引出，并与型号为PCA82C250的CAN收发器相连，将车速信息传输给单片机；车速低于0-50km/h时，计时时间为15秒；车速高于50km/h并低于100km/h时，计时时间为8秒；车速高于100km/h时，计时时间为5秒；

当上述传感器显示驾驶员处于零级疲劳，即未处于疲劳状态时，均记0分；

当总计分值达到0.6分以上时，单片机开始计时，若没有达到当前车速对应的计时时间，总分下降到0.6分及以下，则重置计时时间；若总分持续高于0.6分的时间达到当前车速对应的计时时间，即可判断驾驶员为轻度疲劳，掩蔽声存储模块输入的掩蔽声文件输出给扬声器进行播放，以警示驾驶员为轻度疲劳，同时缓解驾驶员的疲劳感；

当驾驶员为轻度疲劳等级且总计分值高于1.0分时，单片机开始计时，若没有达到当前车速对应的计时时间，总分下降到1.0分及以下，则重置计时时间；若总分持续高于1.0分的时间达到当前车速对应的计时时间，即可判断驾驶员为重度疲劳，扬声器立即停止掩蔽声的播放，同时座椅中内置的震动单元由弱渐强震动，直到驾驶员按手动解除按钮后停止，同时重置计时时间，扬声器继续播放掩蔽声。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

(1)、本发明所述的一种基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒系统，能够实时检测驾驶员的驾驶状态，根据判断得到的疲劳等级自动播放掩蔽声，缓解驾驶员的疲劳感。当判断驾驶员为重度疲劳等级时，将予以重度疲劳警示，提高了行车安全性。

(2)、本发明所述的一种基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒系统中，疲劳检测模块通过多个传感器采集驾驶员的坐姿、精神状态、车速的信息，与通过系统参数测试方法测试得到的阈值进行比对，通过疲劳等级判断方法判断出驾驶员处于的疲劳等级。

(3)、本发明所述的一种基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒系统中，当驾驶员为轻度疲劳等级时，由掩蔽声播放与重度疲劳唤醒模块采用独立的扬声器播放掩蔽声，既能有效地缓解驾驶员的疲劳感，又不影响车内其他乘客的乘车体验。

(4)、本发明所述的一种基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒系统中，当驾驶员为重度疲劳等级时，由掩蔽声播放与重度疲劳唤醒模块采用独立扬声器突然静音与座椅震动相结合的重度疲劳警示方式，可以更加有效地唤醒驾驶员。并且采用震动渐强的方式，以防止驾驶员因突然受到过度的外部刺激而产生危险。

(5)、本发明所述的一种基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒系统中，自动控制模块应用安全带与其卡扣的连接与断开作为本基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒系统的总开关，更加简洁方便。

(6)、本发明所述的一种基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒系统中，自动控制模块采用两个步进电机驱动，当驾驶员上车系好安全带后，座椅头枕两侧内置的扬声器就会在步进电机的驱动下旋转一定角度，进入工作位置；在车辆行驶过程中，自动控制模块会根据驾驶员的疲劳等级以及车速条件，控制掩蔽声的播放，达到缓解驾驶员疲劳的效果；当驾驶员解开安全带时，座椅头枕两侧内置的扬声器自动回到最初位置，方便驾驶员下车。

(7)、本发明所述的一种基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒系统中，设有手动关闭系统的按钮，以满足在某些特定时刻的要求，更加人性化。

(8)、本发明所述的一种基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒方法中，系统参数测试方法用于进行系统阈值的测试与设置，从而可以针对不同驾驶员输入个性化的参数，使得疲劳等级的判断更加准确；同时，本基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒系统还可以储存三位驾驶员的参数信息，驾驶员上车之后可以手动切换，更能满足私家车的日常使用。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1本发明所述的一种基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒系统总方案设计图；

图2为本发明所述的一种基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒系统中疲劳检测模块的传感器硬件设备布置图；

图3为本发明所述的一种基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒系统中单片机布置图；

图4为本发明所述的一种基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒方法中疲劳等级判断方法图。

图中：

1、旋转轴线；2、扬声器1；3、步进电机1；4、压力传感器A5；5、压力传感器A1；6、压力传感器A2；7、手动解除按钮；8、震动单元；9、系统总开关；10、压力传感器A3；11、压力传感器A4；12、步进电机2；13、扬声器2。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

本发明的宗旨是为了克服现有技术无法准确判断轿车驾驶员疲劳等级以及无法有效缓解驾驶员疲劳感的问题，引入了一种基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒系统及方法，对驾驶员的疲劳等级做出判断，并在轻度疲劳等级时自动播放掩蔽声缓解疲劳，在重度疲劳等级时唤醒驾驶员。本发明采取突然静音与震动相结合的重度疲劳警示方式，能更有效的唤醒处于重度疲劳等级的驾驶员，提高了行车安全性。同时采用震动渐强的方式，以防止驾驶员因突然受到过度的外部刺激而产生危险。本发明引人一套系统参数测试方法，能根据驾驶员不同的驾驶习惯做出针对性的参数阈值的设置，使得本基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒系统更加具有个性化和针对性。

参阅图1，本发明所述的基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒系统包括疲劳检测模块、掩蔽声存储模块、掩蔽声播放与重度疲劳唤醒模块、自动控制模块。

本发明所述的基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒方法包括疲劳等级判断方法和系统参数测试方法。

所述基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒系统及方法整体工作原理如下：

通过系统参数测试方法对本基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒系统进行参数测试，个性化设定阈值参数；通过掩蔽声存储模块存放掩蔽声文件；通过疲劳检测模块，采用多个传感器检测驾驶员的驾驶状态，并将所得信息输入到自动控制模块的单片机中；单片机通过疲劳等级判断方法将检测到的驾驶员实时驾驶信息与所设定的阈值参数比较，判断驾驶员的疲劳等级，并根据疲劳等级控制掩蔽声播放与重度疲劳唤醒模块，通过头枕两侧内置的扬声器播放掩蔽声或通过座椅中内置的震动单元发出警示，从而达到轻度疲劳缓解、重度疲劳唤醒的目的。

一.疲劳检测模块

根据调研显示，驾驶员在长时间驾驶或重度疲劳时，会产生注意力不集中、身体控制能力下降等现象，具体表现在对于方向盘的操作不及时、过于频繁、甚至错误操作。除此以外，驾驶员身体坐姿相较于正常驾驶时会发生较大的变化，具体表现在重心后移或前倾、脊背对座椅的压力发生变化。

参阅图2，所述的疲劳检测模块的输出端与单片机相应输入接口相连，用于检测驾驶员的实际驾驶状态。所述疲劳检测模块包括布置在座椅靠背的压力传感器A1、A2、A3、A4，布置在座椅头枕内的压力传感器A5，布置在方向盘转向柱内的方向盘转角传感器B,以及原厂的车速传感器C。

所述布置在座椅靠背的压力传感器A1、A2、A3、A4用于检测驾驶员背部对座椅靠背压力的变化。

所述布置在座椅头枕的压力传感器A5用于检测驾驶员头部对座椅头枕压力的变化。

所述布置在方向盘转向柱内的方向盘转角传感器B用于检测方向盘转角的变化。

所述原厂的车速传感器C用于提供车辆实时行驶的速度，通过汽车总线引出，并与单片机相连，将车速信息传输给单片机。

二.掩蔽声存储模块

所述掩蔽声存储模块包括通过USB转串口芯片、与单片机相连的USB接口和可移动的USB闪存盘，用于储存及设置掩蔽声文件，驾驶员可以自行输入具有掩蔽效应的音频文件，也可以使用系统预存的掩蔽声音乐。

三.掩蔽声播放与重度疲劳唤醒模块

参阅图2，所述掩蔽声播放与重度疲劳唤醒模块为座椅头枕两侧内置扬声器、座椅靠背内置震动单元的新型驾驶员座椅，当本系统判断驾驶员为轻度疲劳等级时，扬声器开始播放掩蔽声以缓解驾驶员的疲劳感。当本系统判断驾驶员为重度疲劳等级时，扬声器立即关闭，同时座椅中内置的震动单元震动，直到驾驶员手动解除为止；采用震动渐强的方式，以防止驾驶员因突然受到过度的外部刺激而产生危险。

四.自动控制模块

所述自动控制模块包括单片机，步进电机，用于接收疲劳检测模块检测到的信号，并控制扬声器的角度。

所述自动控制模块中电机能够调节掩蔽声播放与重度疲劳唤醒模块中独立扬声器的工作位置，以提高掩蔽效应的效能。

参阅图,3，所述的单片机相应接口与各传感器的输出端及掩蔽声存储模块的输出端相连，接收各个传感器测得的信号。型号为STC12C5A60S2的单片机中的P1.0(ADC0)引脚与压力传感器A1的3引脚电连接。型号为STC12C5A60S2的单片机中的P1.1(ADC1)引脚与压力传感器A2的3引脚电连接。型号为STC12C5A60S2的单片机中的P1.4(ADC4)引脚与压力传感器A3的3引脚电连接。型号为STC12C5A60S2的单片机中的P1.5(ADC5)引脚与压力传感器A4的3引脚电连接。型号为STC12C5A60S2的单片机中的P1.6(ADC6)引脚与压力传感器A5的3引脚电连接。型号为STC12C5A60S2的单片机中的P0.0引脚与扬声器1电连接。型号为STC12C5A60S2的单片机中的P0.1引脚与扬声器2电连接。型号为STC12C5A60S2的单片机中的P0.2引脚与角度传感器B的4引脚电连接。型号为STC12C5A60S2的单片机中的P0.3引脚与步进电机1的4引脚电连接。型号为STC12C5A60S2的单片机中的P0.4引脚与步进电机1的6引脚电连接。型号为STC12C5A60S2的单片机中的P0.5引脚与步进电机2的4引脚电连接。型号为STC12C5A60S2的单片机中的P0.6引脚与步进电机2的6引脚电连接。型号为STC12C5A60S2的单片机中的P0.7引脚与震动单元的5引脚电连接。型号为STC12C5A60S2的单片机中的P1.2(RXD2)引脚与型号为PCA82C250的CAN收发器中的TXD引脚电连接。型号为STC12C5A60S2的单片机中的P1.3(TXD2)引脚与型号为PCA82C250的CAN收发器中的RXD引脚电连接。型号为PCA82C250的CAN收发器中的CANH与原厂的车速传感器C电连接。型号为PCA82C250的CAN收发器中的CANL与原厂的车速传感器C电连接。型号为STC12C5A60S2的单片机中的P3.0(RXD)引脚与型号为CH340的USB转串口芯片中的TXD引脚电连接。型号为STC12C5A60S2的单片机中的P3.1(TXD)引脚与型号为CH340的USB转串口芯片中的RXD引脚电连接。型号为CH340的USB转串口芯片中的UD+引脚与USB接口的2引脚电连接。型号为CH340的USB转串口芯片中的UD-引脚与USB接口的4引脚电连接。

五.系统参数测试方法

所述系统参数测试方法包括测试车道和测试状态设定，用于完成系统参数阈值的测试和标定。

所述系统参数测试方法要求驾驶员在使用本系统之前，应按照测试状态设定的要求，在测试车道上进行测试，以完成系统参数阈值的测试和标定。

测试车道包括高速跑道、强化坏路、一般公路、标准坡道。具体如下：

1.高速跑道为环形，沥青混凝土铺装，可供汽车长时间高速行驶，用于模拟高速公路驾驶条件；

2.强化坏路包括石块路、坑洼路、砂石路、不平整水泥路、沙滩路等，用于测试路况较差时的系统参数；

3.一般公路长度为2～3千米，沥青混凝土铺装，主要测试汽车加速、减速、紧急制动、滑行等工况，用于模拟市区驾驶条件；

4.标准坡道由一组不同坡度的坡道组成，坡度在6％～60％范围内，宽度4～8米，为沥青或浆切片石或混凝土铺装，用以测试爬坡、下坡、坡面起步等工况。

测试状态设定包括高速驾驶、低速驾驶、连续转向、起步、加速、减速、紧急制动、停车靠在座椅上休息。具体如下：

1.高速驾驶为驾驶员驾车在高速跑道上以100km/h的速度连续行驶10分钟；

2.低速驾驶包括驾驶员驾车在强化坏路和一般公路上以50km/h的速度分别行驶10分钟；

3.连续转向包括驾驶员驾车在强化坏路和一般公路上以不高于50km/h的速度分别行驶2分钟；

4.起步包括驾驶员驾车在强化坏路、一般公路和标准坡道上分别起步3次；

5.加速包括驾驶员驾车在高速跑道、强化坏路和一般公路上分别进行0-50km/h，50-100km/h匀加速行驶3次；

6.减速包括驾驶员驾车在高速跑道、强化坏路和一般公路上分别进行50-0km/h，100-50km/h匀减速行驶3次；

7.紧急制动为驾驶员在高速跑道、强化坏路和一般公路上为别以30km/h紧急制动3次；

8.停车靠在座椅上休息为驾驶员停车靠在椅背上休息30分钟。

六.疲劳等级判断方法

参阅图4，所述疲劳等级判断方法为单片机按照设定的各传感器检测项目所占权重，结合实时车速进行综合分析，与通过系统参数测试方法设定好的阈值进行比对，以判断驾驶员当前的疲劳等级，进而控制掩蔽声的播放以及重度疲劳的唤醒。

各个传感器检测信息所占权重的确定如下：

所述布置在座椅靠背的压力传感器A1、A2、A3、A4用于检测驾驶员背部对座椅靠背压力的变化，将驾驶员在训练车道上采集的正常驾驶状态下的压力作为阈值，驾驶员在驾驶过程中背部对座椅靠背的压力超出阈值上下30％范围时，每有一个计0.1分；驾驶员在驾驶过程中背部对座椅靠背的压力超出阈值上下50％范围时，每有一个计0.2分。

所述布置在座椅头枕的压力传感器A5用于检测驾驶员头部对座椅头枕压力的变化，将驾驶员在训练车道上采集的正常驾驶状态下的压力作为阈值，驾驶员在驾驶过程中头部对座椅头枕的压力超出阈值上下20％范围时，计0.2分；驾驶员在驾驶过程中头部对座椅头枕的压力超出阈值上下30％范围时，计0.3分。

所述布置在方向盘转向柱内的方向盘转角传感器B用于检测方向盘转角的变化，将驾驶员在训练车道上采集的正常驾驶状态下的转角作为阈值，驾驶员在驾驶过程中方向盘转角突然改变超出阈值上下35％范围时，计0.1分；驾驶员在驾驶过程中方向盘转角突然改变超出阈值上下55％范围时，计0.2分。

所述原厂的车速传感器C用于提供车辆实时行驶的速度，通过汽车总线引出，并与型号为PCA82C250的CAN收发器相连，将车速信息传输给单片机。车速低于0-50km/h时，计时时间为15秒；车速高于50km/h并低于100km/h时，计时时间为8秒；车速高于100km/h时，计时时间为5秒。

当上述传感器显示驾驶员处于零级疲劳，即未处于疲劳状态时，均记0分。

当总计分值达到0.6分以上时，单片机开始计时，若没有达到当前车速对应的计时时间，总分下降到0.6分及以下，则重置计时时间；若总分持续高于0.6分的时间达到当前车速对应的计时时间，即可判断驾驶员为轻度疲劳，掩蔽声存储模块输入的掩蔽声文件输出给扬声器进行播放，以警示驾驶员为轻度疲劳，同时缓解驾驶员的疲劳感。

当驾驶员为轻度疲劳等级且总计分值高于1.0分时，单片机开始计时，若没有达到当前车速对应的计时时间，总分下降到1.0分及以下，则重置计时时间；若总分持续高于1.0分的时间达到当前车速对应的计时时间，即可判断驾驶员为重度疲劳，扬声器立即停止掩蔽声的播放，同时座椅中内置的震动单元由弱渐强震动，直到驾驶员按手动解除按钮后停止，同时重置计时时间，扬声器继续播放掩蔽声。

以上所述,仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不限于此，熟悉本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (10)

1.一种基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒系统，其特征在于：

所述基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒系统包括疲劳检测模块、掩蔽声存储模块、掩蔽声播放与重度疲劳唤醒模块、自动控制模块；

所述疲劳检测模块包括布置在驾驶员座椅靠背和头枕中的压力传感器、布置在方向盘的角度传感器、以及原厂的车速传感器，用于检测驾驶员的驾驶状态；

所述掩蔽声存储模块包括通过USB转串口芯片、与单片机相连的USB接口和可移动的USB闪存盘，用于储存及设置掩蔽声文件；

所述掩蔽声播放与重度疲劳唤醒模块包括座椅头枕两侧内置扬声器、座椅靠背内置震动单元的驾驶员座椅；

所述自动控制模块包括单片机和步进电机，用于接收传感器的输入信号，并控制扬声器的角度以及播放设定的掩蔽声。

2.根据权利要求1所述的一种基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒系统，其特征在于：

所述掩蔽声播放与重度疲劳唤醒模块包括两种工作方式，当判断驾驶员为轻度疲劳等级时采用独立的扬声器播放掩蔽声，以缓解疲劳感；当判断驾驶员为重度疲劳等级时采用震动与突然静音相结合的方式，以唤醒驾驶员。

3.根据权利要求1所述的一种基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒系统，其特征在于：

所述自动控制模块中单片机按照系统参数测试方法设定驾驶员参数，将疲劳检测模块中的各个传感器的输入信号进行分析和综合，通过疲劳等级判断方法判断驾驶员当前的疲劳等级，轻度疲劳等级时自动开启播放掩蔽声，重度疲劳等级时发出警示，直到手动解除为止。

4.根据权利要求1所述的一种基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒系统，其特征在于：

所述基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒系统的总开关为安全带扣舌，即当驾驶员系好安全带时，整个基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒系统便处于待机状态。

5.根据权利要求1所述的一种基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒系统，其特征在于：

所述的疲劳检测模块的输出端与自动控制模块中的单片机相应输入接口相连，用于检测驾驶员的实际驾驶状态；

所述疲劳检测模块中布置在座椅靠背的压力传感器设有四个，用于检测驾驶员背部对座椅靠背压力的变化；

所述疲劳检测模块中布置在座椅头枕内的压力传感器设有一个，用于检测驾驶员头部对座椅头枕压力的变化；

所述疲劳检测模块中布置在方向盘转向柱内的方向盘转角传感器设有一个，用于检测方向盘转角的变化；

所述疲劳检测模块中原厂的车速传感器通过汽车总线引出，并与型号为PCA82C250的CAN收发器相连，将车速信息传输给单片机，用于提供车辆实时行驶的速度。

6.根据权利要求5所述的一种基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒系统，其特征在于：

所述的单片机相应接口与各传感器的输出端及掩蔽声存储模块的输出端相连，接收各个传感器测得的信号；

型号为STC12C5A60S2的单片机中的P1.0(ADC0)引脚与压力传感器A1的3引脚电连接；

型号为STC12C5A60S2的单片机中的P1.1(ADC1)引脚与压力传感器A2的3引脚电连接；

型号为STC12C5A60S2的单片机中的P1.4(ADC4)引脚与压力传感器A3的3引脚电连接；

型号为STC12C5A60S2的单片机中的P1.5(ADC5)引脚与压力传感器A4的3引脚电连接；

型号为STC12C5A60S2的单片机中的P1.6(ADC6)引脚与压力传感器A5的3引脚电连接；

型号为STC12C5A60S2的单片机中的P0.0引脚与扬声器1电连接；

型号为STC12C5A60S2的单片机中的P0.1引脚与扬声器2电连接；

型号为STC12C5A60S2的单片机中的P0.2引脚与角度传感器B的4引脚电连接；

型号为STC12C5A60S2的单片机中的P0.3引脚与步进电机1的4引脚电连接；

型号为STC12C5A60S2的单片机中的P0.4引脚与步进电机1的6引脚电连接；

型号为STC12C5A60S2的单片机中的P0.5引脚与步进电机2的4引脚电连接；

型号为STC12C5A60S2的单片机中的P0.6引脚与步进电机2的6引脚电连接；

型号为STC12C5A60S2的单片机中的P0.7引脚与震动单元的5引脚电连接；

型号为STC12C5A60S2的单片机中的P1.2(RXD2)引脚与型号为PCA82C250的CAN收发器中的TXD引脚电连接；

型号为STC12C5A60S2的单片机中的P1.3(TXD2)引脚与型号为PCA82C250的CAN收发器中的RXD引脚电连接；

型号为PCA82C250的CAN收发器中的CANH与原厂的车速传感器C电连接；

型号为PCA82C250的CAN收发器中的CANL与原厂的车速传感器C电连接；

型号为STC12C5A60S2的单片机中的P3.0(RXD)引脚与型号为CH340的USB转串口芯片中的TXD引脚电连接；

型号为STC12C5A60S2的单片机中的P3.1(TXD)引脚与型号为CH340的USB转串口芯片中的RXD引脚电连接；

型号为CH340的USB转串口芯片中的UD+引脚与USB接口的2引脚电连接；

型号为CH340的USB转串口芯片中的UD-引脚与USB接口的4引脚电连接。

7.一种基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒方法，其特征在于：

包括系统参数测试方法和疲劳等级判断方法；

所述系统参数测试方法包括测试车道和测试状态设定，用于完成系统参数阈值的测试和标定；

所述疲劳等级判断方法为单片机按照设定的各传感器检测项目所占权重，结合实时车速进行综合分析，与通过系统参数测试方法设定好的阈值进行比对，以判断驾驶员当前的疲劳等级，进而控制掩蔽声的播放以及重度疲劳的唤醒。

8.根据权利要求7所述的一种基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒方法，其特征在于：

所述测试车道包括高速跑道、强化坏路、一般公路、标准坡道；具体如下：

1)高速跑道为环形，沥青混凝土铺装，可供汽车长时间高速行驶，用于模拟高速公路驾驶条件；

2)强化坏路包括石块路、坑洼路、砂石路、不平整水泥路和沙滩路，用于测试路况较差时的系统参数；

3)一般公路长度为2～3千米，沥青混凝土铺装，主要测试汽车加速、减速、紧急制动、滑行工况，用于模拟市区驾驶条件；

4)标准坡道由一组不同坡度的坡道组成，坡度在6％～60％范围内，宽度4～8米，为沥青或浆切片石或混凝土铺装，用以测试爬坡、下坡、坡面起步工况。

9.根据权利要求7所述的一种基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒方法，其特征在于：

所述测试状态设定包括高速驾驶、低速驾驶、连续转向、起步、加速、减速、紧急制动和停车靠在座椅上休息；具体如下：

1)高速驾驶为驾驶员驾车在高速跑道上以100km/h的速度连续行驶10分钟；

2)低速驾驶包括驾驶员驾车在强化坏路和一般公路上以50km/h的速度分别行驶10分钟；

3)连续转向包括驾驶员驾车在强化坏路和一般公路上以不高于50km/h的速度分别行驶2分钟；

4)起步包括驾驶员驾车在强化坏路、一般公路和标准坡道上分别起步3次；

5)加速包括驾驶员驾车在高速跑道、强化坏路和一般公路上分别进行0-50km/h，50-100km/h匀加速行驶3次；

6)减速包括驾驶员驾车在高速跑道、强化坏路和一般公路上分别进行50-0km/h，100-50km/h匀减速行驶3次；

7)紧急制动为驾驶员在高速跑道、强化坏路和一般公路上为别以30km/h紧急制动3次；

8)停车靠在座椅上休息为驾驶员停车靠在椅背上休息30分钟。

10.根据权利要求7所述的一种基于掩蔽效应的轿车驾驶员疲劳缓解与唤醒方法，其特征在于：

所述单片机按照设定的各传感器检测项目所占权重确定如下：

所述布置在座椅靠背的压力传感器A1、A2、A3、A4用于检测驾驶员背部对座椅靠背压力的变化，将驾驶员在训练车道上采集的正常驾驶状态下的压力作为阈值，驾驶员在驾驶过程中背部对座椅靠背的压力超出阈值上下30％范围时，每有一个计0.1分；驾驶员在驾驶过程中背部对座椅靠背的压力超出阈值上下50％范围时，每有一个计0.2分；

所述布置在座椅头枕的压力传感器A5用于检测驾驶员头部对座椅头枕压力的变化，将驾驶员在训练车道上采集的正常驾驶状态下的压力作为阈值，驾驶员在驾驶过程中头部对座椅头枕的压力超出阈值上下20％范围时，计0.2分；驾驶员在驾驶过程中头部对座椅头枕的压力超出阈值上下30％范围时，计0.3分；

所述布置在方向盘转向柱内的方向盘转角传感器B用于检测方向盘转角的变化，将驾驶员在训练车道上采集的正常驾驶状态下的转角作为阈值，驾驶员在驾驶过程中方向盘转角突然改变超出阈值上下35％范围时，计0.1分；驾驶员在驾驶过程中方向盘转角突然改变超出阈值上下55％范围时，计0.2分；

所述原厂的车速传感器C用于提供车辆实时行驶的速度，通过汽车总线引出，并与型号为PCA82C250的CAN收发器相连，将车速信息传输给单片机；车速低于0-50km/h时，计时时间为15秒；车速高于50km/h并低于100km/h时，计时时间为8秒；车速高于100km/h时，计时时间为5秒；

当上述传感器显示驾驶员处于零级疲劳，即未处于疲劳状态时，均记0分；

当总计分值达到0.6分以上时，单片机开始计时，若没有达到当前车速对应的计时时间，总分下降到0.6分及以下，则重置计时时间；若总分持续高于0.6分的时间达到当前车速对应的计时时间，即可判断驾驶员为轻度疲劳，掩蔽声存储模块输入的掩蔽声文件输出给扬声器进行播放，以警示驾驶员为轻度疲劳，同时缓解驾驶员的疲劳感；

当驾驶员为轻度疲劳等级且总计分值高于1.0分时，单片机开始计时，若没有达到当前车速对应的计时时间，总分下降到1.0分及以下，则重置计时时间；若总分持续高于1.0分的时间达到当前车速对应的计时时间，即可判断驾驶员为重度疲劳，扬声器立即停止掩蔽声的播放，同时座椅中内置的震动单元由弱渐强震动，直到驾驶员按手动解除按钮后停止，同时重置计时时间，扬声器继续播放掩蔽声。