CN109017671A - 一种安全带提醒装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于汽车装置领域，尤其涉及一种安全带提醒装置，其特征在于：包括检测机构和提醒机构，检测机构检测乘员是否佩戴安全带，提醒机构限制油门深度，提醒司机佩戴安全带；检测机构通过主控板控制提醒机构。结构简单，检测方式更准确可靠,提高装置防欺骗能力；采用更有效的提醒方式，并在提醒未被注意到时系统能主动采取措施避。装置结构原理简单，具有很大灵活性，适用于多种不同场合。

Description

一种安全带提醒装置

技术领域

本发明属于汽车装置领域，尤其涉及一种安全带提醒装置。

背景技术

目前普遍采用的检测乘员是否佩戴安全带的方式为安全带插口处的开关检测安全带是否插入，座椅下的压力传感器检测是否有人坐在座椅上。当安全带未插入并有人在座椅上时警报开启，如图1所示。采用的提醒方式有警示灯,位于仪表盘上,当系统检测到乘员未系安全带时警示灯亮起。在实际生活中，这种提醒方式几乎形同虚设，如图2所示。还有提示音为提醒方式,当系统检测到乘员未系安全带时提示音响起。一般还会结合车速提醒,当车速未达到预设车速时即使未系安全带也不会有提示音响起.提示音常与警示灯配合工作。但部分车型的提示音在响了一段时间后会自动消失。

安全带在汽车行驶过程中有着大的重要性，如图3所示。由于行车速度低、活动受限、不舒服、刹车、停车次数多和对安全带的重要性不了解等原因，有许多驾驶员或乘客不系安全带。现实生活中假安全带扣大行其道，司机的手段五花八门，有的将安全带从身后绕过，有人用假插扣插在插口上。而采用这些做法的司机往往是出租车司机,网约车司机,公交车司机等长期驾驶车辆的人，安全隐患极大。这些行为带来了许多安全上的危害。

另外，传统安全带提醒装置存在的问题：一容易被骗，二容易被忽视。检测方式依据安全带是否插入插口这一条件，然而该条件不能充分说明乘员已经佩戴安全带，防欺骗能力弱，乘员可以通过假系安全带、安全带卡扣等方式欺骗系统，如图4所示。也存在着提醒有效性、强制性不足的问题，提醒本应当起到阻止危险发生的作用，然而传统提醒方式是否能发挥此作用完全依赖于乘员自身的行为，司机完全可以无视提醒的存在而继续正常驾驶，行车安全得不到保障，如图5所示。传统安全带提醒方式依据的条件是必要条件，即系上安全带可以满足该条件，但满足该条件并不一定意味着系上了安全带。因此提醒方式也比较简陋, 警示灯提醒完全可以置之不理,几乎等于形同虚设,而提示音与警示灯相比虽更能引起司机注意,但仍无法直接阻止司机不佩戴安全带的行为,更不能直接防止危险发生，是一种消极、被动的提醒方式。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种安全带提醒装置，结构简单，检测方式更准确可靠,提高装置防欺骗能力；采用更有效的提醒方式，并在提醒未被注意到时系统能主动采取措施避。装置结构原理简单，具有很大灵活性，适用于多种不同场合。

解决以上技术问题的一种安全带提醒装置，其特征在于：包括设有检测机构和提醒机构，检测机构检测乘员是否佩戴安全带；提醒机构限制油门深度，同时限制车速，提醒司机佩戴安全带；检测机构通过控制器控制提醒机构，检测机构与控制器连接，控制器与提醒机构连接。

通过检测机构检测安全带是否绕过身体前方，准确可靠,提高装置防欺骗能力。通过提醒机构限制油门深度，同时限制车速的方式提醒，提高提醒的有效性、强制性，若未系安全带，即使提醒被忽视，车速也将被限定在安全范围内，能主动保护乘员安全，在提醒未被注意到时系统能主动采取措施避，从而免危险而不依赖乘员自身行为。

所述检测机构包括采用红外线传感器配合反光板/条的检测方式，如图6所示，所述反光板/条标记在安全带上；接收到红外线信号判断为已佩戴安全带，未接收到红外线信号判断为未佩戴安全带。

所述红外线传感器使用模拟输入管脚A0输入信号，控制器通过数字口9号向提醒机构中的舵机发出信号。

优化方案中所述检测机构还包括采用图像/颜色识别的检测方式，如图7所示，检测到颜色标记即判断已佩戴安全带，未检测到判断为未系安全带；所述图像/颜色标记在安全带上。

所述图像/颜色识别的检测方式为安装摄像头方式，摄像头通过ICSP下载程序接口与控制器通信，控制器通过数字口9号向提醒机构中的舵机发出信号。

所述反光板/条或图像/颜色设置在安全带正常使用时经过人锁骨处的一段，即1区，如图9；红外线传感器或摄像头的位置与反光板/条的连线垂直于反光板/条平面；优化方案中红外线传感器设置在A柱上或是挡风玻璃与车顶交界处，红外线传感器与反光板/条的距离为38-42cm。红外线传感器或摄像头的位置，若将反光条设置在此处，红外线传感器固定位置应满足的条件红外线信号不能被杂物遮挡与反光条的距离不能过远。

所述红外线传感器与反光板/条的距离为40cm。

控制器就像一个微型电脑，向控制器上上传一个程序，控制器就能以此对输入的数据进行分析处理并输出相应数据，从而实现传感器对其他电子元件的控制。

在红外线传感器检测机构中，利用红外线传感器向控制器输入信号，控制器根据信号判断乘员是否佩戴安全带并向舵机发出相应动作指令；在图像/颜色识别检测机构中，用pixy 摄像头向控制器输入信号，控制器根据信号判断乘员是否佩戴安全带并向舵机发出相应动作指令。

本发明中红外线传感器由红外线发射管、红外线接收管、比较器电路、指示灯、VCC、 GND、D0管脚组成。发射管发射出一定频率的红外线，当检测方向遇到障碍物(反射面)时，红外线反射回来被接收管接收，经过比较器电路处理后，绿色指示灯亮起，同时信号输出接口(D0)输出数字信号(一个低电平信号)，若接收管未接收到红外线，则输出高电平信号。

所述提醒机构包括设有底板、止动轮、棘爪、舵机、油门和限位块，止动轮固定于油门转轴上并与其共轴转动，止动轮边上设有缺口，缺口与棘爪吻合；舵机、限位块和油门设在底板上，舵机和油门连接，棘爪一端设在舵机上，另一端与缺口相近且位于限位块上方，限位块起限制棘爪位置作用。

底板起固定油门与舵机的作用，棘爪由舵机控制，用于卡住止动轮，从而限制油门深度；舵机由控制器控制，控制棘爪卡住或松开止动轮。限位块可在棘爪滑动后将其重新归位。

所述舵机为转动指定角度的电动机；所述棘爪未完全紧密固定设在舵机上，两者相对滑动，避免损坏，因为棘爪与止动轮缺口间可能出现对不齐的情况，从而导致舵机无法将棘爪带到指定位置。

所述舵机使用9号管脚控制；若使用红外线传感器方式，红外线传感器使用模拟输入管脚A0，当红外线传感器向控制器输入的电平信号小于30时舵机相对初始位置转动60℃，棘爪卡住止动轮，限制油门深度；当红外线传感器向控制器输入的电平信号大于100时舵机相对初始位置转动45℃，棘爪松开止动轮，油门深度限制取消；

若使用摄像头识别方式，则当摄像头识别到安全带上的颜色组合标记时，舵机相对初始位置转动45°，此时棘爪放下，止动轮被松开，油门可以正常踩踏；当摄像头未识别到安全带上的颜色标记时，舵机相对初始位置转动60°，此时棘爪抬升，止动轮被卡住，油门的最大踩踏深度受限制。

本发明中安全带提醒装置利用红外线、图像识别、颜色识别技术检测乘员是否佩戴安全带，并通过限制油门深度，限制车速的方式对司机进行提醒，消除了传统安全带提醒装置防欺骗能力弱，提醒方式有效性、强制性不足的问题，限制车速的提醒方式更可以主动避免危险发生。不仅可以在私家车上应用此装置保障安全，还可以应用于公交车、出租车、网约车等职业领域，更有效地监督、提醒司机及乘客佩戴安全带，保障安全运营。

附图说明

下面结合附图及具体实施方式对本发明做更进一步详细说明：

图1为本发明中传统检测乘员是否佩戴安全带的装置图

图2为本发明中传统采用的提醒示意图

图3为本发明中安全带的重要性分析图

图4为本发明中传统安全带提醒装置存在的问题示意图

图5为本发明中安全带提醒装置检测原理图

图6为本发明中红外线传感器检测方案原理图

图7为本发明中摄像头检测方案原理图

图8为本发明中提醒机构结构图

图9为本发明中反光带/条的分布图

图10为本发明中红外线传感器或摄像头位置的结构示意图

其中，图中标识具体为：

1.舵机,2.棘爪,3.限位块,4.底板,5.止动轮,6.油门,7.缺口,8.舵机转轴,9.油门转轴，10.连接线，11.安全带，12.挡风玻璃，13.车顶，14.红外线传感器或摄像头，15.反光板/条或图像

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行进一步说明：

实施例1

一种安全带提醒装置，包括检测机构和提醒机构，检测机构检测乘员是否佩戴安全带，提醒机构限制油门深度，提醒司机佩戴安全带；检测机构通过主控板控制提醒机构。控制器就像一个微型电脑，向控制器上上传一个程序，控制器就能以此对输入的数据进行分析处理并输出相应数据，从而实现传感器对其他电子元件的控制。

检测机构采用红外线传感器配合反光板的检测方式，如图6所示，接收到红外线信号判断为已佩戴安全带，未接收到红外线信号判断为未佩戴安全带。将反光条设置在安全带正常使用时经过人锁骨处的一段(1区)，若正确使用安全带，安全带在该区域会拉的比较平整，而且在一般情况下该区域很少被遮挡。红外线传感器的位置，若将反光条设置在此处，红外线传感器固定位置应满足的条件，红外线信号不能被杂物遮挡与反光条的距离不能过远。与反光条的连线大致垂直于反光条平面，红色传感器的位置可以设置在A柱上或是挡风玻璃与车顶交界处，二者与反光条的距离均在38或42cm。

反光条的位置需要满足以下条件：能保证随安全带一起抽出，在乘员身体前方，当安全带未按正确方式使用时(例如绕在乘员身后)无法反射红外线信号，当安全带正常使用时反光条不会被乘员正常身体活动遮挡，安全带在此处的扭转角度较小。

红外线传感器由红外线发射管、红外线接收管、比较器电路、指示灯、VCC、GND、D0管脚组成。发射管发射出一定频率的红外线，当检测方向遇到障碍物(反射面)时，红外线反射回来被接收管接收，经过比较器电路处理后，绿色指示灯亮起，同时信号输出接口 (D0)输出数字信号(一个低电平信号)，若接收管未接收到红外线，则输出高电平信号。

提醒机构设有底板、止动轮、棘爪、舵机、油门和限位块，止动轮固定于油门转轴上并与其共轴转动，靠近底板的止动轮边上设有缺口；舵机、限位块和油门设在底板上，舵机和油门连接，棘爪一端固定设在舵机上，另一端与缺口相近且位于棘爪上方。底板起固定油门与舵机的作用，止动轮固定于油门转轴上并与其共轴转动，有一缺口可与棘爪吻合；棘爪由舵机控制，用于卡住止动轮，从而限制油门深度；舵机由控制器控制，控制棘爪卡住或松开止动轮；限位块起限制棘爪位置作用。

舵机使用9号管脚控制；若使用红外线传感器方式，红外线传感器使用模拟输入管脚 A0，当红外线传感器向控制器输入的电平信号小于30时舵机相对初始位置转动60℃，棘爪卡住止动轮，限制油门深度；当红外线传感器向控制器输入的电平信号大于100时舵机相对初始位置转动45℃，棘爪松开止动轮，油门深度限制取消。

检测机构通过控制器控制提醒机构，检测机构中红外线传感器与控制器通过连接线连接，控制器通过连接线与提醒机构中舵机连接。

实施例2

一种安全带提醒装置，包括检测机构和提醒机构，检测机构检测乘员是否佩戴安全带，提醒机构限制油门深度，提醒司机佩戴安全带；检测机构通过主控板控制提醒机构。

检测机构采用红外线传感器配合反光板的检测方式，如图6所示，即检测机构包括设有安全带、红外线传感器和标记在安全带上的反光板或反光条；接收到红外线信号判断为已佩戴安全带，未接收到红外线信号判断为未佩戴安全带；第二阶段采用图像/颜色识别的检测方式，即还包括摄像头和标记在安全带上的颜色标记，如图7所示，检测到颜色标记即判断已佩戴安全带，未检测到判断为未系安全带。

安全带宽度不大，红外线传感器与反光条之间不易对准，容易造成误判。反光条易于复制，红外线传感器易被阳光干扰。摄像头在夜间无法使用，而红外线可以在夜间使用，两者可以结合，例如模仿红外线扫描条形码的技术，打印一段黑白色块组成的条形码，利用黑色与白色对红外线反射的区别识别条形码，或是利用红外线反射/吸收涂层对标记进行隐形处理。

Pixy摄像头是一个开源的图像识别传感器，支持多物体，多色彩的颜色识别，最高支持7种颜色。Pixy支持多种通信方式，如SPI，I2C等，可以直插在Arduino控制板上面。它搭载的图像传感器配合强大的硬件，可以配合PC跟踪、分析多色的数据。会选择性的处理有用的信息，采用以颜色为中心的办法——使该产品只是将特定颜色的物体的视觉数据发送给相互配合的微型控制器，而不是输出所有视觉数据以进行图像处理。

本发明中利用摄像头，先教它一段特定的颜色组合，再将该颜色组合印在安全带上，这样，颜色组合相当于一段密码，可以增强系统防欺骗能力，摄像头自带的图像跟踪功能还解决了了安全带在使用过程中移动而造成误判的问题。该摄像头与arduino兼容，便于程序设计。与红外线传感器相比，摄像头检测能力有了大幅度提升，检测范围范围更广，准确率更高，解决了红外线传感器方案检测范围狭窄，失误率高的问题；每秒50帧的传输速率以及自带的图像跟踪功能更适合于追踪位置、角度会不断变化的安全带；而使用颜色组合的方法则大大提高了装置的防欺骗能力。

在检测板块第一阶段，红外线传感器使用模拟输入管脚A0输入信号，控制器通过数字口9号向舵机发出信号。在检测板块第二阶段，摄像头通过ICSP下载程序接口与控制器通信，控制器通过数字口9号向舵机发出信号。利用该摄像头，先教它一段特定的颜色组合，再将该颜色组合印在安全带上，这样，颜色组合相当于一段密码，可以增强系统防欺骗能力，摄像头自带的图像跟踪功能还解决了了安全带在使用过程中移动而造成误判的问题。

将反光条设置在安全带正常使用时经过人锁骨处的一段(1区)，若正确使用安全带，安全带在该区域会拉的比较平整，而且在一般情况下该区域很少被遮挡。红外线传感器的位置，若将反光条设置在此处，红外线传感器固定位置应满足的条件，红外线信号不能被杂物遮挡与反光条的距离不能过远。与反光条的连线大致垂直于反光条平面，红色传感器的位置可以设置在A柱上或是挡风玻璃与车顶交界处，二者与反光条的距离均在40cm。

颜色组合块的位置与红外线传感器中反光条的位置一致，摄像头的位置也与红外线传感器方案中红外线传感器位置相似。

在检测板块第一阶段中，利用红外线传感器向控制器输入信号，控制器根据信号判断乘员是否佩戴安全带并向舵机发出相应动作指令；在检测板块第二阶段中，用pixy摄像头向控制器输入信号，控制器根据信号判断乘员是否佩戴安全带并向舵机发出相应动作指令。通过图像识别检测安全带是否绕过身体前方，准确可靠,提高装置防欺骗能力。通过限制油门深度，同时限制车速的方式提醒，提高提醒的有效性、强制性，若未系安全带，即使提醒被忽视，车速也将被限定在安全范围内，能主动保护乘员安全。采用更有效的提醒方式，并在提醒未被注意到时系统能主动采取措施避。从而免危险而不依赖乘员自身行为。

反光条的位置需要满足以下条件：能保证随安全带一起抽出，在乘员身体前方，当安全带未按正确方式使用时(例如绕在乘员身后)无法反射红外线信号，当安全带正常使用时反光条不会被乘员正常身体活动遮挡，安全带在此处的扭转角度较小。

红外线传感器由红外线发射管、红外线接收管、比较器电路、指示灯、VCC、GND、D0管脚组成。发射管发射出一定频率的红外线，当检测方向遇到障碍物(反射面)时，红外线反射回来被接收管接收，经过比较器电路处理后，绿色指示灯亮起，同时信号输出接口 (D0)输出数字信号(一个低电平信号)，若接收管未接收到红外线，则输出高电平信号。

提醒机构设有底板、止动轮、棘爪、舵机、油门和限位块，止动轮固定于油门转轴上并与其共轴转动，靠近底板的止动轮边上设有缺口；舵机、限位块和油门设在底板上，舵机和油门连接，棘爪一端固定设在舵机上，另一端与缺口相近且位于棘爪上方。底板起固定油门与舵机的作用，止动轮固定于油门转轴上并与其共轴转动，有一缺口可与棘爪吻合；棘爪由舵机控制，用于卡住止动轮，从而限制油门深度；舵机由控制器控制，控制棘爪卡住或松开止动轮；限位块起限制棘爪位置作用。舵机为可以转动指定角度的电动机。棘爪未完全紧密固定在舵机转轴上，两者可相对滑动，避免损坏，因为棘爪与止动轮缺口间可能出现对不齐的情况，从而导致舵机无法将棘爪带到指定位置。限位块可在棘爪滑动后将其重新归位。

舵机使用9号管脚控制；若使用红外线传感器方式，红外线传感器使用模拟输入管脚 A0，当红外线传感器向控制器输入的电平信号小于30时舵机相对初始位置转动60℃，棘爪卡住止动轮，限制油门深度；当红外线传感器向控制器输入的电平信号大于100时舵机相对初始位置转动45℃，棘爪松开止动轮，油门深度限制取消；

使用摄像头识别方式，则当摄像头识别到安全带上的颜色组合标记时，舵机相对初始位置转动45°，此时棘爪放下，止动轮被松开，油门可以正常踩踏；当摄像头未识别到安全带上的颜色标记时，舵机相对初始位置转动60°，此时棘爪抬升，止动轮被卡住，油门的最大踩踏深度受限制。

检测机构通过控制器控制提醒机构，检测机构中红外线传感器与控制器通过连接线连接，控制器通过连接线与提醒机构中舵机连接。

试验一：不同区域安全带在下列常见情况下被遮挡的情况

安全带上设有1-4区，如图9所示，其它内容如实施例中所示，在不同情况下安全带被遮挡，具体如下：

使用手机600s：

1区9s，2区565s，3区478s，4区303s，总时间600s。

吃东西600s：

1区0s，2区366s，3区412s，4区271s，总时间600s。

睡觉600s：

1区1s，2区589s，3区597s，4区592s，总时间600s。

方向盘从最左打到最右：

1区0.36s，2区2.33s，3区0.40s，4区0.00s，总时间5s。

将遮挡时间除以总时间作为该区域在做某事的情况下被遮挡的概率，使用手机加权 0.,4，吃东西加权0.15，睡觉加权0.4，看报纸加权0.05，粗略估算出乘客的安全带不同区域被遮挡的概率；方向盘从最左到最右加权0.1，不遮挡加权0.9,，粗略估算出司机安全带不同区域被遮挡概率：

	1区	2区	3区	4区
					驾驶室	7.20％	46.60％	8.00％	0
乘客区	1.95％	91.05％	86.97％	71.44％

根据以上条件，并结合生活经验和实际检验，初步确定将反光条设置在安全带正常使用时经过人锁骨处的一段(1区)。

试验二测试验证系统是否能满足条件并正常运行

其它内容如实施例2内容，设不同材料与红外线传感器进行反射能力测定，为了便于操作，将反光条固定在了一块蓝色硬塑料上，蓝色塑料一行为对照组。

实验结果如下：

测试结论：

反光条对红外线的反射能力显著高于其他物体表面，检测距离与允许的偏转角度均能满足要求。

本发明中装置与传统装置相比，由于以安全带绕过乘员身体前方这一充分条件作为判断依据，并结合了图像识别颜色组合的方式，安全带提醒装置防欺骗能力显著提升。采用限制油门深度、限制车速的方式作为提醒方式，提醒有效性、强制性明显改善，同时，提醒是否能够保障安全不再取决于乘员自身行为，限制车速本身就能够主动、直接避免危险发生，安全性更高。这种提醒方式尤其适合于在出租车、公交车、网约车等场合下提醒司机或乘客系上安全带，避免了因口头提醒可能出现的尴尬(这些本应更注重安全的场合却往往是不系安全带的重灾区)，保障从业者与消费者的生命财产安全。且装置结构原理简单，具有很大灵活性，适用于多种不同场合。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点，上述实施例和说明书所描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都将落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种安全带提醒装置，其特征在于：包括设有检测机构和提醒机构，检测机构检测乘员是否佩戴安全带；提醒机构限制油门深度，同时限制车速，提醒司机佩戴安全带；检测机构通过控制器控制提醒机构，检测机构与控制器连接，控制器与提醒机构连接。

2.根据权利要求1所述的一种安全带提醒装置，其特征在于：所述检测机构包括采用红外线传感器配合反光板/条的检测方式，所述反光板/条标记在安全带上；接收到红外线信号判断为已佩戴安全带，未接收到红外线信号判断为未佩戴安全带。

3.根据权利要求2所述的一种安全带提醒装置，其特征在于：所述红外线传感器使用模拟输入管脚A0输入信号，控制器通过数字口9号向提醒机构中的舵机发出信号。

4.根据权利要求1所述的一种安全带提醒装置，其特征在于：所述检测机构还包括采用图像/颜色识别的检测方式，检测到颜色标记即判断已佩戴安全带，未检测到判断为未系安全带；所述图像/颜色标记在安全带上。

5.根据权利要求4所述的一种安全带提醒装置，其特征在于：所述图像/颜色识别的检测方式为安装摄像头方式，摄像头通过ICSP下载程序接口与控制器通信，控制器通过数字口9号向提醒机构中的舵机发出信号。

6.根据权利要求2或5所述的一种安全带提醒装置，其特征在于：所述反光板/条或图像/颜色设置在安全带正常使用时经过人锁骨处的一段，红外线传感器或摄像头的位置与反光板/条的连线垂直于反光板/条平面；优化方案中红外线传感器设置在A柱上或是挡风玻璃与车顶交界处，红外线传感器与反光板/条的距离为38-42cm。

7.根据权利要求4所述的一种安全带提醒装置，其特征在于：所述红外线传感器与反光板/条的距离为40cm。

8.根据权利要求1所述的一种安全带提醒装置，其特征在于：所述提醒机构包括设有底板、止动轮、棘爪、舵机、油门和限位块，止动轮固定于油门转轴上并与其共轴转动，止动轮边上设有缺口，缺口与棘爪吻合；舵机（1）、限位块（3）和油门设在底板上，舵机和油门连接，棘爪一端设在舵机上，另一端与缺口相近且位于限位块上方。

9.根据权利要求7所述的一种安全带提醒装置，其特征在于：所述舵机为转动指定角度的电动机；所述棘爪未完全紧密设在舵机上，两者相对滑动。

10.根据权利要求9所述的一种安全带提醒装置，其特征在于：所述舵机使用9号管脚控制；若使用红外线传感器方式，红外线传感器使用模拟输入管脚A0，当红外线传感器向控制器输入的电平信号小于30时舵机相对初始位置转动60℃，棘爪卡住止动轮，限制油门深度；当红外线传感器向控制器输入的电平信号大于100时舵机相对初始位置转动45℃，棘爪松开止动轮，油门深度限制取消；

若使用摄像头识别方式，则当摄像头识别到安全带上的颜色组合标记时，舵机相对初始位置转动45°，此时棘爪放下，止动轮被松开，油门可以正常踩踏；当摄像头未识别到安全带上的颜色标记时，舵机相对初始位置转动60°，此时棘爪抬升，止动轮被卡住，油门的最大踩踏深度受限制。