CN110065499A - 疲劳驾驶监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于安全驾驶技术领域，公开了一种疲劳驾驶监测系统，包括雷达传感器和车载终端；雷达传感器包括第一处理器、第二处理器和无线收发模块；第一处理器用于对电磁波进行调制，并将调制后的电磁波通过无线收发模块发射到目标人员，并通过无线收发模块接收经过目标人员反射得到的电磁回波，并对电磁回波进行解调得到解调信号，并对解调信号进行模数转换得到采样数据；第二处理器用于对采样数据进行数字信号处理和分析得到目标人员的体征信息，并将体征信息通过第一处理器发送至车载终端；车载终端根据体征信息确定目标人员是否处于疲劳驾驶状态。本发明通过雷达传感器对驾驶员进行体征信息监测，可以不受光线影响，监测效果较好，准确性较高。

Description

疲劳驾驶监测系统

技术领域

本发明属于安全驾驶技术领域，尤其涉及一种疲劳驾驶监测系统。

背景技术

疲劳驾驶是造成交通事故的重要原因之一。驾驶员在长时间连续行车后，容易产生体征机能的失调，严重影响驾驶员的警觉性、应变性和安全驾驶能力，容易造成恶性交通事故，存在极大的安全隐患。因此，对驾驶员疲劳驾驶进行监测是十分必要的。

目前，主要采用摄像头对驾驶员进行疲劳驾驶监测，但是由于摄像头对光线要求较高，导致在夜间行车时，监测效果较差。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种疲劳驾驶监测系统，以解决现有技术中由于摄像头对光线要求较高，导致在夜间行车时，监测效果较差的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种疲劳驾驶监测系统，包括雷达传感器和车载终端；

雷达传感器包括第一处理器、第二处理器和无线收发模块；

第一处理器用于对电磁波进行调制，并将调制后的电磁波通过无线收发模块发射到目标人员，并且通过无线收发模块接收经过目标人员反射得到的电磁回波，并对电磁回波进行解调得到解调信号，并对解调信号进行模数转换得到采样数据，以及将采样数据发送到第二处理器；

第二处理器用于对采样数据进行数字信号处理和分析得到目标人员的体征信息，并将体征信息通过第一处理器发送至车载终端；

车载终端用于根据体征信息确定目标人员是否处于疲劳驾驶状态。

可选地，体征信息包括目标呼吸频率值和目标心率值；

第二处理器对采样数据进行数字信号处理和分析得到目标人员的体征信息的方法为：

对采样数据进行快速傅里叶变换得到目标相位信息，并对目标相位信息进行后向差分变换得到差分相位信息；

通过带通滤波器将差分相位信息分离得到呼吸频率信息和心率信息，并分别对呼吸频率信息和心率信息进行自相关处理得到呼吸频率值和心率值；

分别对呼吸频率值和心率值进行卡尔曼滤波处理得到目标呼吸频率值和目标心率值。

可选地，体征信息包括目标呼吸频率值和目标心率值；

车载终端用于将目标呼吸频率值与预设的呼吸频率阈值进行比较，以及将目标心率值与预设的心率阈值进行比较，若目标呼吸频率值超出预设的呼吸频率阈值，或，目标心率值超出预设的心率阈值，则确定目标人员处于疲劳驾驶状态。

可选地，车载终端还用于在确定目标人员处于疲劳驾驶状态之后，对目标人员进行疲劳驾驶提醒。

可选地，疲劳驾驶监测系统还包括电源模块；

电源模块为雷达传感器供电。

可选地，电源模块包括浪涌保护单元、反接保护单元、第一稳压单元、第二稳压单元、第三稳压单元和第四稳压单元；

浪涌保护单元与车载电源连接，反接保护单元分别与浪涌保护单元和第一稳压单元连接，第二稳压单元分别与第一稳压单元、第三稳压单元、第四稳压单元和雷达传感器连接，第三稳压单元和第四稳压单元分别与雷达传感器连接；

第一稳压单元用于将第一预设电压稳降至第二预设电压；第二稳压单元用于将第二预设电压分别稳降至第三预设电压、第四预设电压、第五预设电压和第六预设电压；第三稳压单元用于将第六预设电压稳降至第七预设电压；第四稳压单元用于将第五预设电压稳降至第八预设电压。

可选地，第一稳压单元为LM43603稳压器，第二稳压单元为LP87524稳压器，第三稳压单元为TPS7A8801稳压器，第四稳压单元为TPS7A8101稳压器。

可选地，疲劳驾驶监测系统还包括控制器局域网络总线；

第一处理器通过控制器局域网络总线，向车载终端发送体征信息。

可选地，疲劳驾驶监测系统还包括闪存；

闪存接收并保存第一处理器发送的体征信息。

可选地，无线收发模块包括两个发射天线和四个接收天线。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本发明实施例提供的疲劳驾驶监测系统包括雷达传感器和车载终端，雷达传感器包括第一处理器、第二处理器和无线收发模块，第一处理器用于对电磁波进行调制，并将调制后的电磁波通过无线收发模块发射到目标人员，并且通过无线收发模块接收经过目标人员反射得到的电磁回波，并对电磁回波进行解调得到解调信号，并对解调信号进行模数转换得到采样数据，以及将采样数据发送到第二处理器；第二处理器用于对采样数据进行数字信号处理和分析得到目标人员的体征信息，并将体征信息通过第一处理器发送至车载终端；车载终端根据体征信息确定目标人员是否处于疲劳驾驶状态。本发明实施例通过使用雷达传感器对驾驶员进行体征信息监测，从而判断驾驶员是否处于疲劳驾驶状态，可以不受光线影响，即使在夜间行驶，也能准确监测目标人员的体征信息，监测效果较好，准确性较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的疲劳驾驶监测系统的结构示意图；

图2是本发明又一实施例提供的疲劳驾驶监测系统的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图1是本发明一实施例提供的疲劳驾驶监测系统1的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

如图1所示，疲劳驾驶监测系统1可以包括雷达传感器11和车载终端12；

雷达传感器11可以包括第一处理器111、第二处理器112和无线收发模块113；

第一处理器111用于对电磁波进行调制，并将调制后的电磁波通过无线收发模块发射到目标人员，并且通过无线收发模块113接收经过目标人员反射得到的电磁回波，并对电磁回波进行解调得到解调信号，并对解调信号进行模数转换得到采样数据，以及将采样数据发送到第二处理器112；

第二处理器112用于对采样数据进行数字信号处理和分析得到目标人员的体征信息，并将体征信息通过第一处理器111发送至车载终端12；

车载终端12用于根据体征信息确定目标人员是否处于疲劳驾驶状态。

在本发明实施例中，疲劳驾驶监测系统1是一个非接触式的生命体征监测系统，包括雷达传感器11和车载终端12。

雷达传感器11可以包括第一处理器111、第二处理器112和无线收发模块113。其中，第一处理器111可以是高级精简指令集处理器(Advanced RISC Machines，ARM)，主要负责无线电配置、系统控制和数据交互等；第二处理器112可以是数字信号处理(DigitalSignal Processing，DSP)器，主要负责高速数字信号处理。车载终端12可以是车载中控系统，可以对车内的设备进行控制。

第一处理器111可以调制电磁波，并将调制后的电磁波通过无线收发模块113发送至目标人员。调制后的电磁波经过目标人员反射，得到携带了目标人员体征活动引起的各种微动信号的电磁回波。无线收发模块113可以接收电磁回波，并将电磁回波发送至第一处理器111。第一处理器111接收电磁回波，对电磁回波进行解调得到解调信号，并对解调信号进行模数转换得到采样数据，并将采样数据发送到第二处理器112。其中，无线收发模块113可以发射77～81GHz频段的电磁波。目标人员为位于驾驶室的驾驶员。

第二处理器112接收采样数据，并对采样数据进行数字信号处理和分析得到目标人员的体征信息，并将目标人员的体征信息发送至第一处理器111。第一处理器111将目标人员的体征信息发送至车载终端12。

车载终端12根据目标人员的体征信息以及预设的体征信息阈值，判断目标人员是否处于疲劳驾驶状态。

可选地，雷达传感器11可以安装在车内的遮阳板附近，与地面水平方向的夹角约为30度，可以从目标人员的前胸腔方向进行探测；雷达传感器11也可以安装在目标人员所坐座椅的椅背内部，与地面水平方向保持垂直，从目标人员的后背方向进行探测。

本发明实施例使用的雷达传感器11采用大带宽毫米波技术和线性调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW)方案，不仅检测精度高，能够有效探测人体体征活动引起的胸腔微动信号，而且响应灵敏。另外，该雷达传感器11环境适应性强，具有高达1米的非接触式探测能力以及有效的干扰剔除算法，无论安装环境平静还是嘈杂，该雷达传感器11都能准确地探测到活体生命特征。此外，该雷达传感器11采用单芯片集成技术，支持休眠唤醒管理，具有低功耗模式，并且在极小的封装中实现了较高的集成度，尤其适用于车载领域的低功耗、自监控和超精确监测系统。

由上述描述可知，本发明实施例通过使用雷达传感器对驾驶员进行体征信息监测，从而判断驾驶员是否处于疲劳驾驶状态，可以不受光线和温度等环境因素的影响，能够全天时、全天候地工作，即使在夜间行驶，也能准确监测目标人员的体征信息，监测效果较好，准确性较高，稳定性较高，适用于复杂多变的环境。

在本发明的一个实施例中，体征信息可以包括目标呼吸频率值和目标心率值；

第二处理器112对采样数据进行数字信号处理和分析得到目标人员的体征信息的方法为：

对采样数据进行快速傅里叶变换得到目标相位信息，并对目标相位信息进行后向差分变换得到差分相位信息；

通过带通滤波器将差分相位信息分离得到呼吸频率信息和心率信息，并分别对呼吸频率信息和心率信息进行自相关处理得到呼吸频率值和心率值；

分别对呼吸频率值和心率值进行卡尔曼滤波处理得到目标呼吸频率值和目标心率值。

其中，呼吸频率值为每分钟呼吸的次数，心率值为每分钟心跳的次数。

在本发明实施例中，第二处理器112首先对采样数据进行快速傅里叶变换，解算出目标相位信息。由于相位是离散信号频率变化的度量，且易受系统噪声干扰，为了保证解析的精确度，需要采取一定的预处理方法剔除噪声的影响，本实施例采用后向差分变换方法，对目标相位信息进行预处理，得到差分相位信息，可以有效剔除脉动干扰。

差分相位信息中混叠有呼吸频率信息和心率信息，可以使用数字滤波器将呼吸频率信息和心率信息分离。本实施例通过使用带通滤波器，可以将呼吸频率信息和心率信息分离。带通滤波器是允许特定频段的波通过，同时屏蔽其它频段的波的设备。可以使用呼吸带通滤波器分离得到呼吸频率信息，可以使用心率带通滤波器分离得到心率信息。其中，呼吸带通滤波器可以设置为只允许频段为0.1Hz～0.6Hz的波通过，心率带通滤波器可以设置为只允许频段为0.8Hz～4.0Hz的波通过。对呼吸频率信息进行自相关处理，可以得到实时的呼吸频率值；对心率信息进行自相关处理，可以得到实时的心率值。

将对呼吸频率值进行卡尔曼滤波(Kalman filtering)处理后得到的呼吸频率值称为目标呼吸频率值，将对心率值进行卡尔曼滤波处理后得到的心率值称为目标心率值。对数据进行卡尔曼滤波处理可以得到更为真实和稳健的信息。

由上述描述可知，本发明实施例通过对采样数据进行快速傅里叶变换、后向差分变换、带通滤波处理、自相关处理和卡尔曼滤波处理可以去除噪声干扰，较为准确地得到目标人员实时的目标呼吸频率值和目标心率值。

在本发明的一个实施例中，体征信息可以包括目标呼吸频率值和目标心率值；

车载终端12用于将目标呼吸频率值与预设的呼吸频率阈值进行比较，以及将目标心率值与预设的心率阈值进行比较，若目标呼吸频率值超出预设的呼吸频率阈值，或，目标心率值超出预设的心率阈值，则确定目标人员处于疲劳驾驶状态。

其中，预设的呼吸频率阈值和预设的心率阈值可以根据实际需求进行设置。示例性地，预设的呼吸频率阈值可以设置为成年人处于正常状态时的呼吸频率范围，例如设置为10～30/分钟；预设的心率阈值可以设置为成年人处于正常状态时的心率范围，例如设置为60～100/分钟。

车载终端12通过将目标呼吸频率值与预设的呼吸频率阈值进行比较，并且将目标心率值与预设的心率阈值进行比较，来确定目标人员是否处于疲劳驾驶状态。若目标呼吸频率值超出预设的呼吸频率阈值，或，目标心率值超出预设的心率阈值，则确定目标人员处于疲劳驾驶状态。

在本发明的一个实施例中，车载终端12还用于在确定目标人员处于疲劳驾驶状态之后，对目标人员进行疲劳驾驶提醒。

在本发明实施例中，车载终端12在确定目标人员处于疲劳驾驶状态之后，可以对目标人员进行疲劳驾驶提醒，例如，可以播放语音提醒，可以进行声光报警，可以控制目标人员的座椅轻微晃动，可以进行电脉冲警示等；也可以对周围车辆进行警示，例如可以打开双闪等等。

由上述描述可知，车载终端在确定目标人员处于疲劳驾驶状态之后，可以对目标人员进行疲劳驾驶提醒，以便于目标人员针对疲劳驾驶采取一定的措施，可以保障驾驶员安全行驶，减少安全事故的发生。

图2是本发明又一实施例提供的疲劳驾驶监测系统1的结构示意图。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，疲劳驾驶监测系统1还包括电源模块13；

电源模块13为雷达传感器11供电。

在本发明的一个实施例中，电源模块13包括浪涌保护单元131、反接保护单元132、第一稳压单元133、第二稳压单元134、第三稳压单元135和第四稳压单元136；

浪涌保护单元131与车载电源连接，反接保护单元132分别与浪涌保护单元131和第一稳压单元133连接，第二稳压单元134分别与第一稳压单元133、第三稳压单元135、第四稳压单元136和雷达传感器11连接，第三稳压单元135和第四稳压单元136分别与雷达传感器11连接；

第一稳压单元133用于将第一预设电压稳降至第二预设电压；第二稳压单元134用于将第二预设电压分别稳降至第三预设电压、第四预设电压、第五预设电压和第六预设电压；第三稳压单元135用于将第六预设电压稳降至第七预设电压；第四稳压单元136用于将第五预设电压稳降至第八预设电压。

在本发明的一个实施例中，第一稳压单元133为LM43603稳压器，第二稳压单元134为LP87524稳压器，第三稳压单元135为TPS7A8801稳压器，第四稳压单元136为TPS7A8101稳压器。

其中，浪涌保护单元131可以进行浪涌保护；反接保护单元132可以进行反接保护。

LM43603稳压器是一款易于使用的同步降压直流/直流转换器，能够驱动高达3A的负载电流，将第一预设电压稳降至第二预设电压，能够以极小的解决方案尺寸提供优异的效率、输出精度和压降，并且具有过热关断保护。

LP87524稳压器包含四路独立降压直流/直流转换器内核输出通道，可以将第二预设电压分别稳降至第三预设电压、第四预设电压、第五预设电压和第六预设电压，在启动和电压变化期间，器件会对输出转换率进行控制，从而最大限度地减小输出电压过冲和浪涌电流，并且具有短路保护和过载保护。

TPS7A8801稳压器和TPS7A8101稳压器是低噪声、低压降的低压差线性稳压器(LowDropout Regulator，LDO)，每个通道具有1A的拉电流能力，最高压降仅为200mV，均具有纹波抑制功能，符合车载产品的电磁兼容性(Electro Magnetic Compatibility，EMC)需求。TPS7A8801稳压器可以将第六预设电压稳降至第七预设电压，TPS7A8101稳压器可以将第五预设电压稳降至第八预设电压。

可选地，第一预设电压为12伏，为车载输入电压，第二预设电压为5伏，第三预设电压为3.3伏，第四预设电压为1.2伏，第五预设电压为2.3伏，第六预设电压为1.8伏，第七预设电压为1.3伏，第八预设电压为1.8伏。

由上述描述可知，电源模块通过各个稳压单元，将车载输入电压稳降为不同的电压，可以为雷达传感器的各个模块或单元提供所需的电压。

在本发明的一个实施例中，疲劳驾驶监测系统1还包括控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)总线14；

第一处理器111通过控制器局域网络总线14，向车载终端12发送体征信息。

在本发明实施例中，第一处理器111可以通过CAN总线向车载终端12发送体征信息。

在本发明的一个实施例中，疲劳驾驶监测系统1还包括闪存15；

闪存15接收并保存第一处理器111发送的体征信息。

在本发明实施例中，疲劳驾驶监测系统1还可以包括闪存15。疲劳驾驶监测系统1可以包括两片闪存。闪存15接收并保存第一处理器111发送的体征信息，能够实现大数据的非掉电存储。

在本发明的一个实施例中，无线收发模块113包括两个发射天线和四个接收天线。

在本发明实施例中，无线收发模块113采用两发四收的多输入多输出(MultipleInput Multiple Output，MIMO)机制，能够在有限的硬件尺寸下形成更大的天线口径，提高检测精度。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块/单元，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块和单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种疲劳驾驶监测系统，其特征在于，包括雷达传感器和车载终端；

所述雷达传感器包括第一处理器、第二处理器和无线收发模块；

所述第一处理器用于对电磁波进行调制，并将调制后的电磁波通过所述无线收发模块发射到目标人员，并且通过所述无线收发模块接收经过所述目标人员反射得到的电磁回波，并对所述电磁回波进行解调得到解调信号，并对所述解调信号进行模数转换得到采样数据，以及将所述采样数据发送到所述第二处理器；

所述第二处理器用于对所述采样数据进行数字信号处理和分析得到所述目标人员的体征信息，并将所述体征信息通过所述第一处理器发送至所述车载终端；

所述车载终端用于根据所述体征信息确定所述目标人员是否处于疲劳驾驶状态。

2.根据权利要求1所述的疲劳驾驶监测系统，其特征在于，所述体征信息包括目标呼吸频率值和目标心率值；

所述第二处理器对所述采样数据进行数字信号处理和分析得到所述目标人员的体征信息的方法为：

对所述采样数据进行快速傅里叶变换得到目标相位信息，并对所述目标相位信息进行后向差分变换得到差分相位信息；

通过带通滤波器将所述差分相位信息分离得到呼吸频率信息和心率信息，并分别对所述呼吸频率信息和所述心率信息进行自相关处理得到呼吸频率值和心率值；

分别对所述呼吸频率值和所述心率值进行卡尔曼滤波处理得到目标呼吸频率值和目标心率值。

3.根据权利要求1所述的疲劳驾驶监测系统，其特征在于，所述体征信息包括目标呼吸频率值和目标心率值；

所述车载终端用于将所述目标呼吸频率值与预设的呼吸频率阈值进行比较，以及将所述目标心率值与预设的心率阈值进行比较，若所述目标呼吸频率值超出所述预设的呼吸频率阈值，或，所述目标心率值超出所述预设的心率阈值，则确定所述目标人员处于疲劳驾驶状态。

4.根据权利要求1所述的疲劳驾驶监测系统，其特征在于，所述车载终端还用于在确定所述目标人员处于疲劳驾驶状态之后，对所述目标人员进行疲劳驾驶提醒。

5.根据权利要求1所述的疲劳驾驶监测系统，其特征在于，所述系统还包括电源模块；

所述电源模块为所述雷达传感器供电。

6.根据权利要求5所述的疲劳驾驶监测系统，其特征在于，所述电源模块包括浪涌保护单元、反接保护单元、第一稳压单元、第二稳压单元、第三稳压单元和第四稳压单元；

所述浪涌保护单元与车载电源连接，所述反接保护单元分别与所述浪涌保护单元和所述第一稳压单元连接，所述第二稳压单元分别与所述第一稳压单元、所述第三稳压单元、所述第四稳压单元和所述雷达传感器连接，所述第三稳压单元和所述第四稳压单元分别与所述雷达传感器连接；

所述第一稳压单元用于将第一预设电压稳降至第二预设电压；所述第二稳压单元用于将所述第二预设电压分别稳降至第三预设电压、第四预设电压、第五预设电压和第六预设电压；所述第三稳压单元用于将所述第六预设电压稳降至第七预设电压；所述第四稳压单元用于将所述第五预设电压稳降至第八预设电压。

7.根据权利要求6所述的疲劳驾驶监测系统，其特征在于，所述第一稳压单元为LM43603稳压器，所述第二稳压单元为LP87524稳压器，所述第三稳压单元为TPS7A8801稳压器，所述第四稳压单元为TPS7A8101稳压器。

8.根据权利要求1所述的疲劳驾驶监测系统，其特征在于，所述系统还包括控制器局域网络总线；

所述第一处理器通过所述控制器局域网络总线，向所述车载终端发送所述体征信息。

9.根据权利要求1所述的疲劳驾驶监测系统，其特征在于，所述系统还包括闪存；

所述闪存接收并保存所述第一处理器发送的所述体征信息。

10.根据权利要求1至9任一项所述的疲劳驾驶监测系统，其特征在于，所述无线收发模块包括两个发射天线和四个接收天线。