CN110310458B - 一种用于识别驾驶员是否疲劳驾驶的墨镜及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于识别驾驶员是否疲劳驾驶的墨镜及方法，属于交通安全领域。所述墨镜包括墨镜子系统和车载子系统，其中墨镜子系统包含6轴加速度计、蓝牙模块A、电池模块和无线充电装置A，车载子系统包含墨镜支架装置、无线充电装置B、蓝牙模块B、GPS模块、微处理器和语音报警装置。本发明根据6轴加速度计的数据判断驾驶员是否佩戴该墨镜、并学习非疲劳驾驶状态下的数据，根据GPS的数据判断车速是否过快，是否有必要进行疲劳预警，通过实时分析6轴加速度计的数据并与非疲劳驾驶状态下的数据做对比可判断驾驶员是否疲劳驾驶及是否发出报警信号。本发明结构简单，工作可靠，可有效解决戴墨镜驾驶员的疲劳驾驶问题。

Description

一种用于识别驾驶员是否疲劳驾驶的墨镜及方法
技术领域
本发明涉及交通安全领域，特别涉及一种用于识别驾驶员是否疲劳驾驶的墨镜及方法。
背景技术
长途运输中，无论是长途客车还是货物运输时，比较容易发生疲劳驾驶的情况，而疲劳驾驶是交通安全领域一种较为严重的安全隐患。虽然现有技术可利用视频图像信息实时监控驾驶员的面部表情及眼动信息来监测驾驶员是否疲劳驾驶并进行相应的预警，但是对于戴墨镜的驾驶员来讲，这种方案显然不适合。而驾驶过程中，尤其是夏季晴天的天气条件下，驾驶员戴墨镜的情况较为常见。但是现有技术并没有针对戴墨镜的驾驶员提供疲劳监测的技术方案。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于识别驾驶员是否疲劳驾驶的墨镜及方法。本发明可有效解决戴墨镜驾驶员的疲劳驾驶问题，且该发明结构简单、工作可靠，成本小且适合广泛推广。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种用于识别驾驶员是否疲劳驾驶的墨镜，包括墨镜子系统和车载子系统，
所述墨镜子系统包括墨镜主体、6轴加速度计、蓝牙模块A、电池模块和无线充电装置A，其中：
所述6轴加速度计内嵌于所述墨镜主体的鼻梁桥内，用来采集驾驶员的头部运动信息；
所述蓝牙模块A内嵌于所述墨镜主体的桩头内，所述蓝牙模块A与所述6轴加速度计蓝牙连接，用来接收并发送所述6轴加速度计采集的数据信息；
所述电池模块呈细长条状，内嵌于所述墨镜主体的镜腿内，所述电池模块与蓝牙模块A、6轴加速度计分别电连接，负责给整个墨镜子系统提供电源；
所述无线充电装置A内嵌于所述墨镜主体的镜框内，用来给所述电池模块充电；
所述车载子系统包括墨镜支架装置、蓝牙模块B、GPS模块、无线充电装置B、微处理器和语音报警装置，所述车载子系统安置在仪表盘内部空闲处；其中：
所述墨镜支架装置呈四棱台状，其上顶面的两侧对称设有两个用于放置墨镜主体镜腿的孔，所述蓝牙模块B、GPS模块、无线充电装置B和微处理器均设置在所述墨镜支架装置内部，所述语音报警装置设置在所述墨镜支架装置的上顶面，所述蓝牙模块B、GPS模块和语音报警装置分别与所述微处理器通过导线电连接；
当墨镜主体放置在所述墨镜支架装置上，所述无线充电装置B给所述无线充电装置A充电；
所述蓝牙模块B用于接收所述蓝牙模块A所发送的数据，同时将所接收的数据发送给微处理器；
所述GPS模块负责采集车辆的速度信息，并将所采集的速度信息发送给微处理器；
所述微处理器负责处理6轴加速度计及GPS模块发送来的数据，判断驾驶员是否为疲劳驾驶，并控制语音报警装置进行语音提示。
进一步的，所述6轴加速度计为陀螺仪+加速度传感器，所述6轴加速度计的型号为MPU-6500 6轴。
进一步的，所述蓝牙模块A和蓝牙模块B均为AR3002蓝牙4.0芯片。
进一步的，所述GPS模块为GSD4e GPS芯片。
进一步的，所述微处理器为ARM9处理器，具体型号为S3C2410。
进一步的，所述语音报警装置为PM5020语音芯片。
进一步的，所述电池模块为501235聚合物电池；所述无线充电装置A和无线充电装置B分别为XKT-412A无线供电模块的接收端和发射端。
一种识别佩戴墨镜驾驶员是否疲劳驾驶的方法，包括以下步骤：
步骤1，判断驾驶员是否佩戴用于识别驾驶员疲劳驾驶的墨镜：首先对驾驶员佩戴所述墨镜情况下6轴加速度计采集的驾驶员头部运动的6个参数进行标定，所述6个参数包括3个互相垂直方向上的3个加速度值及3个角速度值，具体为：驾驶员在佩戴所述墨镜的情况下在各种道路条件下行驶，微处理器记录6轴加速度计的6个参数的分布特性及分布范围，并确定标定的范围V标；微处理器连续记录一分钟6轴加速度计的6个参数的数据V测，若6个参数均在之前标定的范围内，即V测≤V标，则判断驾驶员已经佩戴所述墨镜；否则驾驶员没有佩戴所述墨镜；
步骤2，非疲劳驾驶状态下参数的学习：由步骤1确定驾驶员佩戴了所述墨镜，且GPS车速大于10km/h以后，微处理器不断记录驾驶员非疲劳驾驶状态下6轴加速度计6个参数的数据分布特性，确定6个参数的分布范围v′标，学习时间不小于10小时；
步骤3，通过GPS车速判断是否进行疲劳预警：当GPS车速小于40km/h，微处理器不进行疲劳预警；当GPS车速大于40km/h时，微处理器开始通过蓝牙模块采集6轴加速度计测量的数据，进行疲劳预警；
步骤4，疲劳判断：以30秒作为判断周期，微处理器实时分析6轴加速度计的6个参数的数据分布特性，并与非疲劳驾驶状态下6轴加速度计的数据标定范围v′标作对比，若6轴加速度计的数据分布偏离非疲劳状态的数据标定范围v′标，则进行警戒模式；
步骤5，疲劳程度判断：在警戒模式下，如果6轴加速度计在重力方向上的数值5秒内的变化率超过40％，则判断驾驶员出现了低头瞌睡的情况；
步骤6，语音警报：若出现步骤5所述的情况，语音报警装置发出报警信号；如果没有出现步骤5所述的情况，但是警戒模式持续时间超过10分钟，表明驾驶员处于轻微疲劳驾驶状态，则语音报警装置发出柔和的提示信号，提醒驾驶员注意休息，避免疲劳驾驶。
本发明的有益效果为：
本发明所提供的用于识别驾驶员是否疲劳驾驶的墨镜，主要采用6轴加速度计、蓝牙模块、电池模块和无线充电模块，该系统耗能小、设计简单、可靠性高。本发明所提供的用于识别驾驶是否疲劳驾驶的方法，基于墨镜子系统和车载子系统，通过内嵌于墨镜鼻梁桥内的6轴加速度计来采集驾驶员头部的运动信息，利用蓝牙模块进行数据的传输。通过标定非疲劳驾驶情况下的参数范围，可用来判定驾驶员是否出现疲劳驾驶情况。
本发明可有效解决视频监测中无法识别戴墨镜驾驶员疲劳驾驶的情况。且该墨镜在不使用的情况下可放置在墨镜支架上进行自动地无线充电，使用方便，智能化程度高，工作可靠。
附图说明
图1为本发明所述墨镜子系统的结构示意图；
图2为本发明所述车载子系统的结构示意图；
图3为本发明所述识别驾驶员是否疲劳驾驶的方法的流程示意框图；
其中，1-6轴加速度计，2-无线充电装置A，3-蓝牙模块A，4-电池模块，5-墨镜支架装置，6-无线充电装置B，7-微处理器，8-蓝牙模块B，9-GPS模块，10-语音报警装置。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种用于识别驾驶员是否疲劳驾驶的墨镜，包括墨镜子系统和车载子系统，
如图1所示，所述墨镜子系统包括墨镜主体、6轴加速度计1、蓝牙模块A3、电池模块4和无线充电装置A2，其中：
所述6轴加速度计1内嵌于所述墨镜主体的鼻梁桥内，用来采集驾驶员的头部运动信息。将所述6轴加速度计1内置于镜架的鼻梁桥内，位于镜架的左右对称线上，这样就可以保证当驾驶员佩戴该墨镜时，可以更加精确地采集到驾驶头部的运动信息。所述6轴加速度计1为陀螺仪+加速度传感器，所述6轴加速度计1的型号可选为MPU-6500 6轴。
所述蓝牙模块A3内嵌于所述墨镜主体的桩头内，所述蓝牙模块A3与所述6轴加速度计1蓝牙连接，用来接收并发送所述6轴加速度计1采集的数据信息。具体的，所述6轴加速度计1具有蓝牙功能，所述蓝牙模块A3具有通信接口，所述蓝牙模块A3通过所述通信接口与6轴加速度计1连接，所述通信接口可为IIC接口、SPI接口或uart接口，所述蓝牙模块A3为优选为低功耗、小尺寸的蓝牙模块，比如为AR3002蓝牙4.0芯片。
所述电池模块4呈细长条状，内嵌于所述墨镜主体的镜腿内，所述电池模块4与蓝牙模块A3、6轴加速度计1分别电连接，负责给整个墨镜子系统提供电源，所述电池模块4型号可选为501235聚合物电池。
所述无线充电装置A2内嵌于所述墨镜主体的镜框内，用来给所述电池模块4充电。
如图2所示，所述车载子系统包括墨镜支架装置5、蓝牙模块B8、GPS模块9、无线充电装置B6、微处理器7和语音报警装置10，所述车载子系统安置在仪表盘内部空闲处；其中：
所述墨镜支架装置5呈四棱台状，其上顶面的两侧对称设有两个用于放置墨镜主体镜腿的孔，所述蓝牙模块B8、GPS模块9、无线充电装置B6和微处理器7均设置在所述墨镜支架装置5内部，所述语音报警装置10设置在所述墨镜支架装置5的上顶面，所述蓝牙模块B8、GPS模块9和语音报警装置10分别与所述微处理器7通过导线电连接。
当驾驶员不使用墨镜时，将墨镜主体放置在所述墨镜支架装置5上，所述无线充电装置B6给所述无线充电装置A2充电。无线充电装置A2和无线充电装置B6分别为XKT-412A无线供电模块的接收端和发射端。具体的，所述无线充电装置A2的接收线圈内置于两个墨镜镜框内，无线充电装置A2可从无线充电装置B6内接收电能，并将接收到的电能保存在电池模块4内。
所述蓝牙模块B8用于接收所述蓝牙模块A3所发送的数据，同时将所接收的数据发送给微处理器7，蓝牙模块B8选择为AR3002蓝牙4.0芯片。
所述GPS模块9负责采集车辆的速度信息，并将所采集的速度信息发送给微处理器7。所述GPS模块9为GSD4e GPS芯片。
所述微处理器7负责处理6轴加速度计1及GPS模块9发送来的数据，判断驾驶员是否为疲劳驾驶，并控制语音报警装置10进行语音提示。所述微处理器7为ARM9处理器，具体型号为S3C2410。所述语音报警装置10为PM5020语音芯片。
如图3所示，一种识别佩戴墨镜驾驶员是否疲劳驾驶的方法，包括以下步骤：
步骤1，判断驾驶员是否佩戴用于识别驾驶员疲劳驾驶的墨镜：首先对驾驶员佩戴所述墨镜情况下6轴加速度计采集的驾驶员头部运动的6个参数进行标定，所述6个参数包括3个互相垂直方向上的3个加速度值及3个角速度值，具体为：驾驶员在佩戴所述墨镜的情况下在各种道路条件下行驶，微处理器记录6轴加速度计的6个参数的分布特性及分布范围，并确定标定的范围V标；微处理器连续记录一分钟6轴加速度计的6个参数的数据V测，若6个参数均在之前标定的范围内，即V测≤V标，则判断驾驶员已经佩戴所述墨镜；否则驾驶员没有佩戴所述墨镜；
步骤2，非疲劳驾驶状态下参数的学习：由步骤1确定驾驶员佩戴了所述墨镜，且GPS车速大于10km/h以后，微处理器不断记录驾驶员非疲劳驾驶状态下6轴加速度计6个参数的数据分布特性，确定6个参数的分布范围v′标，学习时间不小于10小时；
步骤3，通过GPS车速判断是否进行疲劳预警：当GPS车速小于40km/h，微处理器不进行疲劳预警；当GPS车速大于40km/h时，微处理器开始通过蓝牙模块采集6轴加速度计测量的数据，进行疲劳判断；
步骤4，疲劳判断：以30秒作为判断周期，微处理器实时分析6轴加速度计的6个参数的数据分布特性，并与非疲劳驾驶状态下6轴加速度计的数据标定范围v′标作对比，若6轴加速度计的数据分布偏离非疲劳状态的数据标定范围v′标，则进行警戒模式；
步骤5，疲劳程度判断：在警戒模式下，如果6轴加速度计在重力方向上的数值5秒内的变化率超过40％，则判断驾驶员出现了低头瞌睡的情况；
步骤6，语音警报：若出现步骤5所述的情况，语音报警装置发出报警信号；如果没有出现步骤5所述的情况，但是警戒模式持续时间超过10分钟，表明驾驶员处于轻微疲劳驾驶状态，则语音报警装置发出柔和的提示信号，提醒驾驶员注意休息，避免疲劳驾驶。
本发明的原理是通过一个内置于墨镜鼻梁桥内的6轴加速度计来采集驾驶员的头部运动特征，通过实时分析6轴加速度计的数据是否超过非疲劳驾驶状态下标定的数据范围来判断驾驶员是否为疲劳驾驶，若判断结果为疲劳驾驶，则语音报警装置将对驾驶员进行语音预警。本发明可有效解决戴墨镜驾驶员疲劳驾驶的情况，弥补了现有技术采用视频图像识别驾驶员是否疲劳驾驶却无法解决戴墨镜驾驶员的不足。本发明采用6轴加速度计作为主要的传感器，稳定性高且耗能小；且本发明的墨镜可进行无线充电，无需更换电池，使用方便；本发明结合GPS传感器，使得系统在低速情况下不工作，避免该系统给驾驶员带来不必要的烦扰。本发明结构简单、工作可靠、智能化程度较高，适合广泛推广。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种识别佩戴墨镜驾驶员是否疲劳驾驶的方法，其特征在于，所述方法基于一种用于识别驾驶员是否疲劳驾驶的墨镜，所述墨镜包括墨镜子系统和车载子系统；所述墨镜子系统包括墨镜主体和6轴加速度计(1)，所述6轴加速度计(1)内嵌于所述墨镜主体的鼻梁桥内，用来采集驾驶员的头部运动信息；所述车载子系统包括GPS模块(9)、微处理器(7)、语音报警装置(10)和墨镜支架装置(5)，所述车载子系统安置在仪表盘内部空闲处；所述语音报警装置(10)设置在所述墨镜支架装置(5)的上顶面，所述GPS模块(9)和语音报警装置(10)分别与所述微处理器(7)通过导线电连接；所述GPS模块(9)负责采集车辆的速度信息，并将所采集的速度信息发送给微处理器(7)；所述微处理器(7)负责处理6轴加速度计(1)及GPS模块(9)发送来的数据，判断驾驶员是否为疲劳驾驶，并控制语音报警装置(10)进行语音提示；
所述识别佩戴墨镜驾驶员是否疲劳驾驶的方法包括以下步骤：
步骤1，判断驾驶员是否佩戴用于识别驾驶员疲劳驾驶的墨镜：首先对驾驶员佩戴所述墨镜情况下6轴加速度计采集的驾驶员头部运动的6个参数进行标定，所述6个参数包括3个互相垂直方向上的3个加速度值及3个角速度值，具体为：驾驶员在佩戴所述墨镜的情况下在各种道路条件下行驶，微处理器记录6轴加速度计的6个参数的分布特性及分布范围，并确定标定的范围V标；微处理器连续记录一分钟6轴加速度计的6个参数的数据V测，若6个参数均在之前标定的范围内，即V测≤V标，则判断驾驶员已经佩戴所述墨镜；否则驾驶员没有佩戴所述墨镜；
步骤2，非疲劳驾驶状态下参数的学习：由步骤1确定驾驶员佩戴了所述墨镜，且GPS车速大于10km/h以后，微处理器不断记录驾驶员非疲劳驾驶状态下6轴加速度计6个参数的数据分布特性，确定6个参数的分布范围v′标，学习时间不小于10小时；
步骤3，通过GPS车速判断是否进行疲劳预警：当GPS车速小于40km/h，微处理器不进行疲劳预警；当GPS车速大于40km/h时，微处理器开始通过蓝牙模块采集6轴加速度计测量的数据，进行疲劳判断；
步骤4，疲劳判断：以30秒作为判断周期，微处理器实时分析6轴加速度计的6个参数的数据分布特性，并与非疲劳驾驶状态下6轴加速度计的数据标定范围v′标作对比，若6轴加速度计的数据分布偏离非疲劳状态的数据标定范围v′标，则进行警戒模式；
步骤5，疲劳程度判断：在警戒模式下，如果6轴加速度计在重力方向上的数值5秒内的变化率超过40％，则判断驾驶员出现了低头瞌睡的情况；
步骤6，语音警报：若驾驶员出现了低头瞌睡的情况，语音报警装置发出报警信号；如果驾驶员没有出现低头瞌睡的情况，但是警戒模式持续时间超过10分钟，表明驾驶员处于轻微疲劳驾驶状态，则语音报警装置发出柔和的提示信号，提醒驾驶员注意休息，避免疲劳驾驶。
2.根据权利要求1所述的识别佩戴墨镜驾驶员是否疲劳驾驶的方法，其特征在于，所述墨镜子系统还包括蓝牙模块A(3)、电池模块(4)和无线充电装置A(2)，
所述蓝牙模块A(3)内嵌于所述墨镜主体的桩头内，所述蓝牙模块A(3)与所述6轴加速度计(1)蓝牙连接，用来接收并发送所述6轴加速度计(1)采集的数据信息；
所述电池模块(4)呈细长条状，内嵌于所述墨镜主体的镜腿内，所述电池模块(4)与蓝牙模块A(3)、6轴加速度计(1)分别电连接，负责给整个墨镜子系统提供电源；
所述无线充电装置A(2)内嵌于所述墨镜主体的镜框内，用来给所述电池模块(4)充电。
3.根据权利要求2所述的识别佩戴墨镜驾驶员是否疲劳驾驶的方法，其特征在于，所述车载子系统还包括蓝牙模块B(8)和无线充电装置B(6)；
所述墨镜支架装置(5)呈四棱台状，其上顶面的两侧对称设有两个用于放置墨镜主体镜腿的孔，所述蓝牙模块B(8)、GPS模块(9)、无线充电装置B(6)和微处理器(7)均设置在所述墨镜支架装置(5)内部，所述蓝牙模块B(8)与所述微处理器(7)通过导线电连接；
当墨镜主体放置在所述墨镜支架装置(5)上，所述无线充电装置B(6)给所述无线充电装置A(2)充电；
所述蓝牙模块B(8)用于接收所述蓝牙模块A(3)所发送的数据，同时将所接收的数据发送给微处理器(7)。
4.根据权利要求1所述的识别佩戴墨镜驾驶员是否疲劳驾驶的方法，其特征在于，所述6轴加速度计(1)为陀螺仪+加速度传感器，所述6轴加速度计(1)的型号为MPU-6500 6轴。
5.根据权利要求3所述的识别佩戴墨镜驾驶员是否疲劳驾驶的方法，其特征在于，所述蓝牙模块A(3)和蓝牙模块B(8)均为AR3002蓝牙4.0芯片。
6.根据权利要求1所述的识别佩戴墨镜驾驶员是否疲劳驾驶的方法，其特征在于，所述GPS模块(9)为GSD4e GPS芯片。
7.根据权利要求1所述的识别佩戴墨镜驾驶员是否疲劳驾驶的方法，其特征在于，所述微处理器(7)为ARM9处理器，具体型号为S3C2410。
8.根据权利要求1所述的识别佩戴墨镜驾驶员是否疲劳驾驶的方法，其特征在于，所述语音报警装置(10)为PM5020语音芯片。
9.根据权利要求3所述的识别佩戴墨镜驾驶员是否疲劳驾驶的方法，其特征在于，所述电池模块(4)为501235聚合物电池；所述无线充电装置A(2)和无线充电装置B(6)分别为XKT-412A无线供电模块的接收端和发射端。
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