CN115352395A - 一种安全带状态识别的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种安全带状态识别的装置及方法，其显著特征在于：基于姿态横滚角和蓝牙接收信号强度指示的均值设定阈值判别条件，区分出不佩戴安全带，正确佩戴安全带以及空插安全带三种状态，并对非正确佩戴安全带的状态进行报警，提醒驾乘人员及时佩戴安全带，识别结果不受车型、座椅位置、驾乘人员体型、坐姿等变化因素影响，具有稳定度高，易安装，可推广性好等显著优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车辅助安全技术，更具体的涉及一种应用于汽车安全带的佩戴提醒技术。
背景技术
我国汽车保有量巨大，道路交通事故多发，造成了大量的人员伤亡和经济损失。正确佩戴安全带能够有效降低交通事故的伤亡率，但是仍有少部分驾乘人员因为舒适性等其他原因不佩戴安全带。目前汽车上普遍配备了安全带提醒装置，当汽车起步，安全带插扣没有插入到卡槽中，就会触发报警。但是这样的检测机制，不能检测到一些方便实现的假佩戴行为，比如使用独立插扣插入到卡槽中，或者在落座之前先把安全带插扣插入到卡槽中，这样的假佩戴不会触发报警。已有一些智能安全带提醒装置尝试弥补以上的缺陷。
CN103273903B《一种新型安全带提醒装置》中，通过添加卷收器检测开关与插扣开关结合，只有当安全带被拉开一定长度且检测到插扣插入卡槽中，才会停止报警。CN208646795U《一种防止假系安全带的检测设备》中，提出在卷收器中添加光电传感器或者霍尔传感器配合码盘实现对安全带拉伸长短的检测，依靠安全带拉伸长度确定是否正确佩戴安全带。以上两种方法可以准确识别出使用独立插扣的假佩戴方式，但是在实际应用中，座椅前后移动，驾乘人员体型各异，会使落座前空插这种方式拉出的安全带长度与固定的正确佩戴情况下的阈值相接近，难以通过固定长度阈值准确区分。CN211642114U《一种汽车安全带提醒装置》针对于以上两种方法做出了进一步的改良，在安全带上预设多个射频标签，卷收器内设有射频识别器，以此实现对安全带拉出长度的检测；在插扣上安装三个压力传感器，当插扣插入卡槽后，安全带处于不同的拉伸状态，三个压力传感器会感知到不同大小的压力，做相对比较之后就能区分出此时安全带的拉伸状态，落座前空插安全带这种假佩戴方式就会被识别出来，该方案较好地完善了安全带提醒装置的检测功能。但是，以上三种基于卷收器改进的方案，需要厂家在生产卷收器的过程中就加以改进，装配上较为复杂。
CN211893143U《一种汽车安全带的规范佩系识别装置》中，在座椅靠背与坐垫之间的连接处放置电磁感应器，在安全带上放置铁片通过电磁感应来区分出只系肩带不系腰带的错误佩戴方式，但是仅通过电磁感应无法区分不佩戴安全带和正确佩戴的情况。CN214985239U《一种具有监控功能的乘客安全带提醒装置》中使用二维码识别来确认本车安全带插扣是否插入卡槽，能够防止使用独立插扣的假佩戴方式，但是同样识别功能不全，无法识别空插安全带的行为。CN204196844U《防作弊安全带报警装置、报警器总成、安全带总成及车辆》，在卡槽内部放置一个拉力传感器和一个压力传感器，分别用来检测安全带对插扣的竖向拉力和水平压力，通过类似于受力分解的方式，解析插扣受力情况，与正常值进行比较来判定此时是否正确佩戴，该种方法识别功能完善，但是实际执行过程中，受到驾乘人员体型、坐姿，座椅移动等因素影响，需要大量数据标定正常值，不然很容易造成状态误判。
CN208897027U《一种安全带提醒装置》中使用红外线传感器和反光板配合，红外线传感器安装在挡风玻璃与车顶交界处，反光板安装在安全带上，在正确佩戴安全带的位置范围内反光板能够反射传感器发射的红外线，使传感器完成接收，传感器根据是否接收到红外线来判定此时安全带的状态；该方法受到检测区域预置、红外线易被阳光干扰等影响，因此该专利中也提及了日间的检测方案，引入摄像头和设置在安全带上合适位置的颜色标记，通过图像识别，检测到颜色标记判断为正确佩戴安全带；该专利的实现方法较为复杂，而且需要大量测试进行预置区域标定。CN109624918B《一种安全带未系提醒系统及方法》通过图像采集识别来判断驾乘人员是否正确佩戴安全带。该种方案检测原理清晰，但是依赖于图像采集的精度以及识别的准确度，需要AI技术进行支撑，在实现上存在一定的难度。为此需要一种简单易装配，且不受车型、座椅位置、驾乘人员体型、坐姿等变化因素影响的安全带状态识别方法。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提出了一种简单易装配，且不受车型、座椅位置、驾乘人员体型、坐姿等变化因素影响的安全带状态识别的装置及方法。
为实现上述发明目的，本发明提出的技术方案为：
一种安全带状态识别的装置，其特征在于：该装置包括主模块与信标，其中：
所述主模块包括六轴惯性测量单元(IMU)、主蓝牙模块、处理器、报警装置、电源模块，负责获取姿态数据、蓝牙接收信号强度指示(RSSI)，接收到数据并且处理判别之后，控制报警装置开关；所述主模块需要在安全带自然悬挂状态下，竖直固定在限位扣(圆点)下方；
所述信标包括从蓝牙模块、电源模块，负责持续发射无线信号，用于让主模块中的主蓝牙模块接收信号，得到接收信号强度指示(RSSI)；所述信标需要固定在靠背与坐垫交界处的中间位置。
进一步地，所述主模块的六轴惯性测量单元(IMU)连接到处理器的输入端口，用于将惯性测量单元得到的六轴原始姿态数据传输到处理器进行姿态解算得到欧拉角；所述主模块的主蓝牙模块连接到处理器的输入端口，用于接收信标中从蓝牙模块发射的无线信号，并根据此信号强度得到接收信号强度指示(RSSI)传输到处理器；所述主模块的处理器引出USART串口，可以与PC机相连，使用串口调试程序对系统进行调试；所述主模块处理器的输出端口连接到报警装置，用于根据得到的欧拉角和接收信号强度指示(RSSI)判定安全带状态，并控制报警装置的开关；所述主模块的报警装置用于发出报警信号；所述主模块的电源模块的输出端连接到主模块的其他部分进行稳压供电。
进一步地，所述信标的从蓝牙模块会处于从模式，以+2dBm的功率持续发射无线信号，用于让主模块中的主蓝牙模块接收信号，得到接收信号强度指示(RSSI)；所述信标的电源模块的输出端连接到从蓝牙模块进行稳压供电。
上述的一种安全带状态识别的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)系统上电，主模块处理器初始化六轴惯性测量单元(IMU)、主蓝牙模块，信标中的从蓝牙模块初始化，开始持续发射无线信号；
2)主模块中的主蓝牙模块接收信标中从蓝牙模块发射的无线信号，并根据此信号强度得到接收信号强度指示(RSSI)传输到处理器；
3)重复步骤2)，处理器得到至少三组接收信号强度指示(RSSI)取均值；
4)主模块中的六轴惯性测量单元(IMU)将测量到的六轴原始数据：x轴加速度ax，y轴加速度ay，z轴加速度az，x轴角速度gx，y轴角速度gy，z轴角速度gz传输给处理器，完成姿态解算转化成欧拉角，得到俯仰角(Pitch)，横滚角(Roll)，偏航角(Yaw)；
5)重复步骤4)，处理器得到至少三组横滚角(Roll)取均值；
6)主模块中的处理器根据设定好的横滚角(Roll)的阈值区间进行状态判定，若在设定好的阈值区间内，说明安全带自然悬挂、没有被拉动，驾乘人员没有佩戴安全带，处理器控制开启报警装置，发出报警信号，提醒驾乘人员佩戴安全带，之后进行步骤8)，若不在设定好的阈值区间内，进行步骤7)；
7)处理器根据设定好的接收信号强度指示(RSSI)的阈值进行状态判定，若大于设定好的阈值，说明安全带插扣被空插在了卡槽，人没有被安全带保护，处理器控制开启报警装置，发出报警信号，提醒驾乘人员佩戴安全带，若小于设定好的阈值，说明驾乘人员佩戴了安全带，处理器控制报警装置关闭；
8)重复步骤2)到步骤7)，实时识别提醒。
本发明的显著特征在于：基于姿态横滚角和蓝牙接收信号强度指示的均值设定阈值判别条件，区分出不佩戴安全带，正确佩戴安全带以及空插安全带三种状态，并对非正确佩戴安全带的状态进行报警，提醒驾乘人员及时佩戴安全带，识别结果不受车型、座椅位置、驾乘人员体型、坐姿等变化因素影响，具有稳定度高，易安装，可推广性好等显著优点。
附图说明
图1为本发明安全带状态识别装置示意图。
图2为本发明主模块的电路模块框图。
图3为本发明信标的电路模块框图。
具体实施方式
为使本发明所提技术方案更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述和介绍，但以下实施例只是描述性的，不是限制性的。
一种安全带状态识别的实施例装置，如附图1所示，包括主模块与信标。所述主模块包括六轴惯性测量单元(IMU)、主蓝牙模块、处理器、报警装置、电源模块，负责获取姿态数据、蓝牙接收信号强度指示(RSSI)，接收到数据并且处理判别之后，控制报警装置开关；所述主模块需要在安全带自然悬挂状态下，竖直固定在限位扣(圆点)下方，以小型锂电池或者USB电源供电；所述信标包括从蓝牙模块、电源模块，负责持续发射无线信号，用于让主模块中的主蓝牙模块接收信号，得到接收信号强度指示(RSSI)；所述信标需要固定在靠背与坐垫交界处的中间位置，以小型锂电池或者USB电源供电。
主模块的电路模块如附图2所示，包括六轴惯性测量单元(IMU)、主蓝牙模块、处理器、报警装置、电源模块，其特征在于，所述六轴惯性测量单元(IMU)连接到处理器的输入端口，六轴惯性测量单元(IMU)采用InvenSense公司的MPU6050芯片，用于测量得到六轴原始姿态数据，并且利用芯片内置的数字运动处理器(DMP)调用InvenSense运动处理资料库完成姿态解算，得到欧拉角传输到处理器；所述主蓝牙模块连接到处理器的输入端口，采用ALIENTEK公司的ATK-BLE01模块，用于接收信标中从蓝牙模块发射的无线信号，并根据此信号强度得到接收信号强度指示(RSSI)传输到处理器；所述主模块的处理器引出USART串口，可以与PC机相连，使用串口调试程序对系统进行调试监测，这里使用ALIENTEK公司的ATK-XCOM串口调试助手监测处理器得到的横滚角(Roll)和接收信号强度指示(RSSI)是否符合实际；所述处理器的输出端口连接到报警装置，处理器采用STM32F103芯片，用于根据得到的横滚角(Roll)和接收信号强度指示(RSSI)判定安全带状态，并控制报警装置的开关；所述报警装置采用LED灯，用于通过亮灭指示报警；所述主模块的电源模块的输出端连接到主模块的其他部分进行稳压供电，输入端连接到锂电池获取电能，这里稳压电源芯片采用RICHTEK公司的RT8059芯片，为整个装置提供3.3V的工作电压，电池选用标称电压为3.7V的锂电池，可以驱动稳压电源芯片，考虑到电池拆装的不便，选用拓微集成公司的TP4057单节锂离子电池充电芯片为锂电池充电，该芯片支持USB电源充电，适合车载环境使用。
信标的电路模块如附图3所示，包括从蓝牙模块、电源模块，其特征在于，所述信标的从蓝牙模块与电源模块相连，从蓝牙模块处于从模式，以+2dBm的功率持续发射无线信号，用于让主模块中的主蓝牙模块接收信号，得到接收信号强度指示(RSSI)，这里选用ALIENTEK公司的ATK-BLE01模块，出厂设置为从设备模式，发射功率为+2dBm；所述信标的电源模块的输出端连接到从蓝牙模块进行稳压供电，输入端连接到锂电池获取电能，这里稳压电源芯片采用RICHTEK公司的RT8059芯片，为从蓝牙模块提供3.3V的工作电压，电池选用标称电压为3.7V的锂电池，考虑到电池拆装的不便，选用拓微集成公司的TP4057单节锂离子电池充电芯片为锂电池充电，该芯片支持USB电源充电，适合车载环境使用。。
上述的一种安全带状态识别的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)系统上电，主模块处理器初始化六轴惯性测量单元(IMU)、主蓝牙模块，信标中的从蓝牙模块初始化，开始持续发射无线信号；
2)主模块中的主蓝牙模块接收信标中从蓝牙模块发射的无线信号，并根据此信号强度得到接收信号强度指示(RSSI)传输到处理器；
3)重复步骤2)，处理器得到五组接收信号强度指示(RSSI)取均值；
4)主模块中的六轴惯性测量单元(IMU)测量得到六轴原始数据：x轴加速度ax，y轴加速度ay，z轴加速度az，x轴角速度gx，y轴角速度gy，z轴角速度gz，由于MPU6050内置数字运动处理器(DMP)，装置对于姿态角精度要求不高，直接调用InvenSense运动处理资料库完成姿态解算即可，得到俯仰角(Pitch)，横滚角(Roll)，偏航角(Yaw)再传输到处理器；
5)重复步骤4)，处理器得到十组横滚角(Roll)取均值；
6)主模块的处理器根据设定好的横滚角(Roll)的阈值区间进行状态判定，由于主模块是在安全带自然悬挂状态下，竖直固定在限位扣(圆点)下方的，因此设定横滚角(Roll)阈值区间[80°-110°]，在此区间内，说明安全带没有被拉动，处于自然悬挂状态，驾乘人员没有佩戴安全带，处理器控制开启报警装置，发出报警信号，提醒驾乘人员佩戴安全带，之后进行步骤8)，若不在设定好的阈值区间内，进行步骤7)；
7)处理器根据设定好的接收信号强度指示(RSSI)的阈值进行状态判定，由于信标固定在靠背与坐垫交界处的中间位置，阈值选定为-45dBm，若大于设定好的阈值，说明安全带插扣被空插在了卡槽，人没有被安全带保护，处理器控制开启报警装置，发出报警信号，提醒驾乘人员佩戴安全带，若小于设定好的阈值，说明驾乘人员佩戴了安全带，处理器控制报警装置关闭；
8)重复步骤2)到步骤7)，实时识别提醒。
实验在马自达，大众，别克，丰田，荣威五种车型上进行测试，通过ATK-XCOM串口调试助手发现处理器得到的横滚角(Roll)和接收信号强度指示(RSSI)基本符合实际，且报警装置的反馈也和此时的状态相对应，表明了上述实验结果与预期相符，验证了本发明所提出的安全带状态识别装置和方法的可行性。
Claims (5)
1.一种安全带状态识别的装置，其特征在于：该装置包括主模块与信标，其中：
所述主模块包括六轴惯性测量单元(IMU)、主蓝牙模块、处理器、报警装置、电源模块，负责获取姿态数据、蓝牙接收信号强度指示(RSSI)，接收到数据并且处理判别之后，控制报警装置开关；所述主模块需要在安全带自然悬挂状态下，竖直固定在限位扣(圆点)下方；
所述信标包括从蓝牙模块、电源模块，负责持续发射无线信号，用于让主模块中的主蓝牙模块接收信号，得到接收信号强度指示(RSSI)；所述信标需要固定在靠背与坐垫交界处的中间位置。
2.根据权利要求1所述的一种安全带状态识别的装置，其特征在于，所述主模块的六轴惯性测量单元(IMU)连接到处理器的输入端口，用于将惯性测量单元得到的六轴原始姿态数据传输到处理器进行姿态解算得到欧拉角；所述主模块的主蓝牙模块连接到处理器的输入端口，用于接收信标中从蓝牙模块发射的无线信号，并根据此信号强度得到接收信号强度指示(RSSI)传输到处理器；所述主模块的处理器引出USART串口，可以与PC机相连，使用串口调试程序对系统进行调试；所述主模块处理器的输出端口连接到报警装置，用于根据得到的欧拉角和接收信号强度指示(RSSI)判定安全带状态，并控制报警装置的开关；所述主模块的报警装置用于发出报警信号；所述主模块的电源模块的输出端连接到主模块的其他部分进行稳压供电。
3.根据权利要求1所述的一种安全带状态识别的装置，其特征在于，所述信标的从蓝牙模块会处于从模式，以+2dBm的功率持续发射无线信号，用于让主模块中的主蓝牙模块接收信号，得到接收信号强度指示(RSSI)；所述信标的电源模块的输出端连接到从蓝牙模块进行稳压供电。
4.一种安全带状态识别的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)系统上电，主模块处理器初始化六轴惯性测量单元(IMU)、主蓝牙模块，信标中的从蓝牙模块初始化，开始持续发射无线信号；
2)主模块中的主蓝牙模块接收信标中从蓝牙模块发射的无线信号，并根据此信号强度得到接收信号强度指示(RSSI)传输到处理器；
3)重复步骤2)，处理器得到至少三组接收信号强度指示(RSSI)取均值；
4)主模块中的六轴惯性测量单元(IMU)将测量到的六轴原始数据：x轴加速度ax，y轴加速度ay，z轴加速度az，x轴角速度gx，y轴角速度gy，z轴角速度gz传输给处理器，完成姿态解算转化成欧拉角，得到俯仰角(Pitch)，横滚角(Roll)，偏航角(Yaw)；
5)重复步骤4)，处理器得到至少三组横滚角(Roll)取均值；
6)主模块中的处理器根据设定好的横滚角(Roll)的阈值区间进行状态判定，若在设定好的阈值区间内，说明安全带自然悬挂、没有被拉动，驾乘人员没有佩戴安全带，处理器控制开启报警装置，发出报警信号，提醒驾乘人员佩戴安全带，之后进行步骤8)，若不在设定好的阈值区间内，进行步骤7)；
7)处理器根据设定好的接收信号强度指示(RSSI)的阈值进行状态判定，若大于设定好的阈值，说明安全带插扣被空插在了卡槽，人没有被安全带保护，处理器控制开启报警装置，发出报警信号，提醒驾乘人员佩戴安全带，若小于设定好的阈值，说明驾乘人员佩戴了安全带，处理器控制报警装置关闭；
8)重复步骤2)到步骤7)，实时识别提醒。
5.根据权利要求4所述的一种安全带状态识别的方法，其特征在于，所述横滚角(Roll)的阈值区间为[80°-110°]；所述接收信号强度指示(RSSI)的阈值为-45dBm。
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