CN200976191Y - 疲劳驾驶提醒装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种疲劳驾驶提醒装置，特别是涉及一种安装在驾驶员头部后方的由单片机控制的红外线距离传感器，通过检测驾驶员在常规坐姿下头部与传感器之间的距离是否有非正常的增大或偏移，以此判断驾驶员是否处在疲劳驾驶状态中，如果是，则输出声光信号提醒驾驶员恢复正常驾驶姿势。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种疲劳驾驶提醒装置，特别是涉及一种安装在驾驶员头部后方的红外线传感器和单片机系统，通过监测驾驶员在常规坐姿下头部与传感器之间的距离是否有非正常的增大或偏移，以此判断驾驶员是否处在疲劳驾驶状态中，如果是，则输出声光信号提醒驾驶员恢复正常驾驶姿势。
背景技术
疲劳驾驶是引发重大交通事故的主要原因之一，针对疲劳驾驶的检测技术有多种方法，其中包括用图象识别技术监测驾驶员眼睛眨眼的频率、用机械装置检测驾驶员头部的正常位置等。
一种针对疲劳驾驶的红外线眼球扫描仪在美国研制成功，这种眼球扫描仪外形如同一个小型摄像机，只要把它安装在仪表盘上，让镜头对准司机，扫描仪就会连续发出红外线信号来扫描司机眼球中的眼白部分，同时判断出疲劳程度并发出“减速停车”、“休息一下”等警告。
日本丰田公司研制的疲劳报警装置，只要驾驶员在操纵转向盘时有一点迟钝，或脉搏有一点异常变化，该装置就能测出这些反应，并发出警告，令座垫振动或自动刹车。
日本东京大学研制出的疲劳测试器，可戴在司机的手腕上。该测试器内部装有一小型氧气电池电极，能测量司机汗液中的乳酸、氨和酒精含量，然后通过小型无线电发射器把数据传送到研究中心。研究中心通过电脑分析，判定司机的疲劳程度，及时向司机发出警告，避免交通事故的发生。
以上方法因这样或那样的问题，达到实用都存在一定困难。
目的
本实用新型的目的是提出一种低成本、高可靠性的疲劳驾驶提醒装置，可在各种汽车上方便地安装，便于大规模推广使用，为解决疲劳驾驶的监测难题和提醒驾驶员注意安全提供一个简便的解决方案。
技术方案
本实用新型是一种疲劳驾驶提醒装置，由单片机系统控制的反射式红外线距离检测传感器组成，通过检测驾驶员在常规坐姿下的头部与座椅头枕上安装的红外线传感器的相对位置，判断驾驶员是否处在疲劳驾驶状态中，如果驾驶员处在疲劳驾驶状态中头部必定偏离正常位置或超出正常距离，则输出声光提醒控制电平。反射式红外线距离检测传感器由一个红外线发射二极管和二个红外线接收头组成，红外线发射二极管放置在中间，二个红外线接收头对称放置在左右两边，二个红外线接收头的输出连接单片机的输入，红外线发射二极管通过晶体管连接单片机的输出引脚，红外线发射二极管的另一端通过限流电阻连接一个电阻分压网络的输出点。本实用新型安装在座椅头枕上正对驾驶员头部的位置，红外线发射二极管放置在中间，二个红外线接收头对称放置在左右两边。
红外线发射二极管所发射红外线的有效检测距离与通过红外线发射二极管中的电流强度是对应的，电流强度是由一个电阻分压网络输出的可变电压所决定的，通过分别将不同的电阻经过晶体管接地，可以改变分压比，也就改变了红外线发射二极管的电流强度，作为开关的晶体管是受单片机引脚所输出的电平控制的。
驾驶员头部偏离正常位置的检测与判断是根据定标后的距离作为判断阈值的，定标的过程是先使红外线发光二极管的电流强度最大，然后边查询二个红外线接收头所输出的信号电平是否接收到被驾驶员头部反射回来的光线，如果接收到了，则减小一级红外线发光二极管的电流强度，以减小有效检测距离，直到其中一个红外线接收头不能接收到反射回来的光线，这时就是检测距离的临界点，计算机程序将控制开关晶体管加大红外线发光二极管的电流强度，直到能稳定的再次接收到反射回来的光线，这时定标自动完成，单片机将保持这时的输出控制字不变，在此以后，只要出现任何一个红外线接收头不能接收到反射回来的光线，则输出声光提醒控制。
有益效果
本实用新型用简单的红外线距离检测方法完成了驾驶员头部位置正常与否的识别，进而判断驾驶员是否疲劳驾驶，是简单技术的智能化应用。本实用新型可以低成本地装备现有汽车，提高安全概率，便于大规模推广，国际、国内需求潜力巨大。
附图说明
图1是驾驶员正常驾驶示意图，其中：30是驾驶员头部，31是疲劳驾驶提醒装置，32是头枕，驾驶员头部30与疲劳驾驶提醒装置31、头枕32之间有一个适当的距离。
图2是驾驶员疲劳后继续驾驶示意图，其中：
30是驾驶员头部，31是疲劳驾驶提醒装置，32是头枕，驾驶员头部30与疲劳驾驶提醒装置31、头枕32之间的距离已经有非正常增大。
图3是驾驶员轻微疲劳驾驶示意图，其中：
30是驾驶员头部，31是疲劳驾驶提醒装置，32是头枕，驾驶员头部30与疲劳驾驶提醒装置31、头枕32之间的距离最小。
图4是本实用新型的电路原理图，其中：
1是固定电压输出三端稳压器，2是声光提醒电路的发声元件，3是声光提醒电路的红色发光二极管，4是绿色发光二极管，5是红外线接收头，6是另一个红外线接收头，7是电阻分压网络的接电源端电阻，8到15是电阻分压网络的接地端电阻，16到23是开关晶体管，24是限流电阻，25是红外线发射二极管，26是红外线发射二极管的驱动晶体管，27是单片机。
图5是本实用新型的主程序流程图，其中：主要的程序段是距离检测和判断是否有反射。
具体实施方式
本实用新型的功能样机已经完成，下面参照附图，详细阐述本实用新型的技术方案实施内容：
参照图1，驾驶员在正常驾驶汽车时其头部30距离座椅头枕32有一个几厘米的较小距离，而不是完全靠紧头枕，因为靠紧头枕驾驶时眼睛会感觉很不舒服，不方便观察距汽车较近的道路情况。
参照图2，驾驶员在疲劳驾驶汽车时其头部30距离座椅头枕32有几种不同的情况，图2是驾驶员已经睡着了的位置之一，其颈部肌肉已经放松，不受大脑控制了，头部30依其重力下垂，这是最常见的开车睡眠姿势，也是驾驶员最初的疲劳睡眠姿势，这时驾驶员头部30距离座椅头枕32一般大于15厘米，检测距离从正常的几厘米变成大于10厘米的变化过程就可以判定已经处于疲劳驾驶状态了，这种情况下应及时提醒。但是短暂的其他非疲劳动作如探身操作仪表板上的开关、回头观察等短时动作也有类似的距离变化，这时可以用时间来区别，短时间内恢复正常位置的可不作为疲劳驾驶判定。
参照图3，驾驶员在有意识地短暂休息和闭上眼睛驾驶但还没有完全睡着时往往是这样的姿势，这是完全睡着的前奏，其头部30位置紧靠座椅头枕32，距离为0，这种情况下应立即发出声光提醒，发展下去就会演变成图2的情况。
以上分析都是基于自动进行距离检测的结果上的，下面结合电路原理图进行说明：
参照图4，距离检测装置中的反射式红外线传感器是由一个红外线发射二极管25和二个红外线接收头5、6组成，红外线发射二极管25发射经过调制的38KHz红外线光束，安装在座椅头枕上前方正对驾驶员头部的位置，红外线发射二极管放置在中间，二个红外线接收头对称放置在左右两边。
红外线发射二极管25发射的红外线光束被驾驶员头部反射后会照射到红外线接收头5、6的接收窗口，由内部放大处理后以高或低电平的方式送到单片机27的输入口线，供后面程序作为判断依据。
红外线发射二极管25所发射的红外线的有效检测距离与通过红外线发射二极管25的电流强度是一一对应的，通过红外线发射二极管25的电流强度是由分压电阻网络8到15和电阻7在29点输出的电压所决定的，28点是稳压后的供电电源点，29点的电压是受计算机程序所输出的控制字控制的，控制字从单片机27的口线通过限流电阻连接晶体管16到23，当相应的口线输出高电位时，所对应的晶体管就导通，将电阻8到15中的对应电阻接地，相当于并联到限流电阻24上。当并联后的综合阻值减小时，29点电位降低，流过限流电阻24和红外线发射二极管25的电流也就减小，红外线发射二极管25发射出的红外线光束的有效距离也就减少，当减少到一定程度时，即使驾驶员头部保持原来位置不动，红外线光束也会达不到驾驶员头部，此时红外线接收头的输出是没有反射回来的值，与最强的发射电流检测不到因距离过远的结果一样，但是这二种情况可以从当时的控制字不同得到区分。控制字最大值是二进制11111111d，此时电阻8到15全部接地，综合阻值最小，29点电压也最小，红外线发射二极管25发射出的红外线光束的有效距离也最小。适当调整综合阻值的数值，可以将红外线发射二极管25发射出的红外线光束的有效距离控制在5厘米左右。当控制字最小值是二进制00000000d，此时电阻8到1 5全部悬浮，29点的电压最高，红外线发射二极管25发射出的红外线光束的有效距离也最大。适当调整电阻7和24的数值，可以将红外线发射二极管25发射出的红外线光束的最大有效距离控制在40厘米左右，这样的有效检测距离已经能够符合本实用新型的要求。
驾驶员头部偏离正常位置的检测与判断是由计算机程序根据二个红外线接收头所输出的信号电平与同一时刻计算机程序所输出的控制字的对应关系决定的，计算机程序所输出的控制字是根据二个红外线接收头所输出的信号电平判断是否接收到了红外线，如果某个红外线接收头没有接收到则判定为此红外线接收头与驾驶员头部的距离大于此时与控制字相关联的距离。
在自动标定头部正常位置的程序段，计算机程序所输出的控制字有使红外线发射二极管的电流强度由强到弱逐步减小的效果。驾驶员的头部无论是正常位置还是前倾、侧倾、后仰，都能从距离检测中得到正确结果。自动标定头部正常位置的程序段就是使红外线发射二极管25的电流强度由强到弱逐步减小，同时检测红外线接收头5、6的输出状态，判断是否到了接收不到的临界点，这是停止发射电流强度减小的界限，在再次加大发射电流后，当左右二个红外线接收头5、6同时能够接收到反射回来的光线并保持一段时间稳定不变时，就可以用此时的控制字作为正常驾驶姿势的距离标定。每一个控制字都对应一个实际的距离，如5厘米、10厘米----30厘米等。
Claims (2)
1.一种疲劳驾驶提醒装置，由单片机系统控制的反射式红外线距离检测传感器组成，其特征在于：所述的反射式红外线距离检测传感器是由一个红外线发射二极管和二个红外线接收头组成，红外线发射二极管放置在中间，二个红外线接收头对称放置在左右两边，二个红外线接收头的输出连接单片机的输入，红外线发射二极管通过晶体管连接单片机的输出引脚，红外线发射二极管的另一端通过限流电阻连接一个受单片机引脚通过晶体管控制的电阻分压网络的输出点。
2.根据权利要求1的疲劳驾驶提醒装置，其特征在于：所述的单片机系统还包括单片机输出引脚控制的声光提醒电路。
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