CN203149771U - 一种疲劳驾驶警示系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种疲劳驾驶警示系统，属于车辆交通控制的技术领域，包括传感器、ARM微处理器、警示模块、无线通信模块、上位机，其中传感器设置在车辆终端上，传感器与ARM微处理器连接；所述ARM微处理器与无线通信模块、上位机依次相互连接，所述警示模块与ARM微处理器连接。本实用新型利用无线通信技术与ARM微处理器控制技术结合，不仅可以省去通信电缆的安装，降低安装工程量，还可以安全可靠地实现数据传输和网络互联，可以进一步提高疲劳驾驶判断的准确性，适于车载运行且扩展性好，有效地提高疲劳判断的准确性和增强系统的鲁棒性，从而降低疲劳驾驶引起的事故发生率，增强警示功能。

Description

一种疲劳驾驶警示系统

技术领域

本实用新型涉及一种疲劳驾驶警示系统，尤其涉及一种基于GSM/GPRS/3G网络的疲劳驾驶警示系统，属于车辆交通控制的技术领域。

背景技术

随着汽车业的快速发展，与之相关的交通事故也在快速增高，而这些事故中，疲劳驾驶所造成的交通事故约占总数的16%，在高速公路上更是超过了20%，因此研制疲劳驾驶预防和报警装置成为当今疲劳驾驶研究的重点和难点。随着新技术的出现和发展，现有的疲劳驾驶警示系统有如下特性：监测方式由于单一而导致系统性能欠佳，而系统的扩展又受到车身空间布线、成本等各方面的限制，因此监测效率低，警示效果不佳，未能很好的降低因疲劳引发的交通事故。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种基于网络与信息融合决策技术相结合的疲劳驾驶系统，利用GSM/GPRS/3G技术无线、安全、可靠、低功耗等特点，将ARM微处理器控制技术与之结合，引入到车辆疲劳驾驶警示系统的设计中，不仅可以省去通信电缆的安装，降低安装工程量，还可以安全可靠地实现数据传输和网络互联，可以进一步提高疲劳驾驶判断的准确性。

本实用新型具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种疲劳驾驶警示系统，包括传感器、ARM微处理器、警示模块、无线通信模块、上位机，其中传感器设置在车辆终端上，传感器与ARM微处理器连接；所述ARM微处理器与无线通信模块、上位机依次相互连接，所述警示模块与ARM微处理器连接；通过所述传感器采集车辆终端上的信息并将采集到的信息传输至ARM微处理器进行处理和疲劳判断，ARM微处理器将该判断结果传输至无线通信模块，无线通信模块根据判断出的疲劳驾驶结果通过无线通信网关发送至上位机；所述上位机接收到上述疲劳驾驶结果后对车辆终端进行监控，并通过无线通信网关返回监控命令至无线通信模块，无线通信模块接收到该命令后传输至ARM微处理器，ARM微处理器控制警示模块发出警示。

作为本实用新型的一种优选技术方案：所述无线通信模块包括GSM/GPRS模块或3G模块。

作为本实用新型的一种优选技术方案：还包括一GPS定位模块，所述GPS定位模块和ARM微处理器连接。

作为本实用新型的一种优选技术方案：还包括一用于存储车牌号的存储器，所述存储器与ARM微处理器连接。

作为本实用新型的一种优选技术方案：还包括一个脑电波测试仪，所述脑电波测试仪与ARM微处理器连接。

作为本实用新型的一种优选技术方案：还包括一DSP图像处理模块，DSP图像处理模块连接在传感器与ARM微处理器之间；所述传感器包括一红外摄像头和LED灯，通过红外摄像头和LED灯采集车辆终端内司机的面部图像信息，将采集的图像信息传输至DSP图像处理模块进行处理。

作为本实用新型的一种优选技术方案：所述LED灯的光谱包括850nm和950nm。

作为本实用新型的一种优选技术方案：所述传感器包括一用于采集车辆终端的车道偏移信息的CCD摄像头，所述CCD摄像头与ARM微处理器连接。

作为本实用新型的一种优选技术方案：所述警示模块包括一语音报警提示器，所述语音报警提示器与ARM微处理器连接。

   本实用新型采用上述技术方案能产生的技术效果如下：

本实用新型提供的基于无线网络的疲劳监测警示系统，利用GSM/GPRS/3G技术无线、安全、可靠、低功耗等特点，将ARM微处理器控制技术与之结合，具有如下的技术效果:(1)采用了GSM/GPRS/3G技术，避免了车身布线成本高和干扰严重的问题;(2)采用了多传感器信息融合技术，能够较好的分析决策司机疲劳行为，进一步提高疲劳驾驶判断的准确性。因此，实现了GSM/GPRS/3G网络与多传感器融合技术相结合的疲劳监测系统，适于车载运行且扩展性好，有效地提高疲劳判断的准确性和增强系统的鲁棒性，监测效果好，增强警示功能，基于GSM/GPRS/3G技术的汽车疲劳驾驶监测系统对降低因疲劳引发的交通事故具有一定的借鉴意义和较好的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型的一种疲劳监测警示系统的模块示意图。

图2为本实用新型的一种疲劳监测警示系统的车辆终端的示意图。

图3为本实用新型一种疲劳监测警示系统的整体示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型提供了一种疲劳驾驶警示系统，包括传感器、ARM微处理器、警示模块、无线通信模块、上位机，其中传感器设置在车辆终端上，传感器与ARM微处理器连接；所述ARM微处理器与无线通信模块、上位机依次相互连接，所述警示模块与ARM微处理器连接；通过所述传感器采集车辆终端上的信息并将采集到的信息传输至ARM微处理器进行处理和疲劳判断，ARM微处理器将该判断结果传输至无线通信模块，无线通信模块根据判断出的疲劳驾驶结果通过无线通信网关发送至上位机；所述上位机接收到上述疲劳驾驶结果后对车辆终端进行监控，并通过无线通信网关返回监控命令至无线通信模块，无线通信模块接收到该命令后传输至ARM微处理器，ARM微处理器控制警示模块发出警示。

另外，所述无线通信模块包括GSM/GPRS模块或3G模块。还包括一个脑电波测试仪，所述脑电波测试仪与ARM微处理器连接；还可以包括GPS定位模块和存储器，所述GPS定位模块、存储器分别和ARM微处理器连接。还可以采用一DSP图像处理模块，DSP图像处理模块连接在传感器与ARM微处理器之间，所述传感器包括一红外摄像头和LED灯，通过红外摄像头和LED灯采集车辆终端内司机的面部图像信息，将采集的图像信息传输至DSP图像处理模块进行处理。

本实用新型由GSM/GPRS/3G网关和各个GSM/GPRS/3G模块、传感器、ARM微处理器、GPS定位模块、语音提醒电路、车牌号存储器、脑电波测试仪等构成网络，如图2和图3所示，中间的GSM/GPRS/3G网关负责发起和维护网络，并将收集到的信息交给交巡警上位机完成信息的融合决策，再由处理器把疲劳判断结果反馈给警示器，从而降低整个系统的组网复杂程度。

眼睛频率检测、眼睛闭合时间检测、打哈欠这3 处先由传感器收集原始图像的信息，再将脸部的信息传给DSP图像处理模块去处理，得到疲劳信息，最后将采集信号处理的结果传输给GSM/GPRS/3G模块，如西门子公司的mc52i模块，功耗较低，对于车载系统要求长电池寿命来说是比较适合的。而车道偏离的检测也可以进行，信息最后都由GSM/GPRS/3G模块发送给GSM/GPRS/3G网关。

GSM/GPRS/3G网关负责组网和管理各终端传感器，GSM网关实现VoIP系统与无线通信网络特别是第二代移动通信系统GSM的互连，GPRS通用无线分组业务，是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。通俗地讲，GPRS是一项高速数据处理的技术，方法是以"分组"的形式传送资料到用户手上。3G网络则是为了使得传输更稳定，快捷。

GSM/GPRS/3G网关并不处理和保存传感器节点发来的信息，它直接将疲劳信息交给交巡警上位机处理，这样GSM/GPRS/3G网关能更好地管理网络。上位机中的处理器负责实现多个疲劳特征的融合判断。该模型将GGSM/GPRS/3G模块与信号汇聚节点(GSM/GPRS/3G网关)统一设计，GSM/GPRS/3G模块负责与各个终端设备的通信与外网的通信。如果司机疲劳驾驶情况严重，易于造成交通事故的时候，由ARM微处理器控制语音播报电路对司机进行语音报警提示，如果报警信息不被司机所接收，ARM微处理器将从车牌号存储器中读取本车车牌号，通过GPS定位该车位置，并由GSM/GPRS/3G模块将这些信息发送至GSM/GPRS/3G网关，然后发往车辆监控管理中心，车辆监控中心发出指令给巡逻车，去追踪，进行违章处理。

一般，脑电波是大脑皮层神经细胞集群电活动而产生的电生理信号，一般在几微伏到几百微伏之间。脑电波由各种节律性的波组成，依频率不同而分为δ,θ,α,β波，其频率分别为0.5～4.0，4.0～8.0，8.0～14.0，14.0～30.0 Hz。其中α、β波属于脑电波中的快波，α波是成年人觉醒并安静闭目时的正常波形，β波发生在人们处于警觉并注意外部刺激时；δ,θ波属于脑电波中的慢波，在正常成年人的睡眠期它们的成分会提高。本实用新型的脑电波测试仪用于检测驾驶员的脑电信号，采集的信号与预存的该驾驶员正常情况的脑电波进行对比，得出是否可能存在疲劳，然后作为信息融合决策系统的判断依据之一，判断驾驶员是否存在驾驶疲劳。即通过脑电波测试仪采集驾驶员的脑电波信号，然后经过放大电路、滤波电路，再经过ARM微处理器处理，可以从发动机点火开始采集，然后间隔一段时间采集一次并且存储一次，脑电信号可以分解为4个基本节律，即α波，β波，δ波,θ波。这4个节律的能量会随着疲劳状态的变化而变化。当α波和β波呈主导优势时，表明人的意识是清醒的；而当θ波和δ波占主导优势时，则表明了人的意识模糊甚至轻微睡眠的出现。将本次采集的和上次存储的比较，只要脑电波中δ,θ波的成分不是明显上升，就说明该驾驶员没进入疲劳驾驶，如果δ,θ波成分明显上升了，就能初步判断可能进入了疲劳驾驶。

司机面部的图像通过红外摄像头与LED来获取，其中用于照明的LED能够发出光谱分别为850nm和950nm的光线。当使用不同红外光谱的时候，人的眼睛瞳孔会呈现出不同颜色。当用850nm红外光照明时候，人的瞳孔呈现出红色，即红眼效应；而用950nm红外光照明时候，人的瞳孔却呈现出黑色。两幅图像除了瞳孔以外，脸部其它部位都是一样的。然后通过比较这两幅图像，能够很容易定位到眼部，再通过一系列的图像处理来得到面部的参数和实现眼部跟踪。另外，使用红外LED在减少周围光线干扰确保图像质量的同时，也能减少对司机视觉的干扰，因为它发出的光线人几乎是看不到的。

采用红外摄像头装置，当入射光照到装置中间分光片的时候，能将入射光线平行分成两束，再分别经过850nm和950nm的滤光片进入到摄像头中，这样在同一时刻得到的两幅图像除了瞳孔颜色不同外，其它的都是一样的。为了在有限的时间内完成大量图像数据的处理，DSP图像处理模块可采用TI公司的TMS320DM642，它的图像处理速度能达到每秒25帧以上，也就是能在40ms内完成对一帧图像的运算处理，再加上摄像头是PAL制每秒25帧的，这些设备足够完成实时的图像处理，完成对司机眨眼频率加快、眼睛闭合缓慢、打哈欠的疲劳特征的提取、计算和分析。

车道偏移检测是基于车辆的行为来间接地反应司机的疲劳迹象。可以将CCD摄像头朝向汽车行驶方向，监测车辆的正常行驶方向，同时监测转向灯。如果汽车方向改变而转向灯却没有开启，则认为司机有进入疲劳驾驶的可能。车辆行为的检测不是基于人为表现活动的，这样能够互补面部检测的不足和人为差异，同时在司机不是由于疲劳而是因为其它因素(如手机)造成注意力不集中判断错误的时候，也能够给予一定的提醒。

可以以120ms为一个小周期，技术上能在40ms内采集到一帧的图像，其后的80ms用于图像处理，这样在一分钟内共有500帧的图像。通过这些图像来分析司机的疲劳情况。根据人体工程学原理，人体出现疲劳的时候，眨眼频率在某个时间段会比正常时明显加快，这是司机在疲劳时试图保持清醒的反应，进入更加深层次的疲劳时就会出现眼睛闭合一次所需时间加长的特征。清醒时眼睛一睁一闭的过程只需要几帧到十几帧的时间(0.3秒以内)，而疲劳时则需要20帧或一至两秒；打哈欠的时候嘴部垂直半径会明显的加大。可以先采集司机正常时候的眨眼频率，眼睛闭合一次的时间和嘴部信息，然后再与发生疲劳时候的情况进行对比，以此来判断疲劳程度。可以采用模糊逻辑法来对采集到的信息进行融合决策。比如：只接收到眨眼频率、眨眼时间有疲劳异常的时候，可将这几种方式进行融合，融合后正确率明显会提高，同理，当出现了打哈欠、车道路线偏移等疲劳特征时候，也可以采用同样的方法进行融合，整个系统的正确率能够达到95%以上。

本实用新型采用了GSM/GPRS/3G技术，避免了车身布线成本高和干扰严重的问题，也采用了多传感器信息融合技术，能够较好的分析决策司机疲劳行为。因此，实现了GSM/GPRS/3G网络与多传感器融合技术相结合，适于车载运行且扩展性好，有效地提高疲劳判断的准确性和增强系统的鲁棒性，从而降低疲劳驾驶引起的事故发生率，增强警示功能。

Claims (9)

1.一种疲劳驾驶警示系统，其特征在于：包括传感器、ARM微处理器、警示模块、无线通信模块、上位机，其中传感器设置在车辆终端上，传感器与ARM微处理器连接；所述ARM微处理器与无线通信模块、上位机依次相互连接；所述警示模块与ARM微处理器连接。

2.根据权利要求1所述的一种疲劳驾驶警示系统，其特征在于：所述无线通信模块包括GSM/GPRS模块或3G模块。

3.根据权利要求1所述的一种疲劳驾驶警示系统，其特征在于：还包括一GPS定位模块，所述GPS定位模块和ARM微处理器连接。

4.根据权利要求3所述的一种疲劳驾驶警示系统，其特征在于：还包括一用于存储车牌号的存储器，所述存储器与ARM微处理器连接。

5.根据权利要求1所述的一种疲劳驾驶警示系统，其特征在于：还包括一个脑电波测试仪，所述脑电波测试仪与ARM微处理器连接。

6.根据权利要求1所述的一种疲劳驾驶警示系统，其特征在于：还包括一DSP图像处理模块，DSP图像处理模块连接在传感器与ARM微处理器之间；所述传感器包括一红外摄像头和LED灯，通过红外摄像头和LED灯采集车辆终端内司机的面部图像信息，将采集的图像信息传输至DSP图像处理模块进行处理。

7.根据权利要求6所述的一种疲劳驾驶警示系统，其特征在于：所述LED灯的光谱包括850nm和950nm。

8.根据权利要求1所述的一种疲劳驾驶警示系统，其特征在于：所述传感器包括一用于采集车辆终端的车道偏移信息的CCD摄像头，所述CCD摄像头与ARM微处理器连接。

9.根据权利要求1所述的一种疲劳驾驶警示系统，其特征在于：所述警示模块包括一语音报警提示器，所述语音报警提示器与ARM微处理器连接。

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