CN206239402U - 一种基于dsp的汽车疲劳驾驶实时检测系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于DSP的汽车疲劳驾驶实时检测系统，属于检测设备技术领域。本实用新型的技术要点：包括连续波正交结构的生物雷达、A/D转换器、信号处理模块、声光预警装置。其中，连续波正交结构的生物雷达利用多普勒效应获得人体的心跳和呼吸信号，模拟滤波器、A/D转换器、信号处理模块和声光预警装置依次连接，信号处理模块是一个以DSP为核心的通用CAN总线数据通信系统，以CAN总线作为通信网络与汽车CAN总线相连。本实用新型通过在方向盘上安装连续波正交结构的生物雷达，实时判断驾驶员的疲劳情况，发现进入疲劳驾驶的驾驶员并进行报警。弥补了接触式检测疲劳驾驶技术的局限性，保障了交通安全。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种汽车疲劳驾驶实时检测系统，具体涉及一种基于DSP的汽车疲劳驾驶实时检测系统，属于检测设备技术领域。
背景技术
目前,中国道路交通安全形势严峻,疲劳驾驶所造成的人身伤害和财产损失是十分巨大的。从我国历年交通事故的大量案例分析中得出结论驾驶员因疲劳驾驶所造成的道路交通事故约占总数的10％到25％，那么对其采取必要的措施已成当务之急。但是，目前各种检测方法都不尽如人意,因此对疲劳驾驶检测的研究既具有学术价值又具有实用价值。
早期的驾驶疲劳测评主要是从医学角度出发，借助医疗器件进行的，随着科技的发展，疲劳程度测量方法的研究有了很大的进展。美国华盛顿大学John Stern博士领导的研究所通过自行开发的专用照相机、脑电图仪和其他仪器来精确测量头部运动、瞳孔直径变化和眨眼频率，用以研究驾驶行为等问题。该方法虽然能够判断驾驶员的疲劳状态，但是监测所用脑电图仪为接触性的，在行车过程中会造成驾驶员不适或影响驾驶员操作。
非接触式生命体征(包括心率、呼吸等)疲劳检测方法及检测设施由于其方便性、安全性以及灵活性，受到业界广泛关注。多普勒雷达式非接触测量方法对心跳和呼吸造成的人体体表微动进行探测，进而获取人体心率与呼吸信息。
连续波雷达利用电磁波的多普勒效应检测目标的位移、速度等运动信息，结构简单，接收信号易处理，连续波生物雷达向人体目标发射连续电磁波，同时接收人体体表反射的回波，通过回波信号的频率或相位的变化，提取和计算得到体表的微动信息，连续波雷达容易区分活动目标，适合于检测单一活动目标。
实用新型内容
在下文中给出了关于本实用新型的简要概述，以便提供关于本实用新型的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本实用新型的穷举性概述。它并不是意图确定本实用新型的关键或重要部分，也不是意图限定本实用新型的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
鉴于此为了克服已有技术存在的不足，本实用新型旨在提出一种基于DSP的汽车疲劳驾驶实时检测系统，采用生物雷达技术检测生命信息，不仅弥补了接触式检测疲劳驾驶技术的局限性，而且保障了交通安全。
本实用新型所采取的方案为：一种基于DSP的汽车疲劳驾驶实时检测系统，包括连续波正交结构的生物雷达、A/D转换器、信号处理模块和声光预警装置；
其中，连续波正交结构的生物雷达安装在汽车方向盘上，包括振荡器、耦合器、功率放大器、低噪声放大器、带通滤波器、环形器、天线、正交混频器和模拟滤波器；所述振荡器、耦合器、功率放大器、环形器、低噪声放大器、带通滤波器、正交混频器和模拟滤波器依次连接，耦合器还直接与正交混频器连接，天线与环形器连接，天线用于接收人体信号；
所述模拟滤波器、A/D转换器、信号处理模块和声光预警装置依次连接，所述信号处理模块是一个以DSP为核心的通用CAN总线数据通信系统，以CAN总线作为通信网络与汽车CAN总线相连。
所述连续波正交结构的生物雷达利用多普勒效应获取人体的心跳和呼吸信号。采用连续波系统和正交结构的接收机结合理论上可恢复出基带信号的全部相位信息。
进一步地：所述振荡器采用压控振荡器，型号为XQ1001-BD-000V；所述带通滤波器型号为SiMF5R6/R4-2；所述功率放大器型号为CHA4107-99F；所述低噪声放大器型号为R03M03GSB；所述正交混频器型号为HMC292LC3B；所述环形器型号为UIYCC1522A；所述天线型号为ZT3102；所述耦合器型号为A3245-20；所述正交混频器型号为HMC620LC4；所述的模拟滤波器采用Linear公司的LTC1068。
进一步地：所述DSP采用TI公司的TMS320VC5410A；所述A/D转换器选用TI公司的ADS1251。
本实用新型所达到的效果为：
1、能够通过检测驾驶者的心跳和呼吸频率自行判断疲劳度，根据疲劳程度提醒驾驶者，有效地避免了疲劳驾驶带来的危害；
2、若疲劳驾驶时间过长，可以控制车辆减速，一旦发生碰撞事故，可以在气囊打开的同时解锁所有车门，便于车内驾乘人员逃生。
3、采用生物雷达技术检测疲劳状态，具有非接触性，且结构简单、易于实现。
附图说明
图1为本实用新型的系统框图。
具体实施方式
在下文中将结合附图对本实用新型的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本实用新型公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。
在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。
本实施方式的一种基于DSP的汽车疲劳驾驶实时检测系统，参见图1可知，其包括连续波正交结构的生物雷达、A/D转换器、信号处理模块和声光预警装置；
其中，连续波正交结构的生物雷达安装在汽车方向盘上，包括振荡器、耦合器、功率放大器、低噪声放大器、带通滤波器、环形器、天线、正交混频器和模拟滤波器；所述振荡器、耦合器、功率放大器、环形器、低噪声放大器、带通滤波器、正交混频器和模拟滤波器依次连接，耦合器还直接与正交混频器连接，天线与环形器连接，天线用于接收人体信号；
所述模拟滤波器、A/D转换器、信号处理模块和声光预警装置依次连接，所述信号处理模块是一个以DSP为核心的通用CAN总线数据通信系统，以CAN总线作为通信网络与汽车CAN总线相连。
连续波正交结构的生物雷达安装在方向盘上，人体的胸腔作为雷达的探测目标，胸壁的位移对雷达载波相位产生成比例调制。在理想情况下，通过相位解调，将得到与胸壁时变位移成比例的时变相位信息，进而可以从中检测出与呼吸和心跳运动相关的信息。同时，由于雷达信号容易受到目标其它活动和背景环境的干扰，因此常常应用基于傅里叶变换的频谱分析，以及多种时频联合分析的方法来消除其他活动或背景的影响。
更具体地：雷达前端电路的信号除经耦合器耦合出一小部分送雷达接收机作为本振信号外，其余大部分送至功率放大器，信号经放大后经环形器送至雷达天线向空间辐射。辐射电磁波照射到人体后，带有人体疲劳参数信息的反射信号部分散射波返回，并被雷达天线接收。接收到的人体散射回波信号经低噪声放大器放大和带通滤波器滤波后与本振信号进行正交混频检波，输出正交基带信号。再经过滤波、放大、电平搬移等模拟信号处理，使得基带信号满足A/D转换的条件。
更具体地：将基带输出信号送至A/D变换转化为数字信号，后将其送入信号处理模块。采用精密的数字信号处理技术对获得的心跳和呼吸信号进行一系列相应的处理，从而实现对驾驶员疲劳的探测及参数测量的识别。
更具体地：HRV的频域指标用于驾驶疲劳评价表现出显著性，当处于疲劳状态时LF、SD、LF/HF明显上升，HF明显下降，而HR、VLF、VLF/HF无显著性差异，其中以LF对驾驶疲劳程度的反映最为敏感。在实际应用中，可以认为LF聚类阈值在(43.8，60.4)之间处于驾驶疲劳过渡状态。LF聚类中心值在51.2以上时，判断驾驶员处于疲劳状态。同时，当驾驶员处于疲劳状态时，呼吸平均值的皮尔逊相关系数的绝对值均大于0.8。
更具体地：以CAN总线作为通信网络与汽车CAN总线相连可实现的功能为：若疲劳驾驶时间过长，汽车即可通过CAN总线自行控制车速，一旦发生事故，通过CAN总线可以获取碰撞信息并打开安全气囊，在气囊打开的同时解锁所有车门，便于车内驾乘人员逃生。
本实用新型的一种基于DSP的汽车疲劳驾驶实时检测系统，工作原理为：以人的胸腔为探测目标，在方向盘上安装多普勒雷达非接触式疲劳参数监测系统，收集驾驶员行车过程中的心跳和呼吸信号，通过信号处理模块对获得的基带信号进行处理和分析，并将结果通过CAN总线传到汽车CAN总线上，实时判断驾驶员的疲劳情况，及时发现进入疲劳驾驶的驾驶员并进行声光报警。一旦疲劳驾驶时间过长或者发生事故，使用总线连接可实现一些智能化的控制。
虽然本实用新型所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本实用新型的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本实用新型。任何本实用新型所属技术领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本实用新型所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。
Claims (3)
1.一种基于DSP的汽车疲劳驾驶实时检测系统，其特征在于：包括连续波正交结构的生物雷达、A/D转换器、信号处理模块和声光预警装置；
其中，连续波正交结构的生物雷达安装在汽车方向盘上，包括振荡器、耦合器、功率放大器、低噪声放大器、带通滤波器、环形器、天线、正交混频器和模拟滤波器；所述振荡器、耦合器、功率放大器、环形器、低噪声放大器、带通滤波器、正交混频器和模拟滤波器依次连接，耦合器还直接与正交混频器连接，天线与环形器连接，天线用于接收人体信号，
所述模拟滤波器、A/D转换器、信号处理模块和声光预警装置依次连接，所述信号处理模块是一个以DSP为核心的通用CAN总线数据通信系统，以CAN总线作为通信网络与汽车CAN总线相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于DSP的汽车疲劳驾驶实时检测系统，其特征在于：所述振荡器采用压控振荡器，型号为XQ1001-BD-000V；所述带通滤波器型号为SiMF5R6/R4-2；所述功率放大器型号为CHA4107-99F；所述低噪声放大器型号为R03M03GSB；所述正交混频器型号为HMC292LC3B；所述环形器型号为UIYCC1522A；所述天线型号为ZT3102；所述耦合器型号为A3245-20；所述正交混频器型号为HMC620LC4；所述的模拟滤波器采用Linear公司的LTC1068。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于DSP的汽车疲劳驾驶实时检测系统，其特征在于：所述DSP采用TI公司的TMS320VC5410A；所述A/D转换器选用TI公司的ADS1251。
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