一种汽车驾驶员疲劳状态检测系统的制作方法

本实用新型主要涉及汽车安全领域，更具体地说，涉及一种汽车驾驶员疲劳状态检测系统。

背景技术：

驾驶疲劳是造成交通事故的重要因素，统计数据表明,驾驶员疲劳引起的交通事故占事故总数的20％左右，占特大交通事故的40％以上。如何能够快速、有效地检测驾驶员疲劳状态，对交通安全具有重大意义。设计一种汽车驾驶员疲劳状态检测系统，根据驾驶员的姿态、脉搏等信号检测驾驶员的疲劳程度。

技术实现要素：

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种汽车驾驶员疲劳状态检测系统，通过检测驾驶员的坐姿、方向盘的压力信号、脉搏信号及车辆运行速度和车辆偏移程度，判断驾驶员的疲劳程度并进行报警提醒。

为解决上述技术问题，本实用新型一种汽车驾驶员疲劳状态检测系统包括方向盘压力检测模块、椅背坐姿检测模块、脉搏信号检测模块、座椅压力检测模块、电源模块、单片机、报警模块、路径检测模块、车速检测模块、踏板信号，通过检测驾驶员的坐姿、方向盘的压力信号、脉搏信号及车辆运行速度和车辆偏移程度，判断驾驶员的疲劳程度并进行报警提醒。

其中，所述方向盘压力检测模块的输出端连接着单片机的输入端；所述椅背坐姿检测模块的输出端连接着单片机的输入端；所述脉搏信号检测模块的输出端连接着单片机的输入端；所述座椅压力检测模块的输出端连接着单片机的输入端；所述电源模块的输出端连接着单片机的输入端；所述单片机的输出端连接着报警模块的输入端；所述路径检测模块的输出端连接着单片机的输入端；所述车速检测模块的输出端连接着单片机的输入端；所述踏板信号的输出端连接着单片机的输入端。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种汽车驾驶员疲劳状态检测系统所述单片机采用AT89C51单片机。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种汽车驾驶员疲劳状态检测系统所述椅背坐姿检测模块包括红外测距模块和模数转换模块，其中，红外测距模块采用GP2D12模块，模数转换模块采用ADC0809模数转换芯片。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种汽车驾驶员疲劳状态检测系统所述座椅压力检测模块采用电阻应变片称重传感器，额定载荷为200kg。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种汽车驾驶员疲劳状态检测系统所述路径检测模块由高亮发光二极管和光敏电阻组成。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种汽车驾驶员疲劳状态检测系统所述车速检测模块采用VB-Z9200磁电式传感器。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种汽车驾驶员疲劳状态检测系统所述脉搏信号检测模块采用光敏二极管。

控制效果：本实用新型一种汽车驾驶员疲劳状态检测系统，通过检测驾驶员的坐姿、方向盘的压力信号、脉搏信号及车辆运行速度和车辆偏移程度，判断驾驶员的疲劳程度并进行报警提醒。

附图说明

下面结合附图和具体实施方法对本实用新型做进一步详细的说明。

图1为本实用新型一种汽车驾驶员疲劳状态检测系统的硬件结构图。

图2为本实用新型一种汽车驾驶员疲劳状态检测系统的单片机的电路图。

图3为本实用新型一种汽车驾驶员疲劳状态检测系统的路径检测模块的电路图。

图4为本实用新型一种汽车驾驶员疲劳状态检测系统的路径检测模块的电路图。

图5为本实用新型一种汽车驾驶员疲劳状态检测系统的车速检测模块的电路图。

图6为本实用新型一种汽车驾驶员疲劳状态检测系统的椅背坐姿检测模块的电路图。

图7为本实用新型一种汽车驾驶员疲劳状态检测系统的方向盘压力检测模块的电路图。

图8为本实用新型一种汽车驾驶员疲劳状态检测系统的座椅压力检测模块的电路图。

图9为本实用新型一种汽车驾驶员疲劳状态检测系统的脉搏信号检测模块的电路图。

图10为本实用新型一种汽车驾驶员疲劳状态检测系统的电源模块的电路图。

图11为本实用新型一种汽车驾驶员疲劳状态检测系统的报警模块的电路图。

具体实施方式

具体实施方式一：

结合图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11说明本实施方式，本实施方式所述一种汽车驾驶员疲劳状态检测系统包括方向盘压力检测模块、椅背坐姿检测模块、脉搏信号检测模块、座椅压力检测模块、电源模块、单片机、报警模块、路径检测模块、车速检测模块、踏板信号，通过检测驾驶员的坐姿、方向盘的压力信号、脉搏信号及车辆运行速度和车辆偏移程度，判断驾驶员的疲劳程度并进行报警提醒。

其中，所述方向盘压力检测模块的输出端连接着单片机的输入端，方向盘压力检测模块采用电阻应变片称重传感器，额定载荷为200kg，方向盘压力检测模块通过放置在方向盘中的电阻应变片称重传感器检测驾驶员握住方向盘的压力信号，当驾驶员疲劳时，手会无意识的松开方向盘，方向盘压力检测模块检测到的压力信号变弱，传感器电路所采用的是全桥电路，有四个电阻应变片，电阻应变式压力传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，内部线路采用惠更斯电桥，当弹性体承受载荷产生形变时，电阻应变片(转换元件)受到拉伸或压缩应变片变形后，它的阻值将发生变化(增大或减小)，从而使电桥失去平衡，产生相应的差动信号，供后续电路测量和处理。传感器电路产生的差动信号比较微弱，需要通过放大器将微弱的信号进行放大后传送到单片机进行处理，方向盘压力检测模块的OUTA引脚与单片机的P0.7引脚相连接。

所述椅背坐姿检测模块的输出端连接着单片机的输入端，椅背坐姿检测模块包括红外测距模块和模数转换模块，当驾驶员正常驾驶汽车时，坐姿保持端正，身体距离椅背的距离不会发生突然的变化，当驾驶员处于疲劳状态，身体会无意识的前倾，红外测距模块检测到距离突然发生变化，红外测距模块采用GP2D12模块，模数转换模块采用ADC0809模数转换芯片。红外测距模块由一个红外发射管和一个PSD及外围电路组成，红外发射管发射的光束，遇到障碍物反射回来，落在PSD上，构成一个等腰三角形，借助于PSD可以测得三角形的底，而两个底角是固定的，由发射管确定，此时便可通过底边推算出高，得出的距离模拟信号通过VO引脚传送到模数转换模块的IN0引脚；模数转换模块采用ADC0809模数转换芯片，模数转换模块将接收到的距离模拟信号转换成数字信号，将数字信号传送到单片机，单片机对数字信号进行处理，模数转换模块将模拟距离长度信号转换成二进制的数字信号，通过8个数据输出端D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7按位传输信号到单片机中，START为转换启动信号。当START上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，START应保持低电平。EOC为转换结束信号，当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE＝1，输出转换得到的数据；OE＝0，输出数据线呈高阻状态。CLK为时钟输入信号线。模数转换模块的数据线D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7分别与单片机的P1.7、P1.6、P1.5、P1.4、P1.3、P1.2、P1.1、P1.0引脚相连接，EOC、OE、START、CLK、ALE为模数转换模块的控制引脚，分别与单片机的P3.0、P3.1、P3.2、P3.3、P3.4引脚相连接。

所述脉搏信号检测模块的输出端连接着单片机的输入端，脉搏信号检测模块采用光敏二极管，通过检测驾驶员的脉搏信号，判断驾驶员的疲劳状态，脉搏每分钟跳动次数越少，证明人越疲劳，利用光电信号转换原理提取人体脉搏波信号，并对此信号进行处理，人体脉搏信号的频率范围较低，大致在0.5～12Hz，通过低通滤波，滤除12Hz以上的干扰信号，再经过高频滤波电路，滤除0.5Hz以下的低频干扰信号，最后经过放大电路进行40～440的放大后传送到单片机中进行处理，脉搏信号检测模块的DD1端口与单片机的P0.6引脚相连接。

所述座椅压力检测模块的输出端连接着单片机的输入端，座椅压力检测模块采用电阻应变片称重传感器，额定载荷为200kg，当人在疲劳状态下，重心会变低，座椅压力检测模块检测到的压力信号越大，传感器电路所采用的是全桥电路，有四个电阻应变片，电阻应变式压力传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，内部线路采用惠更斯电桥，当弹性体承受载荷产生形变时，电阻应变片(转换元件)受到拉伸或压缩应变片变形后，它的阻值将发生变化(增大或减小)，从而使电桥失去平衡，产生相应的差动信号，供后续电路测量和处理。传感器电路产生的差动信号比较微弱，需要通过放大器将微弱的信号进行放大后传送到单片机进行处理，座椅压力检测模块的OUTB引脚与单片机的P0.5引脚相连接。

所述电源模块的输出端连接着单片机的输入端，电源模块采用锂电池，锂电池的保护回路由两个MOSFET(Q1、Q2)和一个控制IC(U1)外加一些阻容元件构成。控制IC的VDD与V-分别负责监测电池电压与回路电流，并控制两个MOSFET的栅极，MOSFET在电路中起开关作用，分别控制着充电回路与放电回路的导通与关断，C2为延时电容，该电路具有过充电保护、过放电保护、过电流保护与短路保护功能，锂电池通过VCC口进行供电。

所述单片机的输出端连接着报警模块的输入端，报警模块采用WT2003B01语音芯片，报警模块根据接收到的单片机的控制信号进行发声提醒，报警模块的SP+、SP-引脚连接到扬声器的两个引脚上，进行语音播放，报警模块的BUSY(指示播放状态的忙信号)、P07(一线串口DATA)连接到单片机的P0.0、P0.1引脚控制报警模块进行工作。

所述路径检测模块的输出端连接着单片机的输入端，路径检测模块由高亮发光二极管和光敏电阻组成，利用光敏电阻在白区和黑线范围内接收反射光强的不同，引起其两端阻值的变化，使输出信号呈现不同的电压值，这是判断路径的主要依据。当路径检测模块向黑线移动时，反射光线变弱，阻值增大，输出电压变大；当路径检测模块向白区移动时，反射光线变强，阻值减小，输出电压变小，车辆两侧分别安装有3组高亮发光二极管和光敏电阻进行路径的检测，路径检测模块的AU1、AU2、AU3、AU4、AU5、AU6引脚与控制模块的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.4、P2.5引脚。

所述车速检测模块的输出端连接着单片机的输入端，车速检测模块采用VB-Z9200磁电式传感器，通过齿轮转动和传感器的极端轴相对位置的不断变化，传感器感应线圈周围的磁场随之产生强弱交替变化，在感应线圈中会感应出交变电动势，感应电动势的频率与齿圈的齿数和转速成正比，从而计算出车速，将车速通过AD0、AD1传送到控制模块的P0.2、P0.3引脚相连接。

所述踏板信号的输出端连接着单片机的输入端，踏板信号为车辆的油门信号及刹车信号，直接采用车辆内部的踏板信号，单片机根据接收到的信号进行处理。

具体实施方式二：

结合图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11说明本实施方式，所述单片机采用AT89C51单片机。所述AT89C51单片机从它内部的硬件到软件都有一套完整的按位操作系统，片内RAM区间还特别开辟了一个双重功能的地址区间，十六个字节，单元地址20H～2FH，它既可作字节处理，也可作位处理。51单片机的I/O脚的设置和使用非常简单，当该脚作输入脚使用时，只须将该脚设置为高电平(复位时，各I/O口均置高电)。当该脚作输出脚使用时，则为高电平或低电平均可。

具体实施方式三：

结合图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11说明本实施方式，所述椅背坐姿检测模块包括红外测距模块和模数转换模块，其中，红外测距模块采用GP2D12模块，模数转换模块采用ADC0809模数转换芯片。GDP2D12模块是由一个红外发射管和一个PSD以及相应的计算电路构成，Sharp公司的PSD很有特色，它可以检测到光点落在它上面的微小位移，分辨率达微米，GP2D12正是利用这个特性实现了几何方式测距。ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。

具体实施方式四：

结合图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11说明本实施方式，所述座椅压力检测模块采用电阻应变片称重传感器，额定载荷为200kg。电阻应变式压力传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线组成，内部线路采用惠更斯电桥，当弹性体承受载荷产生变形时，电阻应变片(转换元件)受到拉伸或压缩应变片变形后，它的阻值将发生变化(增大或减小)，从而使电桥失去平衡，产生相应的差动信号，供后续电路测量和处理。

具体实施方式五：

结合图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11说明本实施方式，所述路径检测模块由高亮发光二极管和光敏电阻组成。由于高亮发光二极管发射的光线在黑色路径和白色跑道上反射光强度的不同，引起了光敏电阻接收光线强度的变化，通过变化来确定车辆当前所处的位置和应执行的状态。光敏电阻的两端阻值是随接收光照强度大小而变化的，光照强度越小，两端的电阻值越大，电路中反馈信号的电压值越大。当路径检测模块的高亮发光二极管照射在黑色路面时，反射光的强度最小，得到的反馈信号电压值最大。在同一路面上，光线的强弱与电压信号值的大小是成反比的。

具体实施方式六：

结合图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11说明本实施方式，所述车速检测模块采用VB-Z9200磁电式传感器。VB-Z9200磁电式转速传感器是针对测速齿轮而设计的发电型传感器，测速齿轮旋转引起的磁隙变化，在探头线圈中产生感应电势来达到测速目的。安装在靠近测速齿轮的地方，输出与旋转机械的转速成正比的频率信号。它不需要供电，具有输出信号大，抗干扰能力增强，可在烟雾、油气、水雾等恶劣环境中使用等特点。磁电式传感器是利用电磁感应原理工作的，即：当闭合回路中的磁通量发生变化时，回路中就产生感应电动势，其大小与磁通量的变化率有关。磁电传感器通过改变磁阻的方式改变感应电动势。磁电式传感器一般由传感头和齿圈组成，而传感头主要由永磁体、磁极和感应线圈组成。当齿圈的齿隙与传感器的极轴端部相对时，极轴端部与齿圈之间的空气间隙最大，磁阻也最大，通过感应线圈的磁通量最小。而当齿圈的齿顶与传感器的极轴端部相对应时，极轴端部与齿圈之间的空气间隙最小，磁阻也最小，通过感应线圈的磁通量最大。当齿圈随同车轮转动时，齿圈的齿顶和齿隙就交替地与传感器极轴顶部相对，传感器感应线圈周围的磁场随之发生强弱交替变化，在感应线圈中就会感应出交变电动势，其频率与齿圈的齿数和转速成正比。磁电式轮速传感器结构简单、成本低、工作稳定可靠,几乎不受温度、灰尘等环境因素的影响

具体实施方式七：

结合图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11说明本实施方式，所述脉搏信号检测模块采用光敏二极管。当光源和光敏元件至于被测部位(如手指)的同一侧(或两侧)，光源发出的光照射在组织上，经折射、反射(或透射)后被光敏元件接收。光敏元件将脉动的光强度信号转变为脉动的电信号。将变化量与直流量相互分离，从而得到光电容积脉搏波。

本实用新型一种汽车驾驶员疲劳状态检测系统的工作原理为：本实用新型一种汽车驾驶员疲劳状态检测系统，当人处于疲劳状态时，大脑处于眩晕甚至睡眠状态，可能会造成一些无意识的举动。通过方向盘压力检测模块检测方向盘上的压力信号，椅背坐姿检测模块检测驾驶员的身体距离座椅椅背的距离，脉搏信号检测模块通过握在方向的手指检测脉搏信号，随着疲劳状态的加深，人体重心会下移，座椅压力检测模块检测座椅上收到的压力信号，以上根据人的状态检测驾驶员的疲劳状态。根据检测车辆的车速、车辆是否在正常的车道内形式、以及脚下踏板的输入信号，根据车辆的状态信息判断驾驶员是否处于疲劳状态。当人处于疲劳状态，单片机控制报警模块进行声音提醒。

虽然本实用新型已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本实用新型，任何熟悉此技术的人，在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本实用新型的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。