专利名称：一种疲劳驾驶检测及规范装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及汽车行驶安全领域，特别涉及一种疲劳驾驶检测及规范装置。
背景技术：
2008年世界卫生组织的事故调查显示，大约50% 60%的交通事故与疲劳驾驶 有关，因此疲劳驾驶已经被列为车祸致死的主要原因。在中国，每年由于疲劳驾驶引发的交 通事故达数万起；而造成死亡的事故中50%以上都与疲劳驾驶行为有关，疲劳驾驶的危害 触目惊心，已经成为交通事故的一大“杀手”。因此，如何有效监测和制止疲劳驾驶这种不良驾驶行为对预防交通事故有重大作 用，已经成为研究热点。现在国际上有不少企业或研究机构正在开发针对疲劳驾驶的驾驶 行为监测装置，主要有(1)测量人体生理信号，如心率、脑电波、脉搏、呼吸频率等。此类装置检测精度较 高，但测量装置与人体有直接接触，难以让驾驶员接受。(2)用图像处理芯片测量生理反应，如眨眼频率、眼睛睁开度等。此类装置检测精 度较高，但算法复杂、硬件要求高且有一定误差。(3)测量车辆或者路面相关参数，如车速、纵向加速度、白线位置、侧向加速度等。 此类装置使用范围窄、检测精度低。目前在强制规范措施方面，许多方案还停留在报警的阶段，不能及时对发现的不 良驾驶行为进行有效控制。因此，市场迫切需要一种规范措施人性化，检测精度高的驾驶行 为安全装置来改善道路安全情况。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种疲劳驾驶检测及规 范装置，该装置具有精确度高、强制措施人性化、容易实现和适用性好的优点，能有效预防 交通事故。本实用新型目的通过下述技术方案实现一种疲劳驾驶检测及规范装置，包括汽 车行车计算机、通信单元、声光报警器、发动机、变速器和ABS，还包括用于实时检测驾驶员座椅上的重量，并把数值发送给中央控制器的测重传感器；和用于通过通信单元与汽车行车计算机进行通信，根据测重传感器的输出信号进 行判断并输出控制信号给声光报警器，通过通信单元对发动机、变速器和ABS(Anti-lock Brake System，防抱死制动系统)进行主动干预，实现对疲劳驾驶检测及规范装置内其它模 块的控制的中央控制器。为更好的实现本实用新型，所述中央控制器采用AVR单片机ATmegaie。优选的，所述测重传感器由4个应变片搭成电桥组成，通过测量电桥两端电压的 变化估算出应变片上的重力，用于检测驾驶员的体重以判断汽车是否更换驾驶员。优选的，所述通信单元为汽车CAN总线控制器，用于与汽车行车计算机进行通信，并根据中央控制器的控制信号，对发动机、变速器和ABS进行干预控制。优选的，所述疲劳驾驶检测及规范装置还包括用于采集图像并把图像发送到图像预处理模块的图像采集模块；用于接收图像采集模块的图像并进行预处理，把预处理后的图像经中央控制器发 送到图像处理单元的图像预处理模块；所述预处理具体是指增强图像对比度、增强人脸轮 廓、将人脸图像转换成数字二值图像以及检查并消除图像的噪音；用于图像降噪、均衡化、单色化，提取人脸图像并进行图像匹配，判断驾驶员当前 眼睛状态，并把状态信息发送到中央控制器的图像处理单元。优选的，所述图像采集模块为130万像素或以上的摄像头。优选的，所述图像处理单元采用ARM7型处理芯片。优选的，所述疲劳驾驶检测及规范装置还包括用于与交通警察控制中心联系的 GSM通信模块。优选的，所述GSM通信模块采用西门子公司生产的TC35i模块，GSM通信模块通过 发送短信息与交通警察控制中心联系。本实用新型的设计原理根据我国交通法规的相关规定，严禁驾驶员过度疲劳驾 驶车辆，不得连续驾驶机动车超过4小时未停车休息或者停车休息时间少于20分钟，从事 公路客运的驾驶员一次连续驾车不得超过3小时，24小时内实际驾车累计不得超过8小时。 本疲劳驾驶检测及规范装置根据连续驾驶时间的计算值来评估驾驶员的疲劳程度，通过所 述测重传感器检测驾驶员更换情况，以及所述通信单元检测汽车开动情况，从而计算连续 驾驶时间，当这一时间超过设定的4小时连续驾驶限制时间时，判定驾驶员为疲劳驾驶，所 述疲劳驾驶检测及规范装置先警告，要求驾驶员停车休息，如果驾驶员3分钟内不停车休 息，则强制汽车停车，并在汽车停车休息20分钟后允许汽车重新起动。考虑到有些驾驶员可能在连续驾驶时间未到限制时间前就会疲劳，本实用新型采 用基于机器视觉技术的PERCL0S算法来实时并行监测驾驶员的疲劳程度，一旦检测到驾驶 员提前疲劳，所述疲劳驾驶检测及规范装置也会首先警告，以促进驾驶员集中精神，并继续 检测疲劳状态。若3分钟后，发现驾驶员仍然疲劳，则强制汽车停车，并在20分钟后才允许 汽车重新起动。在强制停车期间，所述疲劳驾驶强制规范装置会通过测重传感器检测驾驶 员的更换情况，当发现驾驶员更换时，所述疲劳驾驶检测和规范装置会将连续驾驶时间和 停车时间清零，并立刻允许汽车起动。当被强制停车的疲劳驾驶员有紧急情况处理，并需要 强行继续驾驶时，所述疲劳驾驶检测及规范装置可以解除对其实施的强制措施，但是会通 过GSM通信模块与交警控制中心联系，让交警协助规范驾驶员的行为。这种做法提高了系 统可靠度，起到了保险作用。本实用新型与现有技术相比，具有如下有益效果第一、提高精确度，起到保险作用；使用2个指标更加客观地评价驾驶员的疲劳情 况，检测精确度更加高；可以同时利用连续驾驶时间计算和图像处理这2种不同的方式检 测汽车驾驶员的疲劳程度。一旦检测到驾驶员提前疲劳，所述疲劳驾驶检测及规范装置同 样会采取强制规范措施。第二、多种强制措施，有效预防交通事故；对处于疲劳驾驶状态下的驾驶员采取 有效的强制规范措施，可以规范驾驶员的不良驾驶行为，在发现驾驶员疲劳时，自动采取报警、强制停车和通知交警这3种强制规范方法，规范措施多样化、人性化，能有效检测和规 范疲劳驾驶这种不良驾驶行为，能预防交通事故，有效改善道路安全情况。第三、通过测重方式判断驾驶员更换情况，容易实现通过测重传感器对驾驶员座 椅上的重量进行实时检测，并把数值发送给中央控制器，中央控制器据此检测驾驶员更换 情况。第四、通用器件组成，适用性好；所述疲劳驾驶检测及规范装置，其由通用的器件 组成，适合应用于各类型汽车，通用性好。
图1是本实施例中所述疲劳驾驶检测及规范装置的结构方框图；图2是本实施例中所述疲劳驾驶检测及规范装置的工作流程图；图3是本实施例中汽车行车计算机强制汽车停车的工作流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实 施方式不限于此。实施例一种疲劳驾驶检测及规范装置，如图1所示，包括测重传感器、中央控制器、图像 采集模块、图像预处理模块、图像处理单元、GSM通信模块、发动机、变速器、ABS、声光报警器 和通信单元，其中测重传感器，用于实时检测驾驶员座椅上的重量，并把数值发送给中央控制器；图像采集模块，用于采集图像并把图像发送到图像预处理模块；图像预处理模块，用于接收图像采集模块的图像并进行预处理，把预处理后的图 像经中央控制器发送到图像处理单元；所述预处理具体是指增强图像对比度、增强人脸轮 廓、将人脸图像转换成数字二值图像和检查并消除图像的噪音；图像处理单元，用于图像降噪、均衡化以及单色化，提取人脸图像并进行图像匹 配，判断驾驶员当前眼睛状态并把状态信息发送给中央控制器；GSM通信模块，用于根据中央控制器的控制信号，与交通警察控制中心通信，报告 驾驶员的违章情况；声光报警器，用于根据中央控制器的控制信号向驾驶员发出警告提示；通信单元，用于实现中央控制器与汽车行车计算机间的通信，并根据中央控制器 的控制信号，对发动机、变速器和ABS进行干预控制；中央控制器，用于通过通信单元与汽车行车计算机进行通信，根据测重传感器的 输出信号进行判断并输出控制信号给声光报警器，并通过通信单元对发动机、变速器和ABS 进行主动干预，根据图像处理单元的状态信息判断驾驶员是否疲劳，并实现对疲劳驾驶检 测及规范装置内其它模块的控制；通信单元、GSM通信模块、声光报警器、测重传感器、图像预处理模块、图像处理单 元分别与中央控制器相连，图像预处理模块与图像采集模块相连，通信单元与汽车行车计 算机相连，所述发动机、变速器和ABS分别与通信单元相连，GSM通信模块与交通警察控制中心相连。其中所述通信单元为汽车CAN总线控制器。所述中央控制器采用AVR单片机ATmegal6，用于系统总控制，与汽车行车计算机 通过CAN总线通信，实现连续驾驶时间计算和各种硬件设备的驱动等，所述测重传感器由4个应变片搭成电桥组成，通过测量电桥两端的电压变化估算 出应变片上的重力。测重传感器安装在驾驶员的座椅下，实时监测驾驶员座椅上的重力，并 把重量数值发送给中央控制器，中央控制器通过测重传感器的输出信号进行判断。测重传 感器不同于目前汽车上已有的座椅坐人传感器(座椅坐人传感器是由多个单独的压力传 感器组成并一直延伸到驾驶员座椅的后部区域，其只实现单一的“座椅占有识别”功能)。所述图像采集模块为130万像素的CCD摄像头，安装在驾驶员脸部前方或前上方， 安装在挡风玻璃的顶部不影响驾驶员视线处。所述图像处理单元采用ARM7型处理芯片，采用PERCL0S算法，提取人脸图像并进 行图像匹配，判断驾驶员当前眼睛状态，检测人眼的闭合频率和眨眼频率，并据此判断驾驶 员疲劳程度。所述GSM通信模块采用西门子公司生产的TC35i模块，GSM通信模块通过发送短 信息与交通警察控制中心联系。如图2所示，所述疲劳驾驶检测及规范装置的工作流程，具体包括以下步骤Si、驾驶员使用汽车钥匙开启车辆，所述疲劳驾驶检测及规范装置启动测重传感 器不断检测驾驶员座椅上的重量，当此重量波动小于设定数值时，认为重量稳定，记录当前 重量并把重量数值发送给中央控制器，中央控制器记作驾驶员重量1，进入步骤S2 ；S2、中央控制器通过通信单元不断检测汽车是否开动，当汽车启动后，启动驾驶时 间计时器，开始计算驾驶时间，并进入步骤S3 ；S3、中央控制器通过测重传感器不断检测驾驶员座椅上重量，如果重量波动超过 设定数值(例如5kg)，中央控制器向声光报警器发送控制信号，声光报警器根据控制信号 报警，提示驾驶员开车时不能离开座位；同时，中央控制器通过通信单元实时检测汽车是否停车，如果停车，则进入步骤 S4 ；若没有停车，则进入步骤S7 ；S4、汽车停车时，则驾驶时间计时器暂停计时，同时启动停车时间计时器，中央控 制器通过测重传感器的实时检测，判断驾驶员是否更换当测重传感器检测到驾驶员座椅上的重力在某一时刻等于零，则中央控制器判断 驾驶员离开了座位；若驾驶员离开座位后，当测重传感器重新检测到驾驶员座椅上重力不 为零且波动重新小于设定数值时，则测重传感器将重量数值发送给中央控制器，中央控制 器认为驾驶员重新回到座位上，记录此时驾驶位重量，记作驾驶员重量2 ；中央控制器将驾 驶员重量1与驾驶员重量2做差，此差值若大于设定数值(例如4公斤)，则中央控制器判 断驾驶员更换，驾驶时间计时器和停车时间计时器清零，进入步骤S6 ；如果座椅上的重量没有改变，或前后变化的差值小于设定数值(例如4公斤)，则 中央控制器判断驾驶员没有更换，进入步骤S5 ；S5、中央控制器通过通信单元检测到汽车重新开动，并通过下式计算当前停车时 间上限值[0060]T = 20* (t/240)其中，t表示当前驾驶时间，T表示停车时间上限值；中央控制器检测当前停车时间，若当前停车时间大于或等于T值时，驾驶时间计 时器和停车时间计时器清零，进入步骤S6 ；若当前停车时间小于T值时，停车时间清零，驾 驶时间计时器继续计算驾驶时间，进入步骤S6 ；S6、等待汽车重新启动，中央控制器通过通信单元检测汽车重新启动时，返回步骤 S3 ；S7、中央控制器实时监测驾驶时间计时器的驾驶时间，当驾驶时间超过设定的4 小时连续驾驶限制时间值，中央控制器判断驾驶员疲劳，则进入步骤S8 ；同时，中央控制器通过图像处理单元实时监测驾驶员是否提前疲劳；当中央控制 器判断驾驶员提前疲劳时，则进入步骤S9 ；S8、中央控制器发送控制信号给声光报警器，声光报警器发出警告提示驾驶员停 车休息，如果3分钟内驾驶员不停车，则进入步骤SlO ；若停车，则返回步骤S4 ；S9、中央控制器发送控制信号给声光报警器，声光报警器发出警告提醒驾驶员；同 时，中央控制器继续监测驾驶员是否提前疲劳，如果3分钟内驾驶员精神状态不恢复，则进 入步骤SlO ；否则返回步骤S3 ；S10、中央控制器判断驾驶员是否申请解除强制措施，若是，则中央控制器通过GSM 通信模块与交警通信，报告违章情况；否则，进入步骤Sll ；S 11、中央控制器将强制停车的控制指令通过通信单元发送给汽车行车计算机， 汽车行车计算机接收强制停车控制指令后，通过通信单元对发动机、变速器和ABS进行主 动干预，强制汽车缓慢停下；中央控制器通过测重传感器实时检测驾驶座椅上重量的变化，并判断驾驶员是否 更换，如果更换驾驶员，则中央控制器将驾驶时间计时器清零，并立刻允许汽车起动，返回 步骤S3 ；若没有更换驾驶员，中央控制器会通过通信单元与汽车行车计算机通信，强制汽 车停驶20分钟，20分钟后才允许汽车重新起动，中央控制器将驾驶时间计时器清零，并同 时解除汽车锁闭，返回步骤S3。所述步骤S7中的中央控制器通过图像处理单元实时监测驾驶员是否提前疲劳， 是指通过图像处理单元检测人眼的闭合频率和眨眼频率，图像处理单元将频率数值作为状 态信息发送给中央控制器，中央控制器判断驾驶员是否提前疲劳，具体是指S7. 1、图像采集模块((XD摄像头)每隔一段时间间隔采集驾驶员脸部图像，并送 到图像预处理模块，进入步骤S7. 2 ；S7. 2、图像预处理模块对图像进行预处理，包括增强图像对比度、增强人脸轮廓、 将人脸图像转换成数字二值图像、检查并消除图像的噪音，并把预处理后的图像送到中央 控制器，由中央控制器送到图像处理单元，进入步骤S7. 3 ；S7. 3、图像处理单元完成人脸定位和人脸图像提取，并在提取出的人脸图像上利 用canny算子提取和跟踪眼睛的图，它可以利用mean shift算法实现眼睛跟踪，并保存提 取出来的眼睛图像，进入步骤S7. 4 ；S7. 4、使用PERCL0S算法对提取出来的眼睛图像进行模板匹配，图像处理单元中 预存有双眼睁、双眼闭、左眼睁右眼闭、左眼闭右眼睁这4幅模板图像，图像处理单元根据
7PERCL0S算法分别算出眼睛图像与这4幅模板图像的相关度，取相关度最大的那幅图像中 的眼睛状态作为驾驶员当前眼睛状态，进入步骤S7. 5 ；S7. 5、图像处理单元根据眼睛的状态计算PERCL0S值和眼睛的最大持续闭合时 间，并把状态信息发送到中央控制器，当PERCL0S值大于40%或者最大持续闭合时间大于3 秒，中央控制器判断驾驶员疲劳。如图3所示，所述步骤Sll汽车行车计算机接收强制停车控制指令后，汽车行车计 算机强制汽车缓慢停下，具体包括以下步骤S4. 1、汽车行车计算机开启车辆紧急双闪灯，进入步骤S4. 2 ；S4. 2、汽车行车计算机判断汽车类型，若是自动变速器汽车进入步骤S4. 3 ；若是 手动变速器汽车，进入步骤S4. 4 ；S4. 3、汽车行车计算机强制自动变速器降档，并进入步骤S4. 5 ；S4. 4、汽车行车计算机强制离合器分离，变速器换至空挡，并进入步骤S4. 5 ；S4. 5、汽车行车计算机强制发动机怠速运行，汽车缓慢制动直至停止。在汽车开动情况下，强制汽车缓慢停下，同时减少停车过程对道路其他车辆，尤其 是后方车辆行车安全的威胁。上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述 实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替 代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求一种疲劳驾驶检测及规范装置，包括汽车行车计算机、通信单元、声光报警器、发动机、变速器和ABS，其特征在于，还包括用于实时检测驾驶员座椅上的重量，并把数值发送给中央控制器的测重传感器；和用于通过通信单元与汽车行车计算机进行通信，根据测重传感器的输出信号进行判断并输出控制信号给声光报警器，通过通信单元对发动机、变速器和ABS进行主动干预，实现对整个疲劳驾驶检测及规范装置进行管理和控制的中央控制器。
2.根据权利要求1所述疲劳驾驶检测及规范装置，其特征在于，所述中央控制器采用 AVR 单片机 ATmegal6。
3.根据权利要求1所述疲劳驾驶检测及规范装置，其特征在于，所述测重传感器由4个 应变片搭成电桥组成。
4.根据权利要求1所述疲劳驾驶检测及规范装置，其特征在于，还包括用于采集图像并把图像发送到图像预处理模块的图像采集模块；用于接收图像采集模块的图像并进行预处理，把预处理后的图像经中央控制器发送到 图像处理单元的图像预处理模块；用于图像降噪、均衡化、单色化，提取人脸图像并进行图像匹配，判断驾驶员当前眼睛 状态并把状态信息发送到中央控制器的图像处理单元。
5.根据权利要求4所述疲劳驾驶检测及规范装置，其特征在于，所述图像采集模块为 130万像素或以上的摄像头。
6.根据权利要求4所述疲劳驾驶检测及规范装置，其特征在于，所述图像处理单元采 用ARM7型处理芯片。
7.根据权利要求1所述疲劳驾驶检测及规范装置，其特征在于，还包括用于与交通警 察控制中心联系的GSM通信模块。
8.根据权利要求7所述疲劳驾驶检测及规范装置，其特征在于，所述GSM通信模块采用 西门子公司生产的TC35i模块。
专利摘要本实用新型公开了一种疲劳驾驶检测及规范装置，包括汽车行车计算机、通信单元、声光报警器、发动机、变速器和ABS，还包括用于实时检测驾驶员座椅上的重量，并把数值发送给中央控制器的测重传感器；和用于通过通信单元与汽车行车计算机进行通信，根据测重传感器的输出信号进行判断并输出控制信号给声光报警器，对发动机、变速器和ABS进行主动干预，实现对疲劳驾驶检测及规范装置内其它模块的控制的中央控制器。该装置具有精确度高、强制措施人性化、容易实现和适用性好的优点，能有效预防交通事故。
文档编号G08B21/06GK201749540SQ201020272880
公开日2011年2月16日 申请日期2010年7月26日 优先权日2010年7月26日
发明者叶翔, 李君 , 江凯敏 申请人:华南农业大学