一种基于多源信息融合的疲劳驾驶预警系统的制作方法

本发明属于道路安全技术领域，具体涉及一种基于多源信息融合的疲劳驾驶预警系统。

背景技术：

近年来交通事故的发生愈加频繁，据世界卫生组织统计，在人类死亡和发病的原因中，车祸排第九位。而在诸多导致车祸的因素中，疲劳驾驶是不容忽视的主因之一。美国国家公路交通安全管理局保守估计，美国每年因疲劳驾驶导致的交通事故至少10万起。在我国，随着私家汽车的普及，因疲劳驾驶导致的交通事故也在日益增多，20％以上的交通事故是由疲劳驾驶直接导致的。而事实上，由于驾驶疲劳引起的交通事故往往存在界定困难的问题，因此实际上这一数值还要远远高于20％。

疲劳驾驶的检测、行为特征提取是疲劳驾驶研究中的关键性问题。目前，国内外常见的检测判别方法主要为以下三类：第一类是基于车辆行驶状态的检测方法，其通过测量多个反映车辆运行状态的参数，包括车速、加速度等判断驾驶员的精神驾驶状态；第二类是针对驾驶人的生理和心理特征的检测方法，主要基于脑电图(EEG)、心电图(ECG)信号、面部特征等。第三类则是基于驾驶人驾驶行为的检测，通过对驾驶人手握转向盘压力变化、方向盘转角信号的处理对驾驶人是否疲劳等进行有效评价。

由于驾驶员的个体差异和环境的影响，单一的生理或行为指标的监测手段存在很大的局限性，容易出现误判和漏判等问题。因此，人们提出了将多传感器融合技术应用于驾驶疲劳监测的多源信息融合解决方案。多传感器融合技术既能提高系统的可靠性和容错能力，又可降低系统成本，成为疲劳驾驶检测的必然趋势。

但目前可查工作多为单一特征疲劳检测装置，多源信息融合普遍处于原理性测试或解决方案提出，真正结构简单、便于实施的基于多源信息融合的疲劳驾驶预警装置未见报道。

技术实现要素：

本发明的目的就在于针对上述现有单一特征检测疲劳检测装置的不足，提供一种基于多源信息融合的疲劳驾驶预警系统，通过检测驾驶员的脉搏信号和其对方向盘的转向、抓握操作情况，在信息融合技术的基础上，以结构简单、便于实施的驾驶盘套为主体，实现疲劳驾驶的判断和预警。

本发明的基本原理如下：

本预警系统通过加速度计实时采集方向盘转角和角速度，通过计算得出零速百分比、转角绝对均值、转角标准差、转角熵四个驾驶人驾驶行为参数；通过RFP602压阻薄膜传感器实时采集方向盘握力信号作为驾驶人驾驶行为参数；通过YK1303P心率传感器获取脉搏信号这一驾驶人的生理参数。采用多源信息融合技术，在主控芯片(飞思卡尔MC9S12XS128MAA)的控制下，通过以上述采集到的驾驶员的驾驶行为和生理特征作为依据实时判断驾驶员疲劳状态并以声音、振动、闪光形式发出预警。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于多源信息融合的疲劳驾驶预警系统，其特征在于：由方向盘套、信息采集单元、数据处理单元、预警单元和手环构成；

所述方向盘套由与方向盘轮缘配合且带翻板4的塑料壳1、与塑料壳1固连的外壳3以及包裹于塑料壳1上的柔软布料7构成；

所述信息采集单元由方向盘转角信号采集模块、方向盘握力信号采集模块、脉搏信号采集模块构成；其中，方向盘转角采集模块由固定在外壳3内的倾角仪六轴加速度计组成；方向盘握力信号采集模块由固定在方向盘两侧且设置在塑料壳1与柔软布料7之间的压阻薄膜传感器2组成；脉搏信号采集模块由设置在手环内的心率传感器8和蓝牙无线装置9组成；

所述数据处理单元设置在外壳3内，由数据初处理模块、数据融合处理模块和PCB线路板构成；所述数据初处理模块将信息采集单元的采集数据进行初步处理后由数据融合处理模块将上述信息融合，得出驾驶员的疲劳程度；所述心率传感器8将采集的脉搏信号通过蓝牙无线装置9将信号传至PCB线路板；

所述预警单元由音乐提示电路、蜂鸣器、LED提示灯和振动电机10构成，蜂鸣器和LED提示灯设置在外壳3内，振动电机10设置在手环上。

所述翻板4通过铰链5与塑料壳1相连，外壳3通过螺栓6与翻板4相连。

所述倾角仪六轴加速度计与方向盘中部内凹处的外壳3胶接。

所述压阻薄膜传感器2由金属电阻应变片和弹性绝缘衬垫构成，且弹性绝缘衬垫粘贴在方向盘上，金属电阻应变片粘贴在弹性绝缘衬垫上。

所述心率传感器8由脉搏感应器、模数转换器和处理器构成，脉搏感应器上发光二极管发出的光的波长随脉搏跳动的改变获取脉搏信号，并将所述脉搏信号转换成模拟电压信号，模数转换器将所述模拟电压信号转换成数字信号，通过蓝牙无线装置9将信号传至PCB线路板。

所述PCB线路板上设有所述音乐提示电路和LED提示灯，其接收倾角仪六轴加速度计、压阻薄膜传感器2和心率传感器8所获取信号并进行处理。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明将各个模块集中于方向盘套，节约空间，并且提高了驾驶舒适性；所采用传感器未与人体直接接触或对驾驶操作影响甚微，提高了数据采集的可靠性。本发明基于信息融合技术，克服了单一特征检测疲劳的局限性，采用信息融合技术处理驾驶员的疲劳状态，实现了多种信息互补，提高预警系统的可靠性。

附图说明

图1为本发明预警系统的结构简图；

图2为算法控制策略框图；

图3预警系统具体连接图；

图4a为方向盘套结构示意图(正面图)；

图4b为方向盘套结构示意图(反面图)；

图5为手环的结构示意图。

图中：1.塑料壳2.压阻薄膜传感器3.外壳4.翻板5.铰链6.螺栓7.柔软布料8.心率传感器9.蓝牙无线装置10.振动电机。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，一种基于多源信息融合的疲劳驾驶预警系统，由方向盘套、信息采集单元、数据处理单元、预警单元和手环构成。

所述信息采集单元包括方向盘转角信号采集模块、方向盘握力信号采集模块、脉搏信号采集模块，分别采集驾驶员的方向盘转角信息、方向盘握力信息以及脉搏生理特征信息。

所述方向盘套由与方向盘轮缘配合且带翻版4的硬质POM塑料壳1、与塑料壳1固连的外壳3以及包裹于塑料壳1上的柔软布料7构成。塑料壳1与翻板4用铰链5连接，外壳3通过螺栓6与翻板4相连。

本发明主控芯片、加速度计、压阻薄膜传感器2、心率传感器8、蓝牙无线装置9、振动电机10、蜂鸣器、PCB线路板和LED提示灯的连接见图3。算法控制策略框图如图2所示。

方向盘转角采集模块由固定在外壳3内的JY61倾角仪六轴加速度计组成，其胶接固定于所设计的方向盘中部内凹处的外壳3，收集转角信号，用于下一步的数据处理。

如图4所示，方向盘握力信号采集模块由固定在方向盘两侧且设置在塑料壳1与柔软布料7之间的RFP602压阻薄膜传感器2组成。压阻薄膜传感器2贴于方向盘两侧，包括金属电阻应变片、弹性绝缘衬垫。在驾驶员手握方向盘(套)时，金属电阻应变片在弹性绝缘衬垫上发生形变，从而检测出驾驶员手握方向盘的握力值，用于下一步的数据处理。

脉搏信号采集模块由心率传感器8及蓝牙无线装置9组成。驾驶员通过佩戴手环式心率传感器获取脉搏信号，用于下一步的数据处理。

如图5所示，所述心率传感器8由脉搏感应器、模数转换器、处理器构成。通过心电脉搏感应器上发光二极管发出的光的波长随脉搏跳动的改变获取脉搏信号，并将所述脉搏信号转换成模拟电压信号，模数转换器将所述模拟电压信号转换成数字信号，通过蓝牙无线装置9将信号传至PCB线路板，当预警发出时，通过蓝牙无线装置9接收预警信号使振动电机10工作，实现振动提醒。

所述数据处理单元由数据初处理模块、数据融合处理模块和PCB线路板构成，数据初处理模块将信息采集单元所采集数据进行初步处理后用于融合算法，数据融合处理模块将上述信息融合，得出驾驶员的疲劳程度。

PCB线路板与加速度计位于方向盘中部内凹处的外壳3中，此外壳3采用螺栓连接将其与翻板4固连。PCB线路板胶接固定于外壳3，接收各传感器所获取信号并进行处理，其上带有LED提示灯和音乐提示电路，当预警发出时，LED提示灯通过翻板上的通孔发出灯光实现提醒。所述心率传感器8将采集的脉搏信号通过蓝牙无线装置9将信号传至PCB线路板。

所述预警单元包括上述音乐提示电路、蜂鸣器和LED提示灯以及振动电机10，根据驾驶员的不同疲劳程度，采用不同的提醒方式如不同类型或音量的音乐提醒和灯光闪烁提醒以及振动提醒进行报警。其中蜂鸣器和LED提示灯设置在外壳3内，振动电机10设置在手环上。

以上仅结合本发明的优选实施方式对本发明进行了描述，本领域技术人员应当了解，在不背离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种变形和修改。