一种汽车智能换挡杆系统及安全驾驶方法与流程

本发明涉及汽车驾驶技术领域，特别涉及一种可实时监测驾驶员体征信息的换挡杆系统及安全驾驶方法。

背景技术：

交通事故的主要成因包括酒后驾驶、超速行驶、逆向行驶、无证驾驶、未按规定行驶以及其他因素。

酒后驾车会对公共安全带来极大危害，对驾驶员本人也会造成不可弥补的负面影响。杜绝酒驾，可有效净化交通环境。行车过程中的突发事件。主要指驾驶员行车过程中的个人突发情况，例如突发心脏病、脑梗等，通过系统信息的自动上报，驾驶员可及时得到救治。

公共服务型车辆，例如公交车、网约车等，如果车辆由未经授权的、不具备驾驶资质的人员操作，会对公共安全造成危害，乘客的人身和财产安全也面临威胁。疲劳驾驶。对于长途行驶的私家车、客运以及货运车辆，疲劳驾驶危害很大，出现事故以后，执法部门在责任认定方面也比较困难。有的私家车被盗窃，盗窃人员的精神状态也极易导致交通事故的发生。

因此，驾驶人员身体状态及体征数据对安全驾驶状态产生重大影响，现有技术中还没有一种及时、准确检测驾驶身体状态及体征数据并利用这些数据及时有效干预驾驶过程，从而防止交通事故发生的技术。

技术实现要素：

针对上述问题，提出一种汽车智能换挡杆系统及安全驾驶方法，对驾驶人员身份认证，有效避免被盗及没有驾驶资质的用户驾驶汽车。对驾驶员体征监测，通过采集驾驶员的心率、血压、体表温度等体征参数，结合驾驶人员的历史体征数据，及时发出警告音，提示其目前不适合驾驶车辆，还可进一步将其体征信息发送给预设的家人。如果是公共服务型车辆，发出警告音，将车辆位置信息、驾驶人员身份信息和体征信息(疲劳驾驶、饮酒或者其他突发情况)通过gprs模块上报监控中心，由监控中心及时处理。如果车辆尚未启动，则保持换挡杆锁止，禁止驾驶员操作车辆，有效降低了交通事故发生的概率。

第一方面，提出一种汽车智能换挡杆系统，设置在所述汽车的换挡杆上，与其控制系统总线连接，包括mcu、数据监测模块、报警模块、gprs模块及多个接收终端，所述报警模块、数据监测模块、gprs模块分别与所述mcu电连接，所述gprs模块与所述接收终端通信连接；

数据监测模块，用于检测驾驶人员信息，并将所述驾驶人员信息传输给mcu；

报警模块，用于根据跟所述mcu指令发出报警信息并通过所述gprs模块发送给接收终端；

gprs模块，用于根据通信协议将报警信息发送给接收终端；

mcu，用于根据所述驾驶人员信息及对应的已存储信息进行判断，若所述驾驶人员信息达到报警值，则通过汽车控制系统总线传输指令禁止启动或传输报警信息到接收终端。

结合本发明所述的汽车智能换挡杆系统，第一种实施方式中，所述数据监测模块包括指纹采集单元及体征数据监测单元，所述指纹采集单元及体征数据监测单元分别与所述mcu连接；

指纹采集单元，设置在所述系统的换挡杆的手指接触位置，用于采集驾驶人员的指纹数据，传输到mcu；

体征数据监测单元，设置在所述系统的换挡杆的手掌接触部位，用于监测驾驶人员的体征信息，传输到mcu。

结合本发明所述的汽车智能换挡杆系统，第二种实施方式中，所述mcu包括存储单元，所述存储单元用于存储驾驶人员指纹信息及体征信息。

结合第一种实施情况，第三种实施方式中，所述体征数据监测单元包括体温监测电路及心率监测电路，所述体温监测电路及心率监测电路分别与所述mcu电连接。

结合第三种实施情况，第四种实施方式中，所述心率监测电路包括信号采集电路及波形整形电路，所述信号采集电路与所述波形整形电路电连接，所述波形整形电路与mcu模块电连接。

第二方面，提出一种安全驾驶方法，利用第一方面的智能换挡杆系统，包括步骤：

s1、获取驾驶人员指纹信息，并进行比对验证：

若未通过验证，则通过汽车控制系统总线发送锁止命令，禁止启动汽车，

若通过指纹验证，则进行步骤s2；

s2、获取驾驶人员体征信息，与已存储体征信息进行比对，并进行状态判断；

s3、若所述状态值达到报警值，对所述驾驶人员进行提示报警，并将报警信息发送至特定终端。

结合本发明所述的使用方法，第一种实施情况中，在所述步骤s1之前所述方法还包括步骤：

sa、为所述驾驶人员分配id；

sb、对应所述id信息，将所述驾驶人员指纹信息及体征信息存储在所述存储单元中。

结合本发明所述的使用方法，第二种实施情况中，所述步骤s3包括步骤：

s31、根据比对结果，判断驾驶人员状态为正常、疲劳驾驶或饮酒；

s32、根据汽车类型向对应的终端发送报警信息。

实施本发明所述的一种汽车智能换挡杆系统及安全驾驶方法，对驾驶人员身份认证，若认证失败，换挡杆锁止，拒绝用户操作车辆，有效避免被盗及没有驾驶资质的用户驾驶汽车。对驾驶员体征监测，通过采集驾驶员的心率、血压、体表温度等体征参数，结合驾驶人员的历史体征数据，判定驾驶员体征状态。驾驶人员体征异常时，对于私家车辆，发出警告音，提示其目前不适合驾驶车辆，还可进一步将其体征信息发送给预设的家人。如果是公共服务型车辆，发出警告音，将车辆位置信息、驾驶人员身份信息和体征信息(疲劳驾驶、饮酒或者其他突发情况)通过gprs模块上报监控中心，由监控中心及时处理。如果车辆尚未启动，则保持换挡杆锁止，禁止驾驶员操作车辆，有效降低了交通事故发生的概率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提出的一种汽车智能换挡杆系统实施例的各构成模块逻辑连接示意图；

图2是本发明提出的一种汽车智能换挡杆系统实施例中的mcu最小系统电路连接原理图；

图3是本发明提出的一种汽车智能换挡杆系统实施例中的报警模块电路连接原理图；

图4是本发明提出的一种汽车智能换挡杆系统实施例中的数据监测模块的构成模块逻辑连接示意图；

图5是本发明提出的一种汽车智能换挡杆系统实施例中的指纹采集单元电路连接原理图；

图6是本发明提出的一种汽车智能换挡杆系统实施例体征数据监测单元中的体温监测电路连接原理图；

图7是本发明提出的一种汽车智能换挡杆系统实施例体征数据监测单元中的心率监测电路连接原理图；

图8是本发明提出的一种汽车智能换挡杆系统实施例中的各模块布局示意图；

图9是本发明提出的一种安全驾驶方法的步骤流程示意图；

图10是本发明提出的一种安全驾驶方法中的子步骤流程示意图；

图11是本发明提出的一种安全驾驶方法中步骤s3的子步骤流程示意图；

附图中各数字所指代的部位名称为：100——智能换挡杆系统、110——mcu、120——gprs模块、130——数据监测模块、131——指纹采集单元、132——体征数据监测单元、1321——体温监测电路、1322——心率监测电路、13221——信号采集电路、13222——波形整形电路、140——汽车控制系统总线、150——报警模块。

具体实施方式

下面将结合发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。

第一方面，如图1，图1是本发明提出的一种汽车智能换挡杆系统100实施例的各构成模块逻辑连接示意图，一种汽车智能换挡杆系统100，设置在汽车的换挡杆上，与其控制系统总线140连接，包括mcu110、数据监测模块130、报警模块150、gprs模块120及多个接收终端，上述报警模块150、数据监测模块130、gprs模块120分别与mcu110电连接，gprs模块120与接收终端通信连接。

数据监测模块130，用于检测驾驶人员信息，并将驾驶人员信息传输给mcu110。报警模块150用于根据跟mcu110指令发出报警信息，上述报警信息同时通过gprs模块120发送给接收终端。gprs模块120，用于根据通信协议将报警信息发送给接收终端。mcu110，用于根据驾驶人员信息及对应的已存储信息进行判断，若驾驶人员信息达到报警值，则通过汽车控制系统总线140传输指令禁止启动或传输报警信息到接收终端。

数据监测模块130实时采集驾驶人员参数，传输给mcu110。mcu110采用嵌入式算法芯片，通过与数据库中历史数据的比对，进行体征状态判读。体征状态判读的结果为：正常、疲劳驾驶或其他突发情况。

对于私家车辆，出现驾驶人员体征异常时，mcu110根据算法控制报警模块150发出提示或者告警声音，提示驾驶人员下车休息或终止车辆驾驶。在驾驶人员预留有联系人的情况下，向该联系人终端发送报警信息。

对于公共服务型车辆，在发出提示或者告警声音的同时，将驾驶者指纹信息和体征判读结果远程发送到车辆指挥调度中心或者交通执法部门，由相关部门采取紧急干预措施，防止事故发生。

在有的实施方式中，gprs模块120在发送报警信息到终端时也可以包含车辆的当前位置信息。

如图2，图2是本发明提出的一种汽车智能换挡杆系统100实施例中的mcu110最小系统电路连接原理图，最小系统主要由电源、复位、振荡电路组成。

报警模块150采用语音芯片，其型号优选为wt588d，如图3，图3是本发明提出的一种汽车智能换挡杆系统100实施例中的报警模块150电路连接原理图。该芯片集成有单片机内核，具有mp3控制模式、按键控制模式、按键组合控制模式、并口控制模式、一线串口控制模式、三线串口控制模式以及三线串口控制端口扩展输出模式等多种控制模式。

进一步地，如图4，图4是本发明提出的一种汽车智能换挡杆系统100实施例中的数据监测模块130的构成模块逻辑连接示意图，数据监测模块130包括指纹采集单元131及体征数据监测单元132，指纹采集单元131及体征数据监测单元132分别与mcu110连接，指纹采集单元131，设置在系统的换挡杆的手指接触位置，用于采集驾驶人员的指纹数据，传输到mcu110。

指纹采集单元131，如图5，图5是本发明提出的一种汽车智能换挡杆系统100实施例中的指纹采集单元131电路连接原理图，采用as608系列指纹芯片，主要是对指纹进行“照相”，生成指纹特征，录入两次这样的指纹特征就能生成一个指纹模板。具体的工作过程是：扫描指纹(录入图像)、生成特征、合成模板(建立一个指纹库文件，成功录入一个指纹)。指纹采集单元131对进行驾驶人员身份认证。如果输入的指纹信息未预先保存在中央处理模块中，则通过数据线向汽车系统总线上发送换挡杆锁止信号，拒绝驾驶人员操作换挡杆。

进一步地，如图8，图8是本发明提出的一种汽车智能换挡杆系统100实施例中各模块布局示意图，体征数据监测单元132设置在系统的换挡杆的手掌接触部位，用于监测驾驶人员的体征信息传输到mcu110。

根据人机工程学，将指纹采集单元131装配到驾驶人员按压换挡杆时拇指与换挡杆的接触面上，将体征数据监测单元132装配到掌心(对于机械式换挡杆)或其他手指(主要针对电子换挡杆)与换挡杆的接触面上。

mcu110、gprs模块120和报警模块150嵌在换挡杆内部。各模块与mcu110之间通过有线连接。中央处理模块通过电源线和数据线与外部的汽车电源系统和汽车数据总线系统连接。

对于电子换挡杆，目前主要是旋钮式，用户一般通过手指操作旋钮，可将指纹采集单元131和体征数据监测单元132布设在旋钮受力两侧，确保准确采集信息。其他形式的换挡杆可依照人机工程学进行随形设计。

进一步地，mcu110包括存储单元(图中未示出)，存储单元(图中未示出)用于存储驾驶人员指纹信息及体征信息。

进一步地，如图6和7，图6是本发明提出的一种汽车智能换挡杆系统100实施例体征数据监测单元132中的体温监测电路1321连接原理图，图7是本发明提出的一种汽车智能换挡杆系统100实施例体征数据监测单元132中的心率监测电路1322连接原理图，体征数据监测单元132包括体温监测电路1321及心率监测电路1322，体温监测电路1321及心率监测电路1322分别与mcu110电连接。心率监测电路1322包括信号采集电路13221及波形整形电路13222，信号采集电路13221与波形整形电路13222电连接，波形整形电路13222与mcu110模块电连接。

本申请中采用温度传感器来监测温度，它比一般的热敏电阻的监测精度高。温度传感器优选为im35系列传感器，数模转换器优选为ad公司的ad7812模数转换器，ad7812是一种串行ad转换芯片，它支持最多8通道输入。体温监测电路1321是将温度的变化转化为电压信号的变化，因此需要通过模数转换电路转换成数字信号才能为mcu110所接受，从而通过计算获得真实的温度信息以便mcu110进行进一步的处理。

本申请中的心率监测电路1322由两部分构成，分为信号采集电路13221和波形整形电路13222。心率监测采用光电容积法(ppg)，通过测量人体脉搏透光率来测量心跳。由于脉搏信号频率较低.信号幅度很小，容易受到各种干扰，因此需要进行滤波和放大。在波形整形电路13222采用了低通滤波器和运算放大器来滤波和放大信号。

第二方面，如图9，图9是本发明提出的一种安全驾驶方法的步骤流程示意图，提出一种汽车智能换挡杆系统100使用方法，利用第一方面的智能换挡杆系统100，包括步骤：

s1、获取驾驶人员指纹信息，并进行比对验证：

若未通过验证，则通过汽车控制系统总线140发送锁止命令，禁止启动汽车，

若通过指纹验证，则进行步骤s2。

指纹采集单元131对进行驾驶人员身份认证。如果输入的指纹信息未预先保存在mcu中，则通过数据线向汽车控制系统总线140上发送换挡杆锁止信号，拒绝驾驶人员操作换挡杆。

s2、获取驾驶人员体征信息，与已存储体征信息进行比对，并进行状态判断。

s3、若状态值达到报警值，对驾驶人员进行提示报警，并将报警信息发送至特定终端。

数据监测模块130实时采集驾驶人员体征参数，传输给mcu110。mcu110采用嵌入式算法芯片，通过与数据库中历史数据的比对，进行体征状态判读。体征状态判读的结果为：正常、疲劳驾驶或其他突发情况。

对于私家车辆，出现驾驶人员体征异常时，mcu110根据算法控制报警模块150发出提示或者告警声音，提示驾驶人员下车休息或终止车辆驾驶。在驾驶人员预留有联系人的情况下，向该联系人终端发送报警信息。

对于公共服务型车辆，在发出提示或者告警声音的同时，将驾驶者指纹信息和体征判读结果远程发送到车辆指挥调度中心或者交通执法部门，由相关部门采取紧急干预措施，防止事故发生。

优选地，如图10，图10是本发明提出的一种安全驾驶方法中的子步骤流程示意图，在步骤s1之前方法还包括步骤：

sa、为驾驶人员信息存储分配id。

sb、对应id信息，将驾驶人员指纹信息及体征信息存储在存储单元(图中未示出)中。

系统交付使用时，首先录入具备车辆操作资质的驾驶人员指纹信息。mcu110模块保存该驾驶人员指纹信息，为其分配id，进一步为该id创建数据库项，包括指纹、心率、体表温度等信息。特别的，对于公共服务型车辆，mcu110模块可控制gprs模块120将该id对应的指纹信息发送到车辆指挥调度中心或者交通执法部门，由权威部门对指纹的有效性进行核查，mcu110模块收到核查通过的信息后再为用户分配id，并创建数据库项，否则，拒绝信息录入。

优选地，如图11，图11是本发明提出的一种安全驾驶方法中步骤s3的子步骤流程示意图，步骤s3包括步骤：

s31、根据比对结果，判断驾驶人员状态为正常或疲劳驾驶。

s32、根据汽车类型向对应的终端发送报警信息。

数据监测模块130实时采集驾驶人员体征参数，传输给mcu110。mcu110采用嵌入式算法芯片，通过与数据库中历史数据的比对，进行体征状态判读。体征状态判读的结果为：正常、疲劳驾驶或其他突发情况

实施本发明的一种汽车智能换挡杆系统100及安全驾驶方法，对驾驶人员身份认证，若认证失败，换挡杆锁止，拒绝用户操作车辆，有效避免被盗及没有驾驶资质的用户驾驶汽车。对驾驶员体征监测，通过采集驾驶员的心率、血压、体表温度等体征参数，结合驾驶人员的历史体征数据，判定驾驶员体征状态。驾驶人员体征异常时，对于私家车辆，发出警告音，提示其目前不适合驾驶车辆，还可进一步将其体征信息发送给预设的家人。如果是公共服务型车辆，发出警告音，将车辆位置信息、驾驶人员身份信息和体征信息(疲劳驾驶、饮酒或者其他突发情况)通过gprs模块120上报监控中心，由监控中心及时处理。如果车辆尚未启动，则保持换挡杆锁止，禁止驾驶员操作车辆，有效降低了交通事故发生的概率。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。