基于動(dòng)態(tài)閥值的駕駛員疲勞狀態(tài)檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及汽車行駛安全技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于動(dòng)態(tài)閥值的駕駛員疲勞狀 態(tài)檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 疲勞駕駛是引發(fā)交通事故的一個(gè)重要因素，現(xiàn)有的疲勞駕駛檢測(cè)主要通過采用各 種傳感器檢測(cè)駕駛員、路面、車輛狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)。有的方法增加了傳感器設(shè)備，如圖像檢測(cè)、腦 電圖檢測(cè)設(shè)備等，提高了使用成本。有的使用現(xiàn)有車載傳感器進(jìn)行檢測(cè)，但檢測(cè)時(shí)采用的關(guān) 鍵參數(shù)為固定數(shù)值，故難以適應(yīng)車輛運(yùn)行環(huán)境的復(fù)雜性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于動(dòng)態(tài)閥值的駕駛員疲勞狀態(tài) 檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法，在不增加額外傳感器的情況下，利用汽車上已有的車載傳感器完成 疲勞駕駛的檢測(cè)，同時(shí)根據(jù)汽車實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)采用變化的疲勞判定閾值參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，其 成本低，方法簡(jiǎn)單實(shí)用，且適應(yīng)性更好。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0005] -種基于動(dòng)態(tài)閥值的駕駛員疲勞狀態(tài)檢測(cè)裝置，包括節(jié)氣門位置傳感器、制動(dòng)燈 開關(guān)傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、車速傳感器、單片機(jī)、蜂鳴器和報(bào)警燈;其中，
[0006] 所述節(jié)氣門位置傳感器，輸出節(jié)氣門位置信號(hào)，表示汽車油門大?。?br>[0007]制動(dòng)燈開關(guān)傳感器，輸出制動(dòng)燈是否點(diǎn)亮的開關(guān)信號(hào)，表示汽車是否處于制動(dòng)狀 態(tài)；
[0008] 方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，輸出方向盤轉(zhuǎn)角大小和正負(fù)信號(hào)，表不方向盤所處的位置；
[0009] 車速傳感器，輸出車速信號(hào)，表示車速高低；
[0010] 單片機(jī)，輸入端與節(jié)氣門位置傳感器、制動(dòng)動(dòng)開關(guān)傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器和車 速傳感器連接，接收節(jié)氣門位置傳感器、制動(dòng)燈開關(guān)傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器和車速傳感 器的輸出信號(hào)，輸出端與蜂鳴器和報(bào)警燈連接。
[0011] 所述的節(jié)氣門位置傳感器，其輸出信號(hào)經(jīng)過電阻R2和電容Cl組成的低通濾波電路 以濾除高頻干擾信號(hào)，電路輸出信號(hào)INl送到單片機(jī)5的A/D轉(zhuǎn)換接口。
[0012] 所述的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器采用兩個(gè)槽型光電開關(guān)傳感器，方向盤轉(zhuǎn)向軸上安裝一 個(gè)隨其轉(zhuǎn)動(dòng)的遮光盤，遮光盤上均勻地開有許多槽，當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在遮光盤上槽和齒的 作用下，槽型光電開關(guān)傳感器中的發(fā)光二極管發(fā)出的光束使光敏三極管不斷地導(dǎo)通和截 止，通過檢測(cè)槽型光電開關(guān)傳感器輸出電壓的跳變計(jì)算方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)角度;所述兩個(gè)槽型光 電開關(guān)傳感器的光敏三極管導(dǎo)通與截止脈沖信號(hào)相位相差90°，通過對(duì)比兩個(gè)槽型光電開 關(guān)傳感器的輸出信號(hào)可以檢測(cè)出方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。當(dāng)遮光盤擋住發(fā)光二極管的光束時(shí)， 光敏三極管截止，傳感器輸出電壓IN2為低電平；反之，光敏三極管導(dǎo)通，傳感器輸出電壓 IN2為高電平，輸出電壓IN2送到單片機(jī)5的中斷檢測(cè)端口；
[0013] 所述的制動(dòng)燈開關(guān)傳感器，其輸出信號(hào)BRAKE經(jīng)過電阻R5、R6和二極管D1組成的限 幅電路，輸出信號(hào)IN3送到單片機(jī)5的I/O接口。
[0014] 所述的車速傳感器為電磁感應(yīng)式輪速傳感器，其傳感器輸出信號(hào)為近似正弦信 號(hào)，其頻率和幅值與車速高低成正比，其輸出信號(hào)在送進(jìn)單片機(jī)前需要將其轉(zhuǎn)換成相同頻 率的方波信號(hào)，具體處理過程為：電磁感應(yīng)式輪速傳感器輸出信號(hào)SPEED先經(jīng)過電阻R7和電 容C2組成的低通濾波電路，然后送到由電阻R8、R9和運(yùn)算放大器U2組成的電壓比較器進(jìn)行 整形，再送到運(yùn)算放大器U3對(duì)信號(hào)進(jìn)行隔離抗干擾，最后經(jīng)過由電阻RHKRll和二極管D2組 成的限幅電路，然后接到單片機(jī)5的中斷端口。
[0015] 所述的基于動(dòng)態(tài)閥值的駕駛員疲勞狀態(tài)檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法，根據(jù)一定時(shí)間長(zhǎng)度 內(nèi)是否檢測(cè)到駕駛員操作動(dòng)作來判定疲勞駕駛是否存在，具體包括以下步驟：由單片機(jī)檢 測(cè)節(jié)氣門位置傳感器、制動(dòng)燈開關(guān)傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、車速傳感器傳送來的相關(guān)信 號(hào);從上一個(gè)駕駛員操作動(dòng)作結(jié)束開始檢測(cè)下一個(gè)駕駛員操作動(dòng)作出現(xiàn)的時(shí)間，如果在設(shè) 定的疲勞檢測(cè)時(shí)間閾值內(nèi)檢測(cè)到任何一種駕駛員操作動(dòng)作，則為正常駕駛;并從該駕駛員 操作動(dòng)作出現(xiàn)的時(shí)刻開始重新進(jìn)行下一個(gè)駕駛員操作動(dòng)作的檢測(cè);如果在設(shè)定的疲勞檢測(cè) 時(shí)間閾值內(nèi)任何一種動(dòng)作都沒有檢測(cè)到，則判定為疲勞駕駛;如果是疲勞駕駛狀態(tài)，則單片 機(jī)輸出控制信號(hào)至蜂鳴器和報(bào)警燈，使蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲，并使報(bào)警燈點(diǎn)亮。
[0016] 所述的駕駛員操作動(dòng)作包括以下三種的任意一種：
[0017] 駕駛員踩下油門踏板，該動(dòng)作由節(jié)氣門位置傳感器提供，由信號(hào)變化率進(jìn)行判定；
[0018] 駕駛員踩下制動(dòng)踏板，該動(dòng)作由制動(dòng)燈開關(guān)傳感器提供，由信號(hào)高低電平進(jìn)行判 定；
[0019] 駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，該動(dòng)作由方向盤轉(zhuǎn)角傳感器提供，由信號(hào)變化量進(jìn)行判定；
[0020] 所述的駕駛員踩下油門踏板和駕駛員踩下制動(dòng)踏板動(dòng)作，其疲勞檢測(cè)時(shí)間閾值為 固定值，為4s;
[0021] 所述的駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤動(dòng)作，其疲勞檢測(cè)時(shí)間閾值為動(dòng)態(tài)的，具體確定方法如 下：
[0022] (1)直線行駛：當(dāng)汽車方向盤轉(zhuǎn)角小于±15°時(shí)，視為直線行駛;其疲勞檢測(cè)時(shí)間閾 值隨汽車速度等級(jí)大小的變化而改變，具體方法是:車速低時(shí)，說明車流量大，或者車輛處 于剛起步、或?qū)⑼＼嚑顟B(tài)，駕駛員調(diào)整方向盤轉(zhuǎn)角的頻率較大，故其疲勞檢測(cè)時(shí)間閾值應(yīng)相 對(duì)較小;車速高時(shí)，說明車流量小，汽車處于高速直線行駛狀態(tài)，駕駛員調(diào)整方向盤的頻率 較小，故其疲勞檢測(cè)時(shí)間閾值應(yīng)相對(duì)較大。因此，車速等級(jí)分類及相應(yīng)的疲勞檢測(cè)時(shí)間閾值 如表1所示：
[0023] 表1:
[0025] (2)轉(zhuǎn)向行駛：當(dāng)汽車方向盤轉(zhuǎn)角的絕對(duì)值大于或等于±15°時(shí)，視為轉(zhuǎn)向行駛;其 疲勞檢測(cè)時(shí)間閾值根據(jù)車速和方向盤轉(zhuǎn)角的大小動(dòng)態(tài)確定;車速等級(jí)分類如表1所示，方向 盤轉(zhuǎn)角等級(jí)如表2所示，疲勞檢測(cè)時(shí)間閥值等級(jí)判定如表3所述，疲勞檢測(cè)時(shí)間閾值等級(jí)及 相應(yīng)的閥值如表4所示；因汽車轉(zhuǎn)向過程中，汽車需要及時(shí)完成轉(zhuǎn)向和回正任務(wù)，故駕駛員 調(diào)整方向盤的頻率較高，其疲勞檢測(cè)時(shí)間閾值整體上較汽車直線行駛時(shí)小。具體方法是:方 向盤轉(zhuǎn)角大，車速高時(shí)，其疲勞檢測(cè)時(shí)間閾值較小;反之，則較大。
[0026] 衷2方向盤轉(zhuǎn)角等級(jí)
[0033]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：
[0034]本發(fā)明的基于動(dòng)態(tài)閥值的駕駛員疲勞狀態(tài)檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法，在不增加額外傳 感器的情況下，利用汽車上已有的車載傳感器獲取汽車運(yùn)行和駕駛員操作動(dòng)作信號(hào)，完成 疲勞駕駛的檢測(cè)，同時(shí)根據(jù)汽車實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)采用變化的疲勞判定閾值參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，并 通過單片機(jī)處理得到疲勞駕駛判定結(jié)果，其成本低，方法簡(jiǎn)單實(shí)用，且適應(yīng)性更好。
【附圖說明】
[0035] 圖1為本發(fā)明的基于動(dòng)態(tài)閥值的駕駛員疲勞狀態(tài)檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)方框圖；
[0036] 圖2為本發(fā)明的節(jié)氣門位置傳感器信號(hào)處理電路圖；
[0037]圖3為本發(fā)明的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器信號(hào)處理電路圖；
[0038]圖4為本發(fā)明的制動(dòng)燈開關(guān)傳感器信號(hào)處理電路圖；
[0039]圖5為本發(fā)明的車速傳感器信號(hào)處理電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明不僅限于這些實(shí)施例，在未 脫離本發(fā)明宗旨的前提下，所作的任何改進(jìn)均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0041] 參見附圖1，一種基于動(dòng)態(tài)閥值的駕駛員疲勞狀態(tài)檢測(cè)裝置，包括節(jié)氣門位置傳感 器1、制動(dòng)燈開關(guān)傳感器2、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器3、車速傳感器4、單片機(jī)5、蜂鳴器6和報(bào)警燈7; 其中，
[0042] 所述節(jié)氣門位置傳感器1，輸出節(jié)氣門位置信號(hào)，表示汽車油門大?。?br>[0043] 制動(dòng)燈開關(guān)傳感器2,輸出制動(dòng)燈是否點(diǎn)亮的開關(guān)信號(hào)，表示汽車是否處于制動(dòng)狀 態(tài)；
[0044]方向盤轉(zhuǎn)角傳感器3,輸出方向盤轉(zhuǎn)角大小和正負(fù)信號(hào)，表不方向盤所處的位置；
[0045] 車速傳感器4,輸出車速信號(hào)，表示車速高低；
[0046] 單片機(jī)5,輸入端與節(jié)氣門位置傳感器1、制動(dòng)動(dòng)開關(guān)傳感器2、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器3 和車速傳感器4連接，接收節(jié)氣門位置傳感器1、制動(dòng)燈開關(guān)傳感器2、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器3和 車速傳感器4的輸出信號(hào)，輸出端與蜂鳴器6和報(bào)警燈7連接。
[0047]參見附圖2,為節(jié)氣門位置傳感器信號(hào)處理電路，滑動(dòng)電阻Rl的輸出電壓為節(jié)氣門 位置傳感器輸出信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過電阻R2和電容Cl組成的低通濾波電路以濾除高頻干擾信 號(hào)，電路輸出信號(hào)INl送到單片機(jī)5的A/D轉(zhuǎn)換接口。
[0048] 所述的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器3采用兩個(gè)槽型光電開關(guān)傳感器，方向盤轉(zhuǎn)向軸上安裝 一個(gè)隨其轉(zhuǎn)動(dòng)的遮光盤，遮光盤上均勻地開有許多槽，當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在遮光盤上槽和齒 的作用下，槽型光電開關(guān)傳感器中的發(fā)光二極管發(fā)出的光束使光敏三極管不斷地導(dǎo)通和截 止，通過檢測(cè)槽型光電開關(guān)傳感器輸出電壓的跳變計(jì)算方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)角度；同時(shí)，所述兩個(gè)槽 型光電開關(guān)傳感器的光敏三極管導(dǎo)通與截止脈沖信號(hào)相位相差90°，通過對(duì)比兩個(gè)傳感器 的輸出信號(hào)可以檢測(cè)出方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。參見附圖3,為槽型光電開關(guān)傳感器信號(hào)處理電 路，當(dāng)遮光盤擋住發(fā)光二極管的光束時(shí)，光敏三極管截止，傳感器輸出電壓IN2為低電平;反 之，光敏三極管導(dǎo)通，傳感器輸出電壓IN2為高電平，輸出電壓IN2送到單片機(jī)5的中斷檢測(cè) 端口。
[0049] 參見附圖4,為制動(dòng)燈開關(guān)傳感器信號(hào)處理電路，制動(dòng)燈開關(guān)傳感器輸出信號(hào) BRAKE經(jīng)過電阻R5、R6和二極管Dl組成的限幅電路，輸出信號(hào)IN3送到單片機(jī)5的I/O接口。
[0050] 所述的車速傳感器4為電磁感應(yīng)式輪速傳感器，其傳感器輸出信號(hào)為近似正弦信 號(hào)，其頻率和幅值與車速高低成正比，其輸出信號(hào)在送進(jìn)單片機(jī)前需要將其轉(zhuǎn)換成相同頻 率的方波信號(hào)，參見附圖5，具體處理過程為：電磁感應(yīng)式輪速傳感器輸出信號(hào)SPEED先經(jīng)過 電阻R7和電容C2組成的低通濾波電路，然后送到由電阻R8、R9和運(yùn)算放大器U2組成的電壓 比較器進(jìn)行整形，再送到運(yùn)算放大器U3對(duì)信號(hào)進(jìn)行隔離抗干擾，最后經(jīng)過由電阻RKKRll和 二極管D2組成的限幅電路，然后接到單片機(jī)5的中斷端口。
[0051]所述的基于動(dòng)態(tài)閥值的駕駛員疲