基于單片機的頭部位置特征的疲勞駕駛檢測儀

摘要：針對目前嚴重的疲勞駕駛行為，研制了一種疲勞駕駛檢測裝置。在座椅頭枕上前方正對駕駛員頭部的位置安裝1個(gè)紅外線(xiàn)發(fā)射二極管和2個(gè)紅外線(xiàn)接收頭，由單片機控制紅外線(xiàn)發(fā)射的電流強度，同時(shí)檢測接收頭的信息就可以檢測頭部的相對位置。如果駕駛員處在疲勞駕駛狀態(tài)中，頭部必定偏離正常位置并且時(shí)間超過(guò)設定值，則輸出報警和制動(dòng)控制信號。在幾種典型車(chē)輛上對該系統進(jìn)行了實(shí)驗，驗證了方法的正確性和有效性，并能達到較高的測量精度。

1　檢測儀結構特點(diǎn)

該檢測儀由單片機控制反射式紅外線(xiàn)傳感器對駕駛員頭部位置進(jìn)行檢測，通過(guò)檢測駕駛員在常規坐姿下的頭部與座椅頭枕的相對位置，自動(dòng)判斷駕駛員是否處在疲勞駕駛狀態(tài)中。

如果駕駛員處在疲勞駕駛狀態(tài)中，頭部必定偏離正常位置并且時(shí)間超過(guò)設定值，則輸出報警和制動(dòng)控制信號。檢測儀中的反射式紅外線(xiàn)傳感器由1個(gè)紅外線(xiàn)發(fā)射二極管和2個(gè)紅外線(xiàn)接收頭組成，紅外線(xiàn)發(fā)射二極管發(fā)射經(jīng)過(guò)調制的38 kHz紅外線(xiàn)光束，安裝在座椅頭枕上前方正對駕駛員頭部的位置，紅外線(xiàn)發(fā)射二極管放置在中間， 2個(gè)紅外線(xiàn)接收頭對稱(chēng)放置在左右兩邊。

2　駕駛員頭部位置分析

在駕駛過(guò)程中，駕駛員正常和疲勞時(shí)其頭部位置是不同的，側視圖如圖1所示，圖1 （ a）表示駕駛員在正常駕駛汽車(chē)時(shí)其頭部位置與座椅頭枕有幾cm的較小距離，而不是完全靠緊頭枕，因為靠緊頭枕駕駛眼睛會(huì )感覺(jué)很不舒服，不方便觀(guān)察距離汽車(chē)較近的道路情況。

圖1 （ b）表示駕駛員疲勞駕駛汽車(chē)時(shí)最常見(jiàn)的開(kāi)車(chē)睡眠姿勢，也是駕駛員最初的疲勞睡眠姿勢，這時(shí)駕駛員頭部距離座椅頭枕一般大于15 cm,這種情況下應及時(shí)報警，如果持續2 s就應啟動(dòng)制動(dòng)系統自動(dòng)剎車(chē)。但是短暫的其他非疲勞動(dòng)作，如探身操作儀表板上的開(kāi)關(guān)、回頭觀(guān)察等短時(shí)動(dòng)作也有類(lèi)似的距離變化，這時(shí)可以用時(shí)間來(lái)區別， 2 s以?xún)然謴驼Ｎ恢玫牟蛔鳛槠隈{駛判定。

圖1 （ c）表示駕駛員在有意識地短暫休息和閉上眼睛駕駛，但還沒(méi)有完全睡著(zhù)時(shí)的姿勢，但這是完全睡著(zhù)的前奏，其頭部位置緊靠座椅頭枕，距離為0,這種情況下應該及時(shí)報警，發(fā)展下去就會(huì )演變成圖1 （ b）的情況。

圖1　駕駛員頭部位置側視圖

圖2為駕駛員頭部的俯視圖，其中圓形代表駕駛員的頭部，箭頭代表紅外線(xiàn)發(fā)射和反射的路線(xiàn)。圖2 （ a）為正常駕駛時(shí)駕駛員頭部與紅外線(xiàn)傳感器的相對位置示意圖，紅外線(xiàn)從中間的紅外線(xiàn)發(fā)射二極管發(fā)射出來(lái)到被駕駛員頭部反射回左右2個(gè)紅外線(xiàn)接收頭，所經(jīng)過(guò)的距離基本相等。

圖2 （ b）表示駕駛員疲勞后的頭部位置，是向左或右歪斜的情況，這與圖1 （ b）的典型位置有所不同，是一種中間過(guò)渡的疲勞形態(tài)，最終也會(huì )轉化到圖1 （ b）的位置，這時(shí)紅外線(xiàn)傳感器將檢測出左右不同的距離，也應及時(shí)報警或輸出制動(dòng)信號。

圖2 （ c）表示駕駛員疲勞后頭部繼續偏移的位置，一側的紅外線(xiàn)接收頭已經(jīng)不能接收到被反射回來(lái)的紅外線(xiàn)了，在計算機程序中得到距離無(wú)限大的結果，這說(shuō)明駕駛員疲勞程度進(jìn)一步增強，應及時(shí)報警或輸出制動(dòng)信號。

圖2　駕駛員頭部位置俯視圖