基于ZigBee的疲勞駕駛警示系統的研究與設計

　　1 引言

　　隨著(zhù)汽車(chē)業(yè)的快速發(fā)展，與之相關(guān)的交通事故也在快速增高，而這些事故中，疲勞駕駛所造成的交通事故約占總數的16%，在高速公路上更是超過(guò)了 20%[1]，因此研制疲勞駕駛預防和報警裝置成為當今疲勞駕駛研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。隨著(zhù)新技術(shù)的出現和發(fā)展，本文提出了基于ZigBee 無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )技術(shù)與信息融合決策技術(shù)相結合的疲勞駕駛系統。通過(guò)ZigBee 技術(shù)組建的網(wǎng)絡(luò )有如下特性：監測方式由于單一而導致系統性能欠佳[2]，而系統的擴展又受到車(chē)身空間布線(xiàn)、成本等各方面的限制。因此利用ZigBee 技術(shù)無(wú)線(xiàn)、安全、可靠、低功耗等特點(diǎn)，將單片機控制技術(shù)與之結合，引入到車(chē)輛傳感器的設計中，不僅可以省去通信電纜的安裝，降低安裝工程量，還可以安全可靠地實(shí)現數據傳輸和網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)，從而開(kāi)發(fā)出適用性更強的車(chē)輛傳感器。另外ZigBee 技術(shù)低功耗、低成本的特點(diǎn)非常適合行車(chē)途中。

　　2 疲勞檢測系統架構與原理

　　2.1 ZigBee 網(wǎng)絡(luò )的組建與通信

　　基于車(chē)內各節點(diǎn)通信距離比較短，無(wú)需路由器擴展網(wǎng)絡(luò )覆蓋面，本模型采用 Zigbee 星形網(wǎng)絡(luò )結構，只需要協(xié)調器和各傳感器設備即可構成網(wǎng)絡(luò )，從而降低整個(gè)系統的組網(wǎng)復雜程度。中間的協(xié)調器負責發(fā)起和維護網(wǎng)絡(luò )，并將收集到得信息交給高性能處理器完成信息的融合決策，再由處理器把疲勞判斷結果傳給警示器。

　　(1)車(chē)道偏離檢測、眼睛頻率檢測、眼睛閉合時(shí)間檢測、打哈欠這4 處先由傳感器收集原始圖像的信息，再將信息傳給各自的DSP 芯片去處理，得到疲勞信息，最后將采集信號處理的結果傳輸給ZiBee SoC 模塊。這里采用TI 公司的CC2430，單個(gè)CC2430 芯片上整合了ZigBee 射頻(RF)前端、內存和微控制器。在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于27mA 或25mA。CC2430 對于車(chē)載系統要求非常長(cháng)電池壽命的要求來(lái)說(shuō)是比較適合的。這4 處的信息最后都由CC2430 發(fā)送給協(xié)調器。具體的實(shí)現框架流程圖見(jiàn)圖1。

　　(2)Coordinator 負責組網(wǎng)和管理各終端傳感器，組網(wǎng)基本流程為：首先進(jìn)行能量掃描和激活掃描信道，如果發(fā)現合適的信道，則創(chuàng )建一個(gè)唯一的16 位網(wǎng)絡(luò )PAN ID，在ZigBee網(wǎng)絡(luò )系統中Coordinator 的網(wǎng)絡(luò )短地址固定設置為0，然后開(kāi)始向四周廣播網(wǎng)絡(luò )信息，并接受處理其網(wǎng)絡(luò )覆蓋范圍內的加入網(wǎng)絡(luò )的請求，然后加入新節點(diǎn)的信息。組網(wǎng)流程圖如下，見(jiàn)圖2。

　　從流程圖我們可以看到協(xié)調器并不處理和保存傳感器節點(diǎn)發(fā)來(lái)的信息，它直接將疲勞信息交給高性能處理器處理，這樣協(xié)調器能更好地管理網(wǎng)絡(luò )。處理器負責實(shí)現多個(gè)疲勞特征的融合判斷。該模型將協(xié)調器與信號匯聚節點(diǎn)(網(wǎng)關(guān))統一設計，協(xié)調器/網(wǎng)關(guān)負責與各個(gè)終端設備的通信與外網(wǎng)的通信。如果駕駛員疲勞駕駛情況嚴重，易于造成交通事故的時(shí)候，協(xié)調器將駕駛員信息送入網(wǎng)關(guān)，然后轉化成外部網(wǎng)絡(luò )的信息格式，最后通過(guò)GSM/GPRS 方式與公路安全網(wǎng)通信，發(fā)往遠程監控設備。