駕駛員疲勞駕駛是造成交通死亡事故的重要原因之一。目前檢測疲勞駕駛主要有檢測駕駛員生理變化指標(biāo)、駕駛員外部特征變化或者駕駛員行為及其引起的車輛運(yùn)動(dòng)特征的變化等幾種方法。本項(xiàng)目利用加速度傳感器檢測疲勞駕駛，以FPGA作為嵌入式控制核心，控制加速度傳感器采集車輛行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向加速度與駕駛員頭部運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等信號，經(jīng)過相關(guān)算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后得出駕駛員疲勞值，通過TFT顯示屏顯示相應(yīng)的信息，在疲勞值超出預(yù)設(shè)值時(shí)將進(jìn)行語音提示，用戶可以通過觸摸屏輸入進(jìn)行操作。系統(tǒng)具有準(zhǔn)確、便捷、成本低的特點(diǎn)，具有極大的社會(huì)價(jià)值和商業(yè)價(jià)值。

1項(xiàng)目背景

1.1研究背景

1.1.1疲勞駕駛的社會(huì)危害

駕駛疲勞，是指駕駛?cè)嗽陂L時(shí)間連續(xù)行車后，產(chǎn)生生理機(jī)能和心理機(jī)能的失調(diào)，而在客觀上出現(xiàn)駕駛技能下降的現(xiàn)象。駕駛?cè)怂哔|(zhì)量差或不足，長時(shí)間駕駛車輛，容易出現(xiàn)疲勞。駕駛疲勞會(huì)影響到駕駛?cè)说淖⒁?、感覺、知覺、思維、判斷、意志、決定和運(yùn)動(dòng)等諸方面。疲勞后繼續(xù)駕駛車輛，會(huì)感到困倦瞌睡，四肢無力，注意力不集中，判斷能力下降，甚至出現(xiàn)精神恍惚或瞬間記憶消失，出現(xiàn)動(dòng)作遲誤或過早，操作停頓或修正時(shí)間不當(dāng)?shù)炔话踩蛩?，極易發(fā)生道路交通事故。

交通事故統(tǒng)計(jì)分析表明，駕駛員疲勞駕駛是造成交通死亡事故的重要原因之一。日本的事故統(tǒng)計(jì)揭示，因疲勞產(chǎn)生的事故約占1~1.5%。法國國家警察總署事故報(bào)告表明，因疲勞瞌睡而發(fā)生車禍的，占人身傷害事故的14.9%，占死亡事故的20.6%。而在高速公路上，通過對2010年1月至12月因疲勞駕駛而發(fā)生交通事故致人死亡的案例分析，90%以上是由貨運(yùn)司機(jī)疲勞駕駛造成的。

因此，檢測疲勞駕駛，對預(yù)防交通事故的發(fā)生有重要意義。

1.1.2基于加速度傳感器疲勞駕駛檢測的優(yōu)越性

目前檢測疲勞駕駛的方法主要有以下幾種：

利用生理傳感器檢測駕駛員的生理變化指標(biāo)，如腦電、心電、心率、呼吸等；

檢測疲勞駕駛時(shí)駕駛員的外部特征變化，如眨眼、點(diǎn)頭；

檢測駕駛員行為及其引起的車輛運(yùn)動(dòng)特征的變化，如換擋，油門以及車輛加速度、車載車道中的位置等。

利用加速傳感器的疲勞駕駛檢測方法隸屬于第三種?，F(xiàn)有的產(chǎn)品中，第一種會(huì)使用到帶有侵入性的生理傳感器，讓駕駛員十分不舒服，因而使用范圍十分有限；第二種主要是利用機(jī)器視覺檢測眨眼或者瞳孔大小變化，它的優(yōu)點(diǎn)是檢測精度高，但是受光線等外界環(huán)境影響比較大。第三種是屬于車載傳感器，因而使用起來十分方便，完全可以集成到車輛中，具有廣泛的應(yīng)用前景。

1.1.3應(yīng)用拓展

當(dāng)產(chǎn)品足夠成熟時(shí)，它將得到廣泛的應(yīng)用。

如果實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，當(dāng)出現(xiàn)異常車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，判定為交通事故，可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警，并且通知其他車輛，避免出現(xiàn)交通擁堵；

如果能將司機(jī)的疲勞駕駛行為記錄在案，傳送給交通部門，可以作為駕駛員的信用記錄，便于交通部門管理和執(zhí)法。

1.2項(xiàng)目意義

在“以車代步”、物流快速發(fā)展的今天，檢測疲勞駕駛，預(yù)防交通事故，為每一個(gè)家庭護(hù)航，有利于維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定，具有重要意義。通過檢測車輛運(yùn)動(dòng)特征的疲勞駕駛檢測方法具有準(zhǔn)確、便捷、成本低的特點(diǎn)，但是目前，世界上還沒有通過檢測車輛運(yùn)動(dòng)特征的疲勞駕駛檢測系統(tǒng)，基于加速度傳感器的疲勞駕駛檢測儀的出現(xiàn)填補(bǔ)了這方面的空白，研究具有極大的社會(huì)價(jià)值和商業(yè)價(jià)值。

2項(xiàng)目方案

2.1系統(tǒng)概述

2.1.1產(chǎn)品模型圖

如圖 2-1所示是產(chǎn)品TFT顯示屏面板示意圖。

圖 2-1? 系統(tǒng)TFT顯示屏面板

本檢測儀LCD面板由四個(gè)部分組成：

疲勞曲線繪制區(qū)：本區(qū)間占面板絕大部分，形象的再現(xiàn)駕駛員駕車過程中的精神狀態(tài)，有利于分析疲勞程度的趨勢，做出有效預(yù)測。

信息提示區(qū)：本區(qū)分為三個(gè)部分，疲勞進(jìn)度條可以更加直觀的反應(yīng)當(dāng)前時(shí)刻的疲勞程度；狀態(tài)指示燈指示是否到達(dá)疲勞警戒線，當(dāng)?shù)竭_(dá)警戒線時(shí)它會(huì)變成紅色；文字提示疲勞程度。

功能按鈕區(qū)：功能按鈕區(qū)有三個(gè)鍵，暫停鍵是在特殊情況是暫停記錄，歷史記錄按鈕可以點(diǎn)出客戶想看的疲勞駕駛曲線，設(shè)置鍵主要設(shè)置時(shí)間。

時(shí)間和電量顯示區(qū)：顯示當(dāng)前時(shí)間和剩余電量。

2.1.2產(chǎn)品功能概述

基于加速度傳感器的疲勞駕駛檢測儀主要有以下幾項(xiàng)功能

實(shí)時(shí)監(jiān)測車輛運(yùn)動(dòng)參數(shù)，識別駕駛員是否處于疲勞駕駛狀態(tài)；

語音報(bào)警功能；

記錄駕駛狀態(tài)歷史，便于駕駛員分析規(guī)律，養(yǎng)成良好駕駛習(xí)慣。

2.1.3系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)以FPGA作為嵌入式控制的核心，F(xiàn)PGA芯片選擇Xilinx Spartan-6 XC6LX16-CS324。疲勞檢測系統(tǒng)主要由嵌入式控制單元、存儲(chǔ)單元、傳感器電路、電源電路、語音電路、外圍接口電路等部分組成。

圖 2-2? 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

系統(tǒng)利用加速度傳感器采集車輛行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向加速度與駕駛員頭部的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等信號，傳輸?shù)?a href="http://m.makelele.cn/v/tag/132/" target="_blank">CPU，通過算法加速模塊計(jì)算出當(dāng)前的疲勞值后，將結(jié)果以疲勞曲線的形式繪制在TFT顯示屏上。一定時(shí)間后將疲勞值信息存儲(chǔ)到SD卡中，方便后續(xù)的查看。用戶可以通過電阻式觸摸屏實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，如查看歷史記錄。

各部分功能如下：

控制單元：負(fù)責(zé)管理硬件資源和軟件任務(wù)間的通信和調(diào)度，實(shí)現(xiàn)界面顯示和用戶交互，采集加速度傳感器的信息，通過算法計(jì)算出疲勞值，控制電池的充放電以及語音報(bào)警提示。

存儲(chǔ)單元：存儲(chǔ)Bootloader、Linux內(nèi)核鏡像以及用戶應(yīng)用程序，以實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在用戶存儲(chǔ)空間保存用戶的疲勞信息，以便查看。

外圍接口模塊：實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與外圍設(shè)備的通信。如UART、I2C、SPI、VGA等接口。有些特殊器件通過設(shè)計(jì)相應(yīng)的接口IP實(shí)現(xiàn)通信。