一種安全駕駛智能輔助系統的設計

唐江波 劉素梅

摘 要：造成道路交通事故的原因是多方面的，其中駕駛員疲勞程度、飲酒程度等身體狀況對道路交通安全的影響最大。鑒于此，設計了一種安全駕駛智能輔助系統，利用多種傳感器采集駕駛員的身體信息數據和車廂內的環境數據，借助控制系統對傳感器檢測到的數據進行精確處理和分析后，根據預設的標準來判斷駕駛員的各項身體指標是否正常，在駕駛員身體情況異常時進行警報提醒，從而達到安全駕駛的目的。

關鍵詞：安全駕駛;傳感器;控制系統;單片機

0 引言

近年來，隨著人們生活水平的提高，機動車的人均擁有數量逐年遞增，汽車已經成為普通消費品。與此同時，道路交通事故的發生率也隨之逐年提升。據國家交通部的交通事故原因統計，疲勞駕駛和酒后駕駛所導致的交通事故占道路交通事故的1/2，且酒駕事故造成的人員死亡量占總事故死亡量的一半以上。隨著科技的進步，人們對汽車駕駛的安全性提出了更高的要求。在現代科技迅速發展的引領下，傳感器技術已經廣泛應用于生活中，使得人們的生活更加便捷化、智能化。借助于傳感器技術，本文設計了一種安全駕駛智能輔助系統，它能很好地輔助并陪護駕駛員駕駛，有效減少道路交通事故的發生。

1 安全駕駛智能輔助系統的硬件組成

本文設計的安全駕駛智能輔助系統著眼于解決駕駛員的駕駛安全問題，通過車廂內的多種傳感器協同工作，實時監測駕駛員身體狀況信息和車廂內環境數據信息，借助觸摸屏和語音模塊與駕駛員進行交互，滿足駕駛員的多重駕駛安全需求，包括疲勞駕駛、酒駕的監測與提醒，駕駛員體溫、血壓、心率等指標的監測與提醒等功能。安全駕駛智能輔助系統構成如圖1所示。

其中：①壓力傳感器模塊，用來采集駕駛員的體重數據，當有體重數據而心率、血壓數據異常時，控制系統控制語音模塊發出警報提醒。②疲勞駕駛預警模塊，安裝在車內的方向盤上，主要包括壓力傳感器和角位移傳感器，用于采集方向盤上壓力和角度數據的變化情況。系統根據采集到的數據來判斷駕駛員的疲勞程度，當駕駛員處于疲勞駕駛狀態時，系統將發出警報提醒。③血壓、心率傳感器模塊，戴在駕駛員手腕上，可用于實時監測駕駛員的血壓、心率情況，同時將監測得到的數據傳輸給控制系統。④紅外線體溫傳感器模塊，可以根據人體釋放的熱輻射的強弱來實時無接觸地監測駕駛員的體溫，并反饋給控制系統。⑤酒精傳感器模塊，可以探測駕駛員呼出氣體的酒精濃度，通過A/D轉換器將模擬的電壓信號轉換成數字信號，系統根據電壓大小測定環境中的酒精濃度，從而判定駕駛員是否酒駕。⑥異常氣體感知模塊，主要由CO、CO2、CH4等傳感器組成，用于實時感知車廂內對人體有害的異常氣體，并將車廂內的監測結果實時反饋到控制系統。⑦觸摸屏和控制系統，不僅是用來與駕駛員交互，更重要的是處理從傳感器接收到的信息指標數據，并根據預設的各項指標的閾值來判斷所測得數據是否超標，從而確定是否需要發出對應的警報。

2 車載安全駕駛智能輔助系統工作流程

車門打開的同時，安全駕駛智能輔助系統就開始工作，系統工作流程如圖2所示。

（1）首先進行發動機啟動檢測。考慮到駕駛員有可能只是關閉了發動機在休息，因此無論發動機是否啟動，都需要檢測駕駛員是否在車上。如果駕駛員不在車上，安全駕駛智能輔助系統可以退出工作狀態。

（2）駕駛員坐上駕駛位時，壓力傳感器模塊就開始采集駕駛員的體重數據。電阻應變片壓力傳感器結合24位A/D轉換芯片，可以實時采集駕駛員的體重數據，再由無線傳輸模塊將數字數據信號傳輸到控制系統。

（3）駕駛員準備開車時，疲勞駕駛預警模塊開始工作，實時監控駕駛員的疲勞程度。壓力傳感器和角位移傳感器，用于采集方向盤上壓力數據和角度數據的變化情況，根據采集到的數據來判斷駕駛員的疲勞程度。駕駛員處于疲勞狀態時，雙手對方向盤施加的壓力將會異常，或者壓力正常但方向盤轉角長時間沒發生變化，都可認定駕駛員處于疲勞駕駛狀態，控制系統據此進行判斷，從而發出警報提醒。

（4）與高性能的8位單片機相連的異常氣體感知模塊開始工作，微嵌入式的CO、CO2、CH4傳感器模塊能實時監測車廂內對人體有害的異常氣體數據，并將監測到的數據通過無線傳輸模塊傳輸到控制系統，與國家空氣污染指標數值進行對比，從而作出判斷，發出相應的提醒或者警告。

（5）熱電堆紅外溫度傳感器用來無接觸地監測駕駛員的體溫數據。紅外傳感器中的光學系統將熱輻射能量匯集到光電探測模塊，光電探測模塊將熱輻射能量轉換成電信號，探測物體的熱輻射能量，配合光路，可以實現在10 m范圍內有效測得駕駛員的體溫數據。體溫數據通過模數轉換模塊處理后，經無線傳輸模塊，發送給控制系統。當監測到駕駛員的體溫異常時，控制系統將控制語音模塊發出警告。

（6）佩戴在駕駛員手腕上的血壓、心率傳感器模塊能夠實時測量駕駛員的血壓和心率。心率、血壓傳感器能感測駕駛員的心率和血壓數據，經前端模擬和算法芯片處理后，就可以實現心率、血壓結果的輸出，結果將通過無線傳輸模塊發送給控制系統。

（7）酒精傳感器監測駕駛員體內、空氣環境中的酒精濃度，表面電阻控制型酒精氣體濃度氣敏傳感器能感知環境中的酒精濃度，并將酒精濃度轉換成對應的模擬電壓值。A/D轉換模塊將監測到的模擬電壓信號轉換成數字信號后，通過無線傳輸模塊發送給控制系統。系統根據預設的閾值來判定駕駛員是否酒駕。

（8）各傳感器將檢測到的數據傳輸到控制系統，控制系統經過精確地處理和分析之后，判斷駕駛員的各項身體指標是否正常，如果不正常，語音模塊會發出相應的警報提醒。比如，系統能有效地采集到駕駛員的體重數據，卻不能監測到心率或血壓數據，這屬于不正常的情況，系統將會發出警報提醒。如果控制系統判斷各項指標數據正常，各傳感器將繼續監測，同時持續將數據實時發送給控制系統進行處理判斷。

3 結語

本文設計的安全駕駛智能輔助系統中，用來測量駕駛員身體指標數據和車廂內環境數據的各傳感器不僅成本低、使用壽命長，而且靈敏度高、體積小，十分節省空間，同時易于安裝和操作，綜合性能非常高。市面上主流的單片機都可以用作控制系統的處理器，比如STM32系列的單片機或者STC15系列的單片機。這類單片機不僅穩定性好、集成度高、可靠性強，而且控制能力強，易于擴展，同時功耗低、體積小，容易嵌入，是在數據量不是很大的情況下進行數據處理分析的最佳選擇。該控制系統的核心處理器的價格低，有利于做成性價比高、有競爭力的產品，有效陪伴駕駛員安全行駛。

本文提出的安全駕駛智能輔助系統是針對當前駕駛員駕駛汽車時存在的一些安全隱患而設計的安全輔助系統，可以實時監測車廂內的CO、CO2、CH4含量，監測駕駛員身體指標是否正常、是否酒駕、是否疲勞駕駛等基本狀況，并通過語音等模塊提醒甚至警告駕駛員，讓駕駛員能夠更加安心地駕駛，為駕駛員提供安全保障。

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收稿日期：2021-01-26

作者簡介：唐江波（1981—），女，湖南祁陽人，講師，研究方向：物聯網、移動通信。

劉素梅（1981—），女，河南柘城人，講師，研究方向：信號處理。