基于單片機(jī)的頭部位置特征的疲勞駕駛檢測儀

摘要：針對目前嚴(yán)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)紅外線發(fā)射二極管和2個(gè)紅外線接收頭，由單片機(jī)控制紅外線發(fā)射的電流強(qiáng)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)間超過設(shè)定值，則輸出報(bào)警和制動控制信號。在幾種典型車輛上對該系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了方法的正確性和有效性，并能達(dá)到較高的測量精度。

1　檢測儀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

該檢測儀由單片機(jī)控制反射式紅外線傳感器對駕駛員頭部位置進(jìn)行檢測，通過檢測駕駛員在常規(guī)坐姿下的頭部與座椅頭枕的相對位置，自動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)間超過設(shè)定值，則輸出報(bào)警和制動控制信號。檢測儀中的反射式紅外線傳感器由1個(gè)紅外線發(fā)射二極管和2個(gè)紅外線接收頭組成，紅外線發(fā)射二極管發(fā)射經(jīng)過調(diào)制的38 kHz紅外線光束，安裝在座椅頭枕上前方正對駕駛員頭部的位置，紅外線發(fā)射二極管放置在中間， 2個(gè)紅外線接收頭對稱放置在左右兩邊。

2　駕駛員頭部位置分析

在駕駛過程中，駕駛員正常和疲勞時(shí)其頭部位置是不同的，側(cè)視圖如圖1所示，圖1 （ a）表示駕駛員在正常駕駛汽車時(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?yàn)榭烤o頭枕駕駛眼睛會感覺很不舒服，不方便觀察距離汽車較近的道路情況。

圖1 （ b）表示駕駛員疲勞駕駛汽車時(shí)最常見的開車睡眠姿勢，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(yīng)及時(shí)報(bào)警，如果持續(xù)2 s就應(yīng)啟動制動系統(tǒng)自動剎車。但是短暫的其他非疲勞動作，如探身操作儀表板上的開關(guān)、回頭觀察等短時(shí)動作也有類似的距離變化，這時(shí)可以用時(shí)間來區(qū)別， 2 s以內(nèi)恢復(fù)正常位置的不作為疲勞駕駛判定。

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

圖1　駕駛員頭部位置側(cè)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，箭頭代表紅外線發(fā)射和反射的路線。圖2 （ a）為正常駕駛時(shí)駕駛員頭部與紅外線傳感器的相對位置示意圖，紅外線從中間的紅外線發(fā)射二極管發(fā)射出來到被駕駛員頭部反射回左右2個(gè)紅外線接收頭，所經(jīng)過的距離基本相等。

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，是一種中間過渡的疲勞形態(tài)，最終也會轉(zhuǎn)化到圖1 （ b）的位置，這時(shí)紅外線傳感器將檢測出左右不同的距離，也應(yīng)及時(shí)報(bào)警或輸出制動信號。

圖2 （ c）表示駕駛員疲勞后頭部繼續(xù)偏移的位置，一側(cè)的紅外線接收頭已經(jīng)不能接收到被反射回來的紅外線了，在計(jì)算機(jī)程序中得到距離無限大的結(jié)果，這說明駕駛員疲勞程度進(jìn)一步增強(qiáng)，應(yīng)及時(shí)報(bào)警或輸出制動信號。

圖2　駕駛員頭部位置俯視圖