一种安全驾驶智能辅助系统的设计

唐江波 刘素梅

摘 要：造成道路交通事故的原因是多方面的，其中驾驶员疲劳程度、饮酒程度等身体状况对道路交通安全的影响最大。鉴于此，设计了一种安全驾驶智能辅助系统，利用多种传感器采集驾驶员的身体信息数据和车厢内的环境数据，借助控制系统对传感器检测到的数据进行精确处理和分析后，根据预设的标准来判断驾驶员的各项身体指标是否正常，在驾驶员身体情况异常时进行警报提醒，从而达到安全驾驶的目的。

关键词：安全驾驶;传感器;控制系统;单片机

0 引言

近年來，随着人们生活水平的提高，机动车的人均拥有数量逐年递增，汽车已经成为普通消费品。与此同时，道路交通事故的发生率也随之逐年提升。据国家交通部的交通事故原因统计，疲劳驾驶和酒后驾驶所导致的交通事故占道路交通事故的1/2，且酒驾事故造成的人员死亡量占总事故死亡量的一半以上。随着科技的进步，人们对汽车驾驶的安全性提出了更高的要求。在现代科技迅速发展的引领下，传感器技术已经广泛应用于生活中，使得人们的生活更加便捷化、智能化。借助于传感器技术，本文设计了一种安全驾驶智能辅助系统，它能很好地辅助并陪护驾驶员驾驶，有效减少道路交通事故的发生。

1 安全驾驶智能辅助系统的硬件组成

本文设计的安全驾驶智能辅助系统着眼于解决驾驶员的驾驶安全问题，通过车厢内的多种传感器协同工作，实时监测驾驶员身体状况信息和车厢内环境数据信息，借助触摸屏和语音模块与驾驶员进行交互，满足驾驶员的多重驾驶安全需求，包括疲劳驾驶、酒驾的监测与提醒，驾驶员体温、血压、心率等指标的监测与提醒等功能。安全驾驶智能辅助系统构成如图1所示。

其中：①压力传感器模块，用来采集驾驶员的体重数据，当有体重数据而心率、血压数据异常时，控制系统控制语音模块发出警报提醒。②疲劳驾驶预警模块，安装在车内的方向盘上，主要包括压力传感器和角位移传感器，用于采集方向盘上压力和角度数据的变化情况。系统根据采集到的数据来判断驾驶员的疲劳程度，当驾驶员处于疲劳驾驶状态时，系统将发出警报提醒。③血压、心率传感器模块，戴在驾驶员手腕上，可用于实时监测驾驶员的血压、心率情况，同时将监测得到的数据传输给控制系统。④红外线体温传感器模块，可以根据人体释放的热辐射的强弱来实时无接触地监测驾驶员的体温，并反馈给控制系统。⑤酒精传感器模块，可以探测驾驶员呼出气体的酒精浓度，通过A/D转换器将模拟的电压信号转换成数字信号，系统根据电压大小测定环境中的酒精浓度，从而判定驾驶员是否酒驾。⑥异常气体感知模块，主要由CO、CO2、CH4等传感器组成，用于实时感知车厢内对人体有害的异常气体，并将车厢内的监测结果实时反馈到控制系统。⑦触摸屏和控制系统，不仅是用来与驾驶员交互，更重要的是处理从传感器接收到的信息指标数据，并根据预设的各项指标的阈值来判断所测得数据是否超标，从而确定是否需要发出对应的警报。

2 车载安全驾驶智能辅助系统工作流程

车门打开的同时，安全驾驶智能辅助系统就开始工作，系统工作流程如图2所示。

（1）首先进行发动机启动检测。考虑到驾驶员有可能只是关闭了发动机在休息，因此无论发动机是否启动，都需要检测驾驶员是否在车上。如果驾驶员不在车上，安全驾驶智能辅助系统可以退出工作状态。

（2）驾驶员坐上驾驶位时，压力传感器模块就开始采集驾驶员的体重数据。电阻应变片压力传感器结合24位A/D转换芯片，可以实时采集驾驶员的体重数据，再由无线传输模块将数字数据信号传输到控制系统。

（3）驾驶员准备开车时，疲劳驾驶预警模块开始工作，实时监控驾驶员的疲劳程度。压力传感器和角位移传感器，用于采集方向盘上压力数据和角度数据的变化情况，根据采集到的数据来判断驾驶员的疲劳程度。驾驶员处于疲劳状态时，双手对方向盘施加的压力将会异常，或者压力正常但方向盘转角长时间没发生变化，都可认定驾驶员处于疲劳驾驶状态，控制系统据此进行判断，从而发出警报提醒。

（4）与高性能的8位单片机相连的异常气体感知模块开始工作，微嵌入式的CO、CO2、CH4传感器模块能实时监测车厢内对人体有害的异常气体数据，并将监测到的数据通过无线传输模块传输到控制系统，与国家空气污染指标数值进行对比，从而作出判断，发出相应的提醒或者警告。

（5）热电堆红外温度传感器用来无接触地监测驾驶员的体温数据。红外传感器中的光学系统将热辐射能量汇集到光电探测模块，光电探测模块将热辐射能量转换成电信号，探测物体的热辐射能量，配合光路，可以实现在10 m范围内有效测得驾驶员的体温数据。体温数据通过模数转换模块处理后，经无线传输模块，发送给控制系统。当监测到驾驶员的体温异常时，控制系统将控制语音模块发出警告。

（6）佩戴在驾驶员手腕上的血压、心率传感器模块能够实时测量驾驶员的血压和心率。心率、血压传感器能感测驾驶员的心率和血压数据，经前端模拟和算法芯片处理后，就可以实现心率、血压结果的输出，结果将通过无线传输模块发送给控制系统。

（7）酒精传感器监测驾驶员体内、空气环境中的酒精浓度，表面电阻控制型酒精气体浓度气敏传感器能感知环境中的酒精浓度，并将酒精浓度转换成对应的模拟电压值。A/D转换模块将监测到的模拟电压信号转换成数字信号后，通过无线传输模块发送给控制系统。系统根据预设的阈值来判定驾驶员是否酒驾。

（8）各传感器将检测到的数据传输到控制系统，控制系统经过精确地处理和分析之后，判断驾驶员的各项身体指标是否正常，如果不正常，语音模块会发出相应的警报提醒。比如，系统能有效地采集到驾驶员的体重数据，却不能监测到心率或血压数据，这属于不正常的情况，系统将会发出警报提醒。如果控制系统判断各项指标数据正常，各传感器将继续监测，同时持续将数据实时发送给控制系统进行处理判断。

3 结语

本文设计的安全驾驶智能辅助系统中，用来测量驾驶员身体指标数据和车厢内环境数据的各传感器不仅成本低、使用寿命长，而且灵敏度高、体积小，十分节省空间，同时易于安装和操作，综合性能非常高。市面上主流的单片机都可以用作控制系统的处理器，比如STM32系列的单片机或者STC15系列的单片机。这类单片机不仅稳定性好、集成度高、可靠性强，而且控制能力强，易于扩展，同时功耗低、体积小，容易嵌入，是在数据量不是很大的情况下进行数据处理分析的最佳选择。该控制系统的核心处理器的价格低，有利于做成性价比高、有竞争力的产品，有效陪伴驾驶员安全行驶。

本文提出的安全驾驶智能辅助系统是针对当前驾驶员驾驶汽车时存在的一些安全隐患而设计的安全辅助系统，可以实时监测车厢内的CO、CO2、CH4含量，监测驾驶员身体指标是否正常、是否酒驾、是否疲劳驾驶等基本状况，并通过语音等模块提醒甚至警告驾驶员，让驾驶员能够更加安心地驾驶，为驾驶员提供安全保障。

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收稿日期：2021-01-26

作者简介：唐江波（1981—），女，湖南祁阳人，讲师，研究方向：物联网、移动通信。

刘素梅（1981—），女，河南柘城人，讲师，研究方向：信号处理。