三端协作防疲劳驾驶系统

　　摘 要：三端协作防疲劳驾驶系统由车载设备端、阿里云端、手机APP 端协同运作。其中，车载设备端对驾驶员进行实时检测并反馈给阿里云端；阿里云端对接收到的物理信息进行计算处理；手机APP 端与阿里云端相互通信，能够实时定位并且具有一键代驾功能。三端紧密联系，能够高效、智能地保障驾驶员的安全，大大降低因疲劳驾驶导致的交通事故发生率。

　　1 作品简介

　　三端协作防疲劳驾驶系统由车载设备端、阿里云端、手机APP 端组成。车载设备端由OpenMV 瞳孔识别模块、超声波测距模块、心率血氧模块、语音提醒模块及振动模块组成。其中，瞳孔识别和超声波测距模块用于测定驾驶员的眨眼频率和驾驶员头部空间位置，该装置由超声波传感器和瞳孔识别摄像头组成，位于驾驶位顶部。方向盘两侧装有心率血氧模块，用于检测驾驶员心率及血氧浓度。系统根据驾驶员的眨眼速率、头部偏移程度、心率和血氧浓度进行综合分析，从而判断驾驶员的疲劳程度。驾驶员处于微困状态时，进行语音和振动提醒。

　　本系统的阿里云端功能是与车载设备端建立联系，并接收设备端采集的驾驶信息，在异常情况下及时提醒驾驶员。手机APP 是基于阿里云的可视化开发的，通过APP 可以随时看到对应的机动车的相关信息；具有一键代驾功能，为需要代驾的驾驶员带来了便利；还可以控制车载设备，通过发送指令至云端，云端再下达指令至设备端，有一定的远程控制功能，能够极大程度地保障驾驶员安全驾驶。

　　2 技术原理

　　（1）眨眼频率测量模块

　　通过OpenMV 瞳孔识别技术检测驾驶员的眨眼频率。人在疲劳状态下，眨眼频率会比清醒状态下的高。正常情况下，人的眨眼频率为20 次/min。华盛顿大学约翰教授的研究表明：人的眨眼频率及眨眼时的睁眼闭眼时间受大脑直接控制。驾驶员在驾驶速度高、精神高度紧张的情况下眨眼频率低；在处于疲劳的状态下眨眼频率变高，闭眼时间增长。在微困状态下，人的眨眼频率约为30 次/min ；在瞌睡状态下，人的眨眼频率约为10 次/min。

　　（2）心率血氧测量模块

　　以MAX30100 芯片为内核，只需将手指紧贴在传感器上，能估计脉搏血氧饱和度及脉搏。研究表明，正常情况下成年男性的心率在70 ～ 80 次/min，成年女性心率为70 ～ 90 次/min。在疲劳状态下成年男性心率为55 ～ 65 次/min，成年女性的心率为60 ～ 65 次/min，最低可达45 次/min。

　　（3）头部偏移量测量模块

　　通过发送和接收超声波，利用时间差和声音传播速度，计算模块与前方障碍物的距离，多方向多角度地对驾驶员的具体位置进行检测。实验数据表明，正常情况下驾驶员在行车过程中头部相对位置总是保持在9 ～ 10 cm 范围内。若驾驶员在行车过程中头部相对位置处于8.5 ～ 8.99 cm 的范围内，则判断驾驶员的状态为微困；若驾驶员在行车过程中头部相对位置处于8 ～ 8.49cm 的范围内，则判断驾驶员的状态为疲劳。

　　（4）阿里云端界面

　　阿里云端负责接收STM32 单片机的信息并进行处理和储存。同时，与手机APP 相互通信，在异常情况下及时提醒家属和驾驶员本人。

　　（5）手机APP 端

　　手机APP 通过GPS 定位系统实时定位，驾驶员及其家人可查看定位、行驶轨迹和驾驶信息，还具有一键代驾等功能。手机APP 端相关界面会显示设备连接状态以及驾驶员的当前心率、血氧浓度、眨眼频率、头部偏移量、驾驶时长等。

　　3 项目创新点及应用前景

　　本系统通过三端高效协作，保障系统稳定可靠；多模块综合精准检测，降低疲劳驾驶概率；提醒方式及时有效，适合多场景应用。随机走访调查了1 000 多名驾驶员，通过在项目中设置具体问题，验证了该产品的用户需求，预测了市场前景。本文设计的三端协作式防疲劳驾驶系统，得到了90.13% 的支持率，预计可以减少全球约38% 的交通事故，具有极大的社会效益。此外本产品不仅可以应用到驾驶领域，未来还可推广到监控员、巡查保安等其他易疲劳岗位，适用范围极广。

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