專利名稱：接觸式實(shí)時疲勞駕駛檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種接觸式實(shí)時疲勞駕駛檢測系統(tǒng)，特別是一種具有基于現(xiàn)場可 編程邏輯陣列FPGA芯片、接觸式圖像采集輸入設(shè)備的嵌入式疲勞報警系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
美國聯(lián)邦公路管理局FHWA討論了 PERCL0S (單位時間內(nèi)眼睛閉合時間所占的百分 率)和其他眼睛活動測量方法作為判定疲勞程度依據(jù)的有效性，確認(rèn)判定機(jī)動車駕駛疲勞 最好的方法是測量PERCL0S數(shù)值。而目前采用的解決方案一般都是通過圖像傳感器采集圖 像的非接觸式檢測。這種圖像采集系統(tǒng)在眼睛跟蹤速度以及跟蹤的準(zhǔn)確率上有待提高，系 統(tǒng)體積大、價格昂貴、不宜攜帶。同時，構(gòu)建這樣的疲勞駕駛檢測系統(tǒng)耗費(fèi)大量的時間，延長 工作周期。
發(fā)明內(nèi)容為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，本實(shí)用新型的目的是提供一種體積小、價 格低、便于攜帶的、接觸式實(shí)時疲勞駕駛檢測系統(tǒng)。由光學(xué)傳感器、眼鏡支架構(gòu)建眼部信息 采集系統(tǒng)，通過基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行計算眨眼持續(xù)時間和PERCL0S (單位時間內(nèi)眼 睛閉合時間所占的百分率)兩個參數(shù)來判斷疲勞程度完成本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析記錄和駕駛 員疲勞駕駛報警等功能。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案一種接觸式實(shí)時疲勞駕駛檢 測系統(tǒng)，包括一帶有電源插座的電路板，在該電路板上固裝有一可編程控制器2，與該可編 程控制器2的不同引腳分別連接并固裝在該電路板上的還有一組電源模塊1、一個為系統(tǒng) 提供啟動檢測的撥動開關(guān)3、眼部信息采集模塊4、報警模塊5、一組反映疲勞程度數(shù)值的數(shù) 碼管顯示模塊6、一個為系統(tǒng)存儲眼部采集信息的存儲模塊7和一連接有下載模塊9的主動 串行配置模塊8 ；其特征在于所述眼部信息采集模塊4包括一個光學(xué)傳感器和一副眼鏡支 架。下載模塊通過一個JTAG電纜與外設(shè)的微型計算機(jī)主機(jī)的通用串行總線接口連接。優(yōu)選地，所述可編程控制器2是門陣列FPGA芯片。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述門陣列FPGA芯片為Xi 1 inx Spartan 3E FPGA器件的 XC3S500E-PQ208。優(yōu)選地，所述存儲模塊7是SRAM存儲模塊，其輸出端與所述FPGA芯片的存儲端口 23連接，用于存儲疲勞程度分析信息。優(yōu)選地，所述主動串行配置模塊8是主動串行XCF04S配置模塊。優(yōu)選地，所述數(shù)碼管顯示模塊6是七段數(shù)碼管顯示模塊，由4個數(shù)碼管組成，與 FPGA芯片的數(shù)碼顯示端口相連。優(yōu)選地，所述下載模塊9通過一個JTAG電纜與外設(shè)的微型計算機(jī)主機(jī)的通用串行 總線接口連接。還優(yōu)選地，所述報警模塊5由一個LED顯示燈和蜂鳴器組成，并分別與FPGA芯片的報警端口相連。還優(yōu)選地，所述撥動開關(guān)3的輸出端與所述FPGA芯片的撥動開關(guān)端口 24連接。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述眼部信息采集模塊4的輸出端與所述FPGA芯片的信息采集端 口 22連接。本實(shí)用新型采用如上技術(shù)方案，其有益效果如下1、疲勞機(jī)理的研究表明人在疲勞時眼睛的眨眼頻率和眼睛的閉合時間會發(fā)生變 化，這種車載的、接觸式的、實(shí)時的駕駛疲勞檢測設(shè)備針對疲勞檢測算法中大數(shù)據(jù)量、高速 傳輸、復(fù)雜運(yùn)算的實(shí)際需要，構(gòu)建由光學(xué)傳感器、眼鏡支架等組成的眼部信息采集系統(tǒng)，使 駕駛員通過佩戴附有光學(xué)傳感器的眼鏡支架，即可以進(jìn)行疲勞程度檢測分析。2、采用可編程控制器作為系統(tǒng)設(shè)計的核心芯片，將撥動開關(guān)、存儲器、LED輸出設(shè) 備、蜂鳴器、數(shù)碼管顯示輸出設(shè)備以及電源模塊與可編程控制器分別連接，并整合于一塊電 路板上，使用方便，體積小，便于攜帶。3、通過JTAG下載接口可實(shí)現(xiàn)JTAG 口和PROM 口的系統(tǒng)軟核下載，并支持*. bit和 *. mcs兩種文件的下載。4、所用的系統(tǒng)可編程邏輯陣列FPGA芯片及連接的各個部件整合成的接觸式實(shí)時 疲勞駕駛檢測系統(tǒng)，可以實(shí)時檢測出駕駛員的疲勞狀態(tài)，隨時進(jìn)行疲勞程度分析以及疲勞報警。


圖1為本實(shí)用接觸式實(shí)時疲勞駕駛檢測系統(tǒng)的總體連接架構(gòu)框圖。 圖2為圖1的接觸式實(shí)時疲勞駕駛檢測系統(tǒng)的電路板的實(shí)際布局圖<
1、電源模塊 22、信息采集端口 3、撥動開關(guān) 51、報警端口 8、EPCS配置模塊
2、FPGA芯片 23、存儲端口 4、信息采集模塊 6、數(shù)碼管顯示模塊 81、下載端口
21、配置端口 24、波動開關(guān)端口 5、報警模塊 7、存儲模塊 9、下載模塊
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型的具體技術(shù)方案。如圖1、圖2所示，本實(shí)用新型的接觸式實(shí)時疲勞駕駛檢測系統(tǒng)設(shè)置為一塊設(shè)有電 源插座的印刷電路板。該電路板上固裝有一可編程控制器，優(yōu)選地為一可編程門陣列FPGA 芯片2，與該FPGA芯片不同引腳分別連接并固裝在電路板上的還有一組電源模塊1、一個 為系統(tǒng)提供啟動檢測的撥動開關(guān)3、眼部信息采集模塊4、報警模塊5、一組反映疲勞程度數(shù) 值的七段數(shù)碼管顯示模塊6、一個為系統(tǒng)存儲眼部采集信息的SRAM存儲模塊7和一連接有 下載模塊9的主動串行XCF04S配置模塊8 ；其中，下載模塊9通過一個JTAG電纜與外設(shè)的 微型計算機(jī)主機(jī)的通用串行總線接口連接；眼部信息采集模塊4包括一個光學(xué)傳感器、眼 鏡支架；報警模塊由一個LED顯示燈和蜂鳴器組成。下面描述上述電路板上各部件的連接關(guān)系。由電源插座接入的+5V直流電源經(jīng)電 源模塊1轉(zhuǎn)換為+3. 3V輸出的直流電源端口，直接為FPGA芯片2的XCF04S配置模塊8和下載模塊9供電；1位撥動開關(guān)3直接與FPGA芯片2的撥動開關(guān)端口 24連接，可為系統(tǒng)提 供1位二值輸入數(shù)據(jù)；一個眼部信息采集模塊4與FPGA芯片2的信息采集端口 22連接，可 為用戶采集眼部信息數(shù)據(jù)；一個SRAM存儲模塊7與FPGA芯片2的存儲端口 23連接，可以 存儲用戶的眼部信息數(shù)據(jù)；一個數(shù)碼管顯示模塊6與與FPGA芯片2的顯示端口 61連接，可 為系統(tǒng)測算的疲勞狀態(tài)PERCL0S(單位時間內(nèi)眼睛閉合時間所占的百分率)數(shù)值提供標(biāo)準(zhǔn) 七段數(shù)碼顯示輸出JTAG下載電纜與一下載芯片輸入端連接構(gòu)成一下載模塊9，該下載模 塊的輸出端與主動串行XCF04S配置模塊8輸入端連接，主動串行XCF04S配置模塊8的輸 出端與FPGA芯片2的配置端口 21連接。其中，系統(tǒng)可編程邏輯陣列FPGA芯片2采用Xilinx公司Spartan 3E FPGA器件 的XC3S500E-PQ208，支持50MHz時鐘頻率，以供設(shè)計選用；該FPGA芯片通過配置端口 21與 主動串行XCF04S配置模塊8連接，下載模塊9通過下載端口 81與下載模塊8連接。電源 模塊1選用兩片型號為LM1085的電源模塊，分別為FPGA芯片2提供內(nèi)核電壓(+1. 5V)和 I/O接口電壓(+3.3V)；下載模塊9通過JTAG接口可為用戶提供數(shù)據(jù)下載的接口，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng) 軟核設(shè)計的下載驗證，并支持*. bit和*. mcs兩種文件的下載；眼部信息采集模塊4選用眼 鏡支架和光學(xué)傳感器采集眼部信息；SRAM存儲模塊7型號為ISSI IS61WV51216BLL，為用戶 提供數(shù)據(jù)存儲。其它部件，如撥動開關(guān)3、報警模塊5中包含的LED顯示燈和蜂鳴器、七段數(shù) 碼管顯示模塊6，均為市售通用產(chǎn)品。圖2為本實(shí)用新型所用的印刷電路板上所有部件的實(shí)際安裝布局圖。即將如圖1 所示的部件與時鐘、撥動開關(guān)等部件整合于一塊電路板上，其體積小，便于攜帶，可與多種 通用外部設(shè)備和微型計算機(jī)主機(jī)連接，可以實(shí)時地進(jìn)行疲勞程度分析以及PERCL0S數(shù)值計 算，并在檢測出用戶疲勞狀態(tài)后進(jìn)行疲勞報警。其中電路板上設(shè)置的50MHZ時鐘頻率作為 整個系統(tǒng)的工作時鐘。本實(shí)用新型的接觸式實(shí)時疲勞駕駛檢測系統(tǒng)的工作過程如下接觸式實(shí)時疲勞駕駛檢測系統(tǒng)的電路板上裝載的電源插座連接到+5V的直流電 源上，經(jīng)過電路板上電源開關(guān)的控制，將外部+5V電源接入電源模塊1，電源模塊1即可為系 統(tǒng)提供+1. 5V和+3. 3V的直流工作電壓，還給系統(tǒng)FPGA芯片2、主動串行XCF04S配置模塊 8和下載模塊7供電。將系統(tǒng)上的JTAG與外設(shè)的微型計算機(jī)的USB接口連接，即可以完成 數(shù)據(jù)的下載。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，駕駛員佩戴接觸式的眼鏡支架，其上的光學(xué)傳感器采集駕駛 員眼部生理信息，將反映眼睛閉合情況的信息傳送到FPGA芯片2中，通過在FPGA芯片2中 的數(shù)據(jù)處理和分析，計算眨眼持續(xù)時間和PERCL0S(單位時間內(nèi)眼睛閉合時間所占的百分 率)兩個參數(shù)，監(jiān)測駕駛員的疲勞狀態(tài)。當(dāng)兩個參數(shù)到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)疲勞狀態(tài)的判定值時，報警系 統(tǒng)通過LED顯示燈和蜂鳴器發(fā)出明顯的光與聲的疲勞報警提示，以警示駕駛員應(yīng)立即停止 駕駛，以免發(fā)生事故。同時，駕駛員也可以重新?lián)軇訂訖z測的撥動開關(guān)3，達(dá)到系統(tǒng)復(fù)位以 及重新檢測的功能。
權(quán)利要求1.一種接觸式實(shí)時疲勞駕駛檢測系統(tǒng)，包括一帶有電源插座的電路板，在該電路板上 固裝有一可編程控制器(2)，與該可編程控制器(2)的不同引腳分別連接并固裝在該電路 板上的還有一組電源模塊(1)、一個為系統(tǒng)提供啟動檢測的撥動開關(guān)(3)、眼部信息采集 模塊(4)、報警模塊(5)、一組反映疲勞程度數(shù)值的數(shù)碼管顯示模塊(6)、一個為系統(tǒng)存儲眼 部采集信息的存儲模塊(7)和一連接有下載模塊(9)的主動串行配置模塊(8)；其特征在 于所述眼部信息采集模塊(4)包括一個光學(xué)傳感器和一副眼鏡支架。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接觸式實(shí)時疲勞駕駛檢測系統(tǒng)，其特征在于所述可編程控 制器(2)是門陣列FPGA芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的接觸式實(shí)時疲勞駕駛檢測系統(tǒng)，其特征在于所述門陣列 FPGA 芯片為 Xilinx Spartan 3E FPGA 器件的 XC3S500E-PQ208。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的接觸式實(shí)時疲勞駕駛檢測系統(tǒng)，其特征在于所述存儲模塊 (7)是SRAM存儲模塊，其輸出端與所述FPGA芯片的存儲端口(23)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接觸式實(shí)時疲勞駕駛檢測系統(tǒng)，其特征在于所述主動串行 配置模塊(8)是主動串行XCF04S配置模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接觸式實(shí)時疲勞駕駛檢測系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)碼管顯 示模塊(6)是七段數(shù)碼管顯示模塊，由4個數(shù)碼管組成，與FPGA芯片的數(shù)碼顯示端口相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接觸式實(shí)時疲勞駕駛檢測系統(tǒng)，其特征在于所述下載模塊 (9)通過一個JTAG電纜與外設(shè)的微型計算機(jī)主機(jī)的通用串行總線接口連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的接觸式實(shí)時疲勞駕駛檢測系統(tǒng)，其特征在于所述報警模塊 (5)由一個LED顯示燈和蜂鳴器組成，并分別與FPGA芯片的報警端口相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的接觸式實(shí)時疲勞駕駛檢測系統(tǒng)，其特征在于所述撥動開關(guān) ⑶的輸出端與所述FPGA芯片的撥動開關(guān)端口(24)連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的接觸式實(shí)時疲勞駕駛檢測系統(tǒng)，其特征在于所述眼部信息 采集模塊(4)的輸出端與所述FPGA芯片的信息采集端口(22)連接。
專利摘要一種接觸式實(shí)時疲勞駕駛檢測系統(tǒng)，包括一帶有電源插座的電路板，在該電路板上固裝有一可編程控制器(2)，與該可編程控制器(2)的不同引腳分別連接并固裝在該電路板上的還有一組電源模塊(1)、一個為系統(tǒng)提供啟動檢測的撥動開關(guān)(3)、眼部信息采集模塊(4)、報警模塊(5)、一組反映疲勞程度數(shù)值的數(shù)碼管顯示模塊(6)、一個為系統(tǒng)存儲眼部采集信息的存儲模塊(7)和一連接有下載模塊(9)的主動串行配置模塊(8)；其特征在于所述眼部信息采集模塊(4)包括一個光學(xué)傳感器和一副眼鏡支架。該接觸式實(shí)時疲勞駕駛檢測系統(tǒng)體積小、價格低、便于攜帶。
文檔編號G08B21/06GK201780652SQ20102023789
公開日2011年3月30日 申請日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者付明, 侯雪峰, 尚媛園, 李馨遲, 陳芳民, 馬森 申請人:首都師范大學(xué)