基于MM908E625和Low-G的汽车疲劳驾驶监控

引言

疲劳驾驶是公路汽车驾驶特别是高速公路上的“隐形杀手”，据相关统计，从交通事故的大量案例分析中得出的结论认为：开车人因疲劳驾驶所造成的道路交通事故约占交通事故总数的20％。而疲劳驾驶在死亡交通事故的原因中却占22％－30％，在死亡交通事故的原因中居首位，由此可想疲劳驾驶对道路交通安全的危害性。我国新的《道路交通法》中，为维护道路交通安全，也明文规定了对驾驶速度、连续驾驶时间等。国外一些交通运输发达国家也制定这方面的国家统一法规。

除法规建设外，国内外的汽车厂商也设计出各种仪器设备用于疲劳驾驶监控，一种针对疲劳驾驶的红外线眼球扫描仪在美国研制成功，这种眼球扫描仪外形如同一个小型摄像机，使用也很方便，只要把它安装在仪表盘上，让镜头对准司机，扫描仪就会连续发出红外线信号来扫描司机眼球中的眼白部分，同时判断出疲劳程度并发出“减速停车”、“休息一下”等警告信号。雷诺、尼桑等产业巨头长期研发克服疲劳驾驶一种监视系统,因理论技术应用缺陷仍无法商业推广。日本丰田公司研制的疲劳报警装置，只要驾驶员在操纵转向盘时有一点迟钝，或脉搏有一点异常变化，该装置就能测出这些反应，并发出警告，令座垫振动或自动刹车。

日本东京大学研制出的疲劳测试器，可戴在司机的手腕上。该测试器内部装有一小型氧气电池电极，能测量司机汗液中的乳酸、氨和酒精含量，然后通过小型无线电发射器把数据传送到研究中心。研究中心通过电脑分析，判定司机的疲劳程度，及时向司机发出警告，避免交通事故的发生。国内也有可有效预防驾驶员违章驾驶、遏制重大交通事故的“汽车行驶记录仪”通过鉴定的报道。

以上这些方法因这样或那样的问题，达到实用都存在一定的困难。随着电子技术的飞速发展，通过采用最先进的测试技术，结合嵌入式计算机、网络技术的应用，智能控制技术，对汽车疲劳驾驶状态进行监控，达到减少因疲劳驾驶造成的道路交通事故的目的。

设计概述

本设计的目标是应用现代电子技术的最新发展成果，用Motorola公司为第五届嵌入式微处理器“Freescale杯”提供的芯片和传感器，设计基于MM908E625和Low-G的汽车驾驶状态（疲劳驾驶）监控仪。

监控仪特性：

1． 方向盘的转向轴、油门踏板和刹车踏板多点监控。
2． 加速度传感器信号独立处理，确保实时性。
3． LIN总线网络，实现汽车中的分布式电子系统控制。
4． 互动平台：驾驶路况选择，更有利于控制系统监控。提供声光、震动报警提示。
5． 大容量数据存储和采集，大屏幕LCD显示，异动驾驶时间段数据查询。
6． 神经元网络技术、模糊控制和专家系统。

汽车驾驶状态（疲劳驾驶）监控仪的基本思路是当驾驶员正常驾驶、短距离驾驶、短时间驾驶时，没有疲劳驾驶问题，这时监控仪的工作是对驾驶员的驾驶习惯进行数据搜集，建立驾驶习惯数学模型，并根据不断采集的数据进行修正。

随着连续驾驶时间的增加，监控仪自动进入疲劳驾驶监控状态，如果驾驶员有疲劳症状，必然会反映出与正常驾驶不同的偏差。如：突然急刹车的频率增加、连续大油门时的方向盘突然转向，油门踏板的平稳性变化等。结合神经元网络技术、模糊控制和专家系统，组成对驾驶员的驾驶状态的监控，增加与驾驶员的互动平台，向驾驶员提出驾驶指示、报警等。本人已在自己的自动波车上作过一些尝试，并取得成果。

加速度传感器Low-G分别被安装在方向盘的转向轴、油门踏板和刹车踏板上，由MCU/DSP嵌入式微处理器MM908E625对传感器的信号进行处理，并组成LIN总线网络。

传感器除了采用加速度传感器Low-G外，还需要速度和位置传感器。

硬件描述

1. 硬件系统构成：

系统主节点为嵌入式PC 机，配置PIII 处理器、触摸屏提供交互式界面，主节点PC 机完成数据库的建立、更新，智能控制程序运行和对LIN 子节点的通讯管理。交互式界面提供路段、路况、测控时间等选择，对驾驶状态的等级提示和报警等。

主节点经过LIN 接口板连接到四个LIN 子节点，LIN 子节点以MM908E625 为核心，对加速度、发动机转速、车速、节气门开度和制动踏板位置等物理量进行检测和信号预处理，其中第一、二、三子节点对方向盘的转向轴、油门踏板和刹车踏板加速度传感器Low-G 信号独立处理。第四个LIN 子节点对发动机转速、车速、节气门开度和制动踏板位置，发动机转速、车速采用霍尔脉冲式传感器，节气门开度、制动踏板位置采用霍尔线性传感器。

实验表明：加速度信号更能反映汽车驾驶者在正常驾驶和疲劳驾驶时，对车辆的方向盘的转向轴、油门踏板和刹车踏板这三个关键部件的操控效果的不同，正常驾驶时加速度信号的输出电压在中心点电压±0.5V 变化，而疲劳驾驶时加速度信号的输出电压在中心点电压±1V 变化，且加速度信号变化的频度大于正常驾驶的情况。

第四个LIN 子节点的测量信号作为模糊控制器的输入限定条件。

硬件系统结构框图如图（1）所示：