駕駛員疲勞駕駛是造成交通死亡事故的重要原因之一。目前檢測疲勞駕駛主要有檢測駕駛員生理變化指標、駕駛員外部特征變化或者駕駛員行為及其引起的車輛運動特征的變化等幾種方法。本項目利用加速度傳感器檢測疲勞駕駛，以FPGA作為嵌入式控制核心，控制加速度傳感器采集車輛行駛時的轉向加速度與駕駛員頭部運動狀態等信號，經過相關算法對數據進行處理后得出駕駛員疲勞值，通過TFT顯示屏顯示相應的信息，在疲勞值超出預設值時將進行語音提示，用戶可以通過觸摸屏輸入進行操作。系統具有準確、便捷、成本低的特點，具有極大的社會價值和商業價值。

1項目背景

1.1研究背景

1.1.1疲勞駕駛的社會危害

駕駛疲勞，是指駕駛人在長時間連續行車后，產生生理機能和心理機能的失調，而在客觀上出現駕駛技能下降的現象。駕駛人睡眠質量差或不足，長時間駕駛車輛，容易出現疲勞。駕駛疲勞會影響到駕駛人的注意、感覺、知覺、思維、判斷、意志、決定和運動等諸方面。疲勞后繼續駕駛車輛，會感到困倦瞌睡，四肢無力，注意力不集中，判斷能力下降，甚至出現精神恍惚或瞬間記憶消失，出現動作遲誤或過早，操作停頓或修正時間不當等不安全因素，極易發生道路交通事故。

交通事故統計分析表明，駕駛員疲勞駕駛是造成交通死亡事故的重要原因之一。日本的事故統計揭示，因疲勞產生的事故約占1~1.5%。法國國家警察總署事故報告表明，因疲勞瞌睡而發生車禍的，占人身傷害事故的14.9%，占死亡事故的20.6%。而在高速公路上，通過對2010年1月至12月因疲勞駕駛而發生交通事故致人死亡的案例分析，90%以上是由貨運司機疲勞駕駛造成的。

因此，檢測疲勞駕駛，對預防交通事故的發生有重要意義。

1.1.2基于加速度傳感器疲勞駕駛檢測的優越性

目前檢測疲勞駕駛的方法主要有以下幾種：

利用生理傳感器檢測駕駛員的生理變化指標，如腦電、心電、心率、呼吸等；

檢測疲勞駕駛時駕駛員的外部特征變化，如眨眼、點頭；

檢測駕駛員行為及其引起的車輛運動特征的變化，如換擋，油門以及車輛加速度、車載車道中的位置等。

利用加速傳感器的疲勞駕駛檢測方法隸屬于第三種。現有的產品中，第一種會使用到帶有侵入性的生理傳感器，讓駕駛員十分不舒服，因而使用范圍十分有限；第二種主要是利用機器視覺檢測眨眼或者瞳孔大小變化，它的優點是檢測精度高，但是受光線等外界環境影響比較大。第三種是屬于車載傳感器，因而使用起來十分方便，完全可以集成到車輛中，具有廣泛的應用前景。

1.1.3應用拓展

當產品足夠成熟時，它將得到廣泛的應用。

如果實現聯網，當出現異常車輛運動狀態，判定為交通事故，可以實現報警，并且通知其他車輛，避免出現交通擁堵；

如果能將司機的疲勞駕駛行為記錄在案，傳送給交通部門，可以作為駕駛員的信用記錄，便于交通部門管理和執法。

1.2項目意義

在“以車代步”、物流快速發展的今天，檢測疲勞駕駛，預防交通事故，為每一個家庭護航，有利于維護社會穩定，具有重要意義。通過檢測車輛運動特征的疲勞駕駛檢測方法具有準確、便捷、成本低的特點，但是目前，世界上還沒有通過檢測車輛運動特征的疲勞駕駛檢測系統，基于加速度傳感器的疲勞駕駛檢測儀的出現填補了這方面的空白，研究具有極大的社會價值和商業價值。

2項目方案

2.1系統概述

2.1.1產品模型圖

如圖 2-1所示是產品TFT顯示屏面板示意圖。

圖 2-1? 系統TFT顯示屏面板

本檢測儀LCD面板由四個部分組成：

疲勞曲線繪制區：本區間占面板絕大部分，形象的再現駕駛員駕車過程中的精神狀態，有利于分析疲勞程度的趨勢，做出有效預測。

信息提示區：本區分為三個部分，疲勞進度條可以更加直觀的反應當前時刻的疲勞程度；狀態指示燈指示是否到達疲勞警戒線，當到達警戒線時它會變成紅色；文字提示疲勞程度。

功能按鈕區：功能按鈕區有三個鍵，暫停鍵是在特殊情況是暫停記錄，歷史記錄按鈕可以點出客戶想看的疲勞駕駛曲線，設置鍵主要設置時間。

時間和電量顯示區：顯示當前時間和剩余電量。

2.1.2產品功能概述

基于加速度傳感器的疲勞駕駛檢測儀主要有以下幾項功能

實時監測車輛運動參數，識別駕駛員是否處于疲勞駕駛狀態；

語音報警功能；

記錄駕駛狀態歷史，便于駕駛員分析規律，養成良好駕駛習慣。

2.1.3系統框圖

系統以FPGA作為嵌入式控制的核心，FPGA芯片選擇Xilinx Spartan-6 XC6LX16-CS324。疲勞檢測系統主要由嵌入式控制單元、存儲單元、傳感器電路、電源電路、語音電路、外圍接口電路等部分組成。

圖 2-2? 系統結構框圖

系統利用加速度傳感器采集車輛行駛時的轉向加速度與駕駛員頭部的運動狀態等信號，傳輸到CPU，通過算法加速模塊計算出當前的疲勞值后，將結果以疲勞曲線的形式繪制在TFT顯示屏上。一定時間后將疲勞值信息存儲到SD卡中，方便后續的查看。用戶可以通過電阻式觸摸屏實現人機交互，如查看歷史記錄。

各部分功能如下：

控制單元：負責管理硬件資源和軟件任務間的通信和調度，實現界面顯示和用戶交互，采集加速度傳感器的信息，通過算法計算出疲勞值，控制電池的充放電以及語音報警提示。

存儲單元：存儲Bootloader、Linux內核鏡像以及用戶應用程序，以實現嵌入式系統的正常運行。在用戶存儲空間保存用戶的疲勞信息，以便查看。

外圍接口模塊：實現系統與外圍設備的通信。如UART、I2C、SPI、VGA等接口。有些特殊器件通過設計相應的接口IP實現通信。