CN106448060B - 一种疲劳驾驶报警装置及报警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种疲劳驾驶报警装置及报警方法，属于汽车驾驶报警领域。该报警装置包括左皮阻采集模块、左皮温采集模块、右皮阻采集模块、右皮温采集模块、左皮阻恒流源、左皮温恒流源、右皮阻恒流源、右皮温恒流源、左皮阻取样电路、左皮温取样电路、右皮阻取样电路、右皮温取样电路、单片机、报警模块和电源。通过采集驾驶员把持方向盘的左手和右手的皮电阻和皮温度信号并转换为电压信号，在预设时间段对皮电阻和皮温度电压进行平均统计，依据统计值的变化情况来判断驾驶员的疲劳特征，并启动报警模块，解决了传统疲劳驾驶报警装置不稳定和不准确的问题，该报警装置抗干扰能力强，采集数据准确，判断疲劳特征准确，适用范围广。

Description

一种疲劳驾驶报警装置及报警方法

技术领域

本发明属于汽车驾驶报警领域，具体涉及一种对驾驶员在驾驶过程中出现疲劳驾驶状态后及时报警的报警装置及报警方法。

背景技术

疲劳驾驶一直是人类的公路杀手，据相关调查，现代因疲劳驾驶所发生的交通事故占到了全部交通事故的20％，在特大交通事故中更是占到了40％的比例，这些交通事故导致了大量的财产损失及人员伤亡，因此如何对车辆驾驶员在驾驶过程中的疲劳程度进行监测，并及时且有效的进行提示和预警，成为减少现代交通事故发生率的一个重要课题。

目前在此问题上主要存在以下几个方面的研究和开发：

1、人体生理特征方面：主要是研究脑电波、生物皮电及脉搏等的异常变化，如我国专利号200610005069.9的发明专利公开的一种作业指示***，它就是采用探测部件探测作业者的生理状况，然后在疲劳度判定部件中将其探测的生理状况值与存储的基准值相比较，从而判断作业者的疲劳度，此种方法的缺点是环境和人体个性的差异对人体生理状况的影响非常大，很容易产生疲劳干扰信号，从而导致判断结果不准确，经常会发生误报警的情况。

2、人体肤体变化特征方面：主要是研究人体肤体的异常变化，如我国专利号200610007961.0的发明专利公开的一种疲劳驾驶检测技术，它就是通过距离检测器检测驾驶员头部是否发生向下弯曲的情况，以此来判断驾驶员是否在打瞌睡，此种方法的缺点是容易产生误报警且报警不及时，因为驾驶员并不仅仅在打瞌睡时会头部向下弯曲，当驾驶员想放松下而扭动头部时就易产生误报警，而且等到驾驶员瞌睡程度到头部已经弯下时才报警可能已经太迟了，不能起到及时报警的作用。

3、汽车运行特征方面：主要是研究汽车运行的异常变化情况，如我国专利号200610124441.8的发明专利所公开的一种疲劳驾驶机动车的警告装置，它就是采用通过判断汽车运行的轨迹是否是“S”型来判断驾驶员是否处于疲劳驾驶状态，但是这种方法在路面本身就是“S”型时就易产生误报警，而且在路面比较狭窄的情况会出现报警不及时的情况。

4、驾驶时间特征方面：主要是记录驾驶时间看是否超时，如我国专利号200420097002.9的发明专利所公布的一种汽车信息测试控制装置里面就具有连续驾驶时间计时功能，当连续驾驶时间超过预设时间时进行报警，但此种方法明显过于机械，因为驾驶时间超过规定时间并不就一定意味着驾驶员已经疲劳，所以容易出现误报警，而且这种方式明显不适合需长途开车的情况，适用性不强。

5、驾驶习惯和人体生物皮电变化特征方面：主要是研究驾驶员双手握住方向盘上与双手相匹配的两根电极间的人体生物皮电阻的变化，如我国专利号200710050128.9所公布的一种汽车疲劳驾驶报警方法，它是采用计时器对双手握住方向盘超时报警，同时，采用计时器对双手在两根电极间皮电阻上升计数超限报警，计时器和计数器报警的有机结合是该方法的特点，但是这种方法只对双手握住方向盘驾驶的司机有效，对习惯单手驾驶的司机无效，由于双手握住方向盘驾驶的时间因驾驶员的习惯而异，对计时器超时报警时间不好确定；计数器对双手握住方向盘上的两根电极间的皮电阻上升超限报警，对汗少和汗多的司机无效，当天气寒冷，手心干燥，双手与电极接触后，接触电阻缓慢下降，人体生物皮电的变化被覆盖，当天气炎热，手心汗多，温热性汗液将精神性汗液淹没，计数器将得不到人体生物皮电的变化；由于该方法只有一种恒流源电流，对人体在不同环境下皮电阻的较大变化，不能自动调节电流，造成皮电阻分辨率低，甚至不能分辨。这种方法在实际使用中适应的人群受到限制，受环境影响较大，报警准确率不高，适用性不强。

针对以上几个方面的研究方法，将疲劳驾驶的监测方式归纳为3种，第一种是人体生物感应监测方式，如上面的1类；第二种是驾驶习惯监测方式，如上面2、3和4类；第三种是人体生物感应与驾驶习惯相结合的监测方式，如上面的5类。归纳以上3种方式，第一种方式受环境和个性差异影响非常大，容易产生干扰而影响监测的准确性和实用性，第二种方式受司机个性差异和主观意志的影响大，过于机械，容易出现错误的疲劳诊断等问题，第三种方式是目前比较实用的方式，但是，也不能完全解决第一种和第二种方式存在的问题。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明提供一种疲劳驾驶报警装置，该报警装置不受气候、人体个体差异以及驾驶员主观意识的影响，能达到及时准确报警的目的。

为了达到发明目的，本发明采用的技术方案为：一种疲劳驾驶报警装置，其特征在于，包括左皮阻采集模块、左皮温采集模块、右皮阻采集模块、右皮温采集模块、左皮阻恒流源、左皮温恒流源、右皮阻恒流源、右皮温恒流源、左皮阻取样电路、左皮温取样电路、右皮阻取样电路、右皮温取样电路、单片机、报警模块和电源；

所述左皮阻采集模块和右皮阻采集模块分别安装在汽车方向盘的左手把持部位和右手把持部位，用于采集驾驶员的左手皮电阻信号和右手皮电阻信号；所述左皮阻采集模块的输出端与左皮阻取样电路的输入端相连接，所述左皮阻取样电路的输出端与单片机相连接；所述右皮阻采集模块的输出端与右皮阻取样电路的输入端相连接，所述右皮阻取样电路的输出端与单片机相连接；

所述左皮温采集模块和右皮温采集模块分别安装在汽车方向盘的左手把持部位和右手把持部位，用于采集驾驶员的左手皮温度信号和右手皮温度信号；所述左皮温采集模块的输出端与左皮温取样电路的输入端相连接，所述左皮温取样电路的输出端与单片机相连接；所述右皮温采集模块的输出端与右皮温取样电路的输入端相连接，所述右皮温取样电路的输出端与单片机相连接；

所述电源分别与左皮阻恒流源、左皮温恒流源、右皮阻恒流源、右皮温恒流源、单片机和报警模块相连接；

所述单片机还分别与左皮阻恒流源、左皮温恒流源、右皮阻恒流源、右皮温恒流源和报警模块相连接；

所述左皮阻恒流源的输出端与左皮阻采集装置的输入端相连接；左皮温恒流源的输出端与左皮温采集装置的输入端相连接；右皮阻恒流源的输出端与右皮阻采集装置的输入端相连接；右皮温恒流源的输出端与右皮温采集装置的输入端相连接。

这里，该疲劳驾驶报警装置能准确采集驾驶员的皮电阻和皮温度信号，并转换为电压信号，通过对电压信号取样分析，统计计算，判断驾驶员的疲劳情况，能实现对驾驶员疲劳驾驶时的准确报警。

更优地，所述左皮阻采集模块和右皮阻采集模块均是由两个宽度和长度相同的单电级组成的双电极。

这里，采用双电极测量手的皮电阻，测量方式简单，测试结果准确。

更优地，所述左皮温采集模块和右皮温采集模块均是由2个或2个以上温度感应器串联组成的温度感应器组。

这里，采用多个温度感应器串联组成温度感应器组，可以保证至少1个温度感应器能采集到驾驶员的手温度信号。

更优地，所述左皮阻采集模块、左皮温采集模块、右皮阻采集模块和右皮温采集模块镶嵌在汽车方向盘把套上或方向盘上。

本发明还提供了一种疲劳驾驶报警方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)统计计时器开始计时；

(2)采集驾驶员的左手皮电阻信号、左手皮温度信号、右手皮电阻信号和右手皮温度信号；

(3)将采集到的左手皮电阻信号、左手皮温度信号、右手皮电阻信号和右手皮温度信号经过取样电路后转换为对应的持续电压信号S1、S2、S3、S4；所述S1和S3随皮电阻信号的增大而减小或者随皮电阻信号的减小而增大，S2和S4随皮温度信号的增高而增大或者随皮温度信号的降低而减小；

(4)采集S1和S3的瞬间电压值，并与预设标准电压值Vs相比较，若S1和S3中任一个电压值大于Vs时，取样计时器开始计时；

(5)判断取样计时器是否到达预设的取样时间T1，若未到达取样时间T1，则监测S1和S3的电压值，若S1和S3中任一个电压值发生变化，从大于Vs变化到小于Vs或者从小于Vs变化到大于Vs时，取样计时器清零，进入步骤(4)；若到达取样时间T1，则进入步骤(6)；

(6)对持续电压信号S1、S2、S3、S4进行取样，获得一组对应的瞬间电压值V1S、V2S、V3S、V4S；

(7)将获得的一组瞬间电压值V1S、V2S、V3S、V4S经过比较处理和选择处理，获得本次取样的一个有效皮电阻电压值VR和一个有效皮温度电压值VT并存储；所述比较处理和选择处理步骤为：

将V1S和V3S的值与Vs进行比较，若V1S和V3S中任一个电压值大于Vs，进一步将V1S和V3S的值与0进行比较，若V1S值大于0，V3S值等于0，则取V1S值为本次取样的VR值，取V2S值为本次取样的VT值；若V1S值等于0，V3S值大于0，则取V3S值为本次取样的VR值，取V4S值为本次取样的VT值；若V1S值大于0，V3S值大于0，则取V1S和V3S中电压值小的值为本次取样的VR值，取V2S和V4S中电压值大的值为本次取样的VT值；将VR和VT值存储；若V1S和V3S的值均小于Vs，则V1S、V2S、V3S、V4S值均为0，VR和VT值均为0并存储；

(8)判断统计计时器的计时时段T2是否已到，若计时时段T2未到，则进入步骤(5)，若计时时段T2已到，进入步骤(9)；

(9)将在计时时段T2内存储的多个非零的有效皮电阻电压值求平均值，获得一个平均皮电阻电压值并存储，将在计时时段T2内存储的多个非零的有效皮温度电压值求平均值，获得一个平均皮温度电压值并存储；

(10)判断已存储的平均皮电阻电压值个数或平均皮温度电压值个数是否达到n个，若未达到n个，则统计计时器清零，进入步骤(1)，若达到n个，则进入步骤(11)；

(11)判断前n个平均皮电阻电压值或前n个平均皮温度电压值是否出现连续减小的情况，若出现则进入步骤(12)；若未出现，则统计计时器清零，进入步骤(1)；

(12)发出报警信号，同时监测S1和S3的瞬间电压值；若S1和S3中任一个电压值发生变化，从大于Vs变化到小于Vs或者从小于Vs变化到大于Vs时，报警终止，统计计时器清零，进入步骤(1)。

更优地，所述采集左手皮电阻信号和右手皮电阻信号的方法为：利用左皮阻恒流源向安装在方向盘左手把持部位上的左皮阻采集模块和右皮阻恒流源向安装在右手把持部位上的右皮阻采集模块两端进行通电来采集；

所述采集左手皮温度信号和右手皮温度信号的方法为：利用左皮温恒流源向安装在方向盘左手把持部位上的左皮温采集模块和右皮温恒流源向安装在右手把持部位上的右皮温采集模块两端进行通电来采集。

更优地，所述用于采集左手皮电阻信号和右手皮电阻信号的恒流源的输出电流大小能够根据监测到的S1和S3的电压值情况而调整。

这里，此改进的目的在于根据皮电阻值的大小调节左右皮电阻恒流源的电流强度，使得皮电阻值的变化容易被察觉。

更优地，所述步骤(12)的报警方式为：

(1)轻度报警；

(2)进行轻度报警后，监测S1和S3的电压值变化，在规定时间段内，若S1和S3的电压值稳定在小于Vs区间或者稳定在大于Vs区间，进行中度报警；

(3)进行中度报警后，监测S1和S3的电压值变化，在规定时间段内，若S1和S3的电压值稳定在小于Vs区间或者稳定在大于Vs区间，进行高度报警。

这里，将报警的级别进行细化，对应不同的疲劳程度进行报警。此改进提供一个人机互动测试功能，测试驾驶员当前动作反应的敏捷程度，如果驾驶员出现轻度疲劳，轻度报警后，驾驶员如果动作反应快，在中度报警到来前，可以用左右手松开或把持方向盘，将报警中断；如果驾驶员出现中度疲劳，中度报警后，驾驶员如果动作反应快，在高度报警到来前，可以用左右手松开或把持方向盘，将报警中断；如果驾驶员出现高度疲劳，高度报警后，驾驶员如果动作反应慢，在持续高度报警后，可以用左右手松开或把持方向盘，将报警中断；如果报警后，驾驶员没有左右手松开或把持方向盘动作，报警器将持续高度报警，直到驾驶员被唤醒，用左右手松开或把持方向盘动作中断报警。通过以上的互动中断报警功能，实现唤醒驾驶员的目的。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明依据驾驶员手上汗量变化和手温变化能够反映驾驶员疲劳情况的原理，提供了一种疲劳驾驶报警装置，该报警装置通过实时采集驾驶员左右手皮电阻和皮温度信号并转换为电压信号，选择左右手的瞬间皮电阻和皮温度电压信号，在规定的时间段对皮电阻电压和皮温度电压进行平均统计，依据统计值的变化情况来判断驾驶员的疲劳特征，增强了报警装置的抗干扰能力，大大提高了采集数据的准确度和判别疲劳特征的准确度，该报警装置的左皮阻恒流源和右皮阻恒流源能根据左皮阻模块和右皮阻模块上汗量的多少自动调节通过左皮阻模块和右皮阻模块上的电流大小，使左皮阻模块和右皮阻模块呈现的皮电阻疲劳特征更加明显，大大提高了报警装置的抗干扰能力；通过驾驶员在方向盘上用手的动作与报警信号互动中断报警，简单巧妙的实现了报警装置对驾驶员的唤醒，大大提高了疲劳报警的准确度和实用性。由于可以采集左手和右手的皮电阻和皮温度信号，本发明适合国内外所有具有不同驾驶习惯的驾驶员。

附图说明

图1是本发明疲劳驾驶报警装置实施例1的结构示意图；

图2是本发明疲劳驾驶报警装置实施例1的电路图；

图3是本发明疲劳驾驶报警方法实施例2的流程图；

图中标记为：1-左皮阻双电极，2-左皮温感应器组，3-右皮阻双电极，4-右皮温感应器组，5-左皮阻恒流源，6-左皮温恒流源，7-右皮阻恒流源，8-右皮温恒流源，9-左皮阻取样电路，10-左皮温取样电路，11-右皮阻取样电路，12-右皮温取样电路，13-单片机，14-报警模块，15-电源。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明对驾驶员是否疲劳驾驶的判断理论依据如下：发明人经过实验发现，驾驶员在驾驶时，手上的皮电阻和皮温度会随司机的精神状态的变化而变化，当司机清醒和亢奋时，手上的汗会增多导致皮电阻减小，皮温度增高，当司机疲劳时，手上的汗会减少导致皮电阻增大，皮温度下降，这种疲劳特征不能瞬间呈现，需要在一定的时间内对若干个瞬间变化数据进行选择、统计和计算，才能清晰呈现出来。为使其本发明的介绍更简洁，“皮电阻”简称为“皮阻”，“皮温度”简称为“皮温”。

实施例1：

如图1、图2所示，本发明提供了一种疲劳驾驶报警装置，包括作为左皮阻采集模块的左皮阻双电极1、作为左皮温采集模块的左皮温感应器组2、作为右皮阻采集模块的右皮阻双电极3、作为右皮温采集模块的右皮温感应器组4、左皮阻恒流源5、左皮温恒流源6、右皮阻恒流源7、右皮温恒流源8、左皮阻取样电路9、左皮温取样电路10、右皮阻取样电路11、右皮温取样电路12、单片机13、报警模块14和电源15。

左皮阻双电极1和右皮阻双电极3分别安装在汽车方向盘左手把持部位和右手把持部位上，用于采集驾驶员的左手皮电阻信号和右手皮电阻信号；左皮阻双电极1的输出端与左皮阻取样电路9的输入端相连接，左皮阻取样电路9的输出端与单片机13相连接，右皮阻双电极3的输出端与右皮阻取样电路11的输入端相连接，右皮阻取样电路11的输出端与单片机13相连接。

左皮温感应器组2和右皮温感应器组4分别安装在汽车方向盘左手把持部位和右手把持部位上，用于采集驾驶员的左手皮温度和右手皮温度；左皮温感应器组2的输出端与左皮温取样电路10的输入端相连接，左皮温取样电路10的输出端与单片机13相连接，右皮温感应器组4的输出端与右皮温取样电路12的输入端相连接，右皮温取样电路12的输出端与单片机13相连接。

电源分别与左皮阻恒流源5、左皮温恒流源6、右皮阻恒流源7、右皮温恒流源8、单片机13和报警模块14相连接，用于为整个疲劳驾驶报警装置供电。

所述单片机13还分别与左皮阻恒流源5、左皮温恒流源6、右皮阻恒流源7、左皮温恒流源8和报警模块14相连接，用于疲劳驾驶报警装置的编程计算、计时、计数、判断、控制和储存。

左皮阻恒流源5的输出端与左皮阻双电极1的输入端相连接，负责向左皮阻双电极1供电；左皮温恒流源6的输出端与左皮温感应器组2的输入端相连接，负责向左皮温感应器组2供电；右皮阻恒流源7的输出端与右皮阻双电极3的输入端相连接，负责向右皮阻双电极3供电；右皮温恒流源8的输出端与右皮温感应器组4的输入端相连接，负责向右皮温感应器组4供电。

左皮阻双电极1和左皮温感应器组2安装在方向盘的左半部；右皮阻双电极3和右皮温感应器组4安装在方向盘的右半部。

该疲劳驾驶报警装置可以安装在方向盘把套上，适合于已出厂的汽车使用；也可以在汽车制造中，将部分设备安装在方向盘上面，部分设备安装在仪表盘里面，作为新车配套使用。

实施例2：

如图3所示，根据实施例1所述疲劳驾驶装置的疲劳驾驶报警方法，具体步骤如下：

(1)单片机的统计计时器开始计时。

(2)采集驾驶员的左手皮电阻信号、左手皮温度信号、右手皮电阻信号和右手皮温度信号。

采集把持方向盘的左右手上的电阻信号的方法，是利用左皮阻恒流源5和右皮阻恒流源7向安装在方向盘左右手把持部位(方向盘的左右半部)上的两个分离的双电极左皮阻双电极1和右皮阻双电极3进行通电来采集的。左皮阻双电极1和右皮阻双电极3的电极按规定宽度RG为2毫米和规定间距3毫米，考虑到汽车方向盘的直径大小不同，左皮阻双电极1的长度RL为上端在方向盘上的11点钟位置，下端在方向盘上的7点钟位置，右皮阻双电极3的长度RL为上端在方向盘上的1点钟位置，下端在方向盘上的5点钟位置，当左手或右手或双手握持住方向盘，就能采集到手上的电阻信号。而采集把持方向盘左右手上的温度信号的方法，是利用左皮温恒流源6和右皮温恒流源8分别向安装在方向盘左右手把持部位(方向盘的左右半部)上的左皮温感应器组2和右皮温感应器组4进行通电来采集的，左皮温感应器组2和右皮温感应器组4均是由规定数量TG为5个温度感应器串联而成，左皮温感应器组2的5个温度感应器分别安装在方向盘上7、8、9、10、11点钟的位置，右皮温感应器组4的5个温度感应器分别安装在方向盘1、2、3、4、5点钟的位置，一般情况，当左手或右手把持方向盘时，总会把持1个左右的温度感应器，当左手或右手或双手把持方向盘时，就能采集到手上的温度信号。

(3)将采集到的左手皮电阻信号、左手皮温度信号、右手皮电阻信号和右手皮温度信号分别经过左皮阻取样点路9、左皮温取样电路10、右皮阻取样电路11、右皮温取样电路12后转换为对应的持续电压信号S1、S2、S3、S4；所述S1和S3随皮电阻信号的增大而减小或者随皮电阻信号的减小而增大，S2和S4随皮温度信号的增高而增大或者随皮温度信号的降低而减小。

要将电阻信号和温度信号转化为电压信号，可以采用取样电路将连续的电阻信号转化为连续的电压信号S1、S2、S3、S4，由于皮电阻双电极和皮温度感应器组的一端接电源正极，为恒定的高电压，本发明的左皮阻取样电路9、左皮温取样电路10、右皮阻取样电路11、右皮温取样电路12只能从皮电阻和皮温度的另一端取相对低的电压，流向皮电阻和皮温度的恒定电流是从高电压端流向低电压端，左皮阻取样电路9、左皮温取样电路10、右皮阻取样电路11、右皮温取样电路12所取的电压是相对电源负极的电压差S1、S2、S3、S4，皮电阻越大，取样电压越小，皮温度越高(温度感应器电阻越小)，取样电压越大，反之，皮电阻越小，取样电压就越大，皮温度越低(温度感应器电阻越大)，取样电压越小，由于本发明的取样电路的取样点是相对于电源负极电压，这样如图2，左皮电阻双电极1、左皮温感应器组2、右皮阻双电极3和右皮温感应器组4是串联在相应的左皮阻恒流源5、左皮温恒流源6、右皮阻恒流源7和右皮温恒流源8的输出线路中，根据欧姆定律和串联电路计算公式，取样电压为：

S1＝VE-R1×I1，VE为恒定的电源电压，R1为左皮阻双电极1间变化的左手皮电阻值，I1为恒流源1输出的恒定电流；

S2＝VE-R2×I2，VE为恒定的电源电压，R2为左皮温感应器组2感应左手皮温输出的电阻值，温度升高，左皮温感应器组2输出的电阻越小，温度下降，左皮温感应器组2输出的电阻越大，I2为恒流源2输出的恒定电流；

S3＝VE-R3×I3，VE为恒定的电源电压，R3为右皮阻双电极3间变化的右手皮电阻值，I3为恒流源3输出的恒定电流；

S4＝VE-R4×I4，VE为恒定的电源电压，R4为右皮温感应器组4感应右手皮温输出的电阻值，温度升高，右皮温感应器组4输出的电阻越小，温度下降，右皮温感应器组4输出的电阻越大，I4为恒流源4输出的恒定电流。

这样，从以上公式和说明得出，电阻越大，电压越小，反之，电阻越小，电压越大。本发明的取样电路所取得的S1、S2、S3、S4电压与皮电阻和皮温完全为线性关系，取样电压完全能真实反应皮电阻和皮温度的变化。

(4)采集S1和S3的瞬间电压值，并与预设标准电压值Vs相比较，若S1和S3中任一个电压值大于Vs时，取样计时器开始计时。

当左手和右手松开方向盘时，S1和S3稳定在低电压值0-0.5伏，当左手和右手把持方向盘时，S1和S3稳定在高电压值1.2-3伏，预设标准电压值Vs为0.5伏，当判断左手或右手是否把持方向盘时，看左右手上的电压信号S1和S3是否高于预设标准电压值Vs，当电压信号S1和S3小于或者等于0.5伏的时候，说明左右手离开了方向盘。

(5)判断取样计时器是否到达预设的取样时间T1(8秒)，若未到达取样时间T1(8秒)，则监测S1和S3的电压值，若S1和S3中任一个电压值发生变化，从大于Vs变化到小于Vs或者从小于Vs变化到大于Vs时，取样计时器清零，进入步骤(4)；若到达取样时间T1，则进入步骤(6)。

(6)对持续电压信号S1、S2、S3、S4进行取样，获得一组对应的瞬间电压值V1S、V2S、V3S、V4S。

本步骤的目的是将模拟电压信号S1、S2、S3、S4输入到单片机13的ADC(模拟数字转换器)端口PF0、PF1、PF2和PF3，如图2，转换成数字电压进行分析，判断驾驶员是否可能处于疲劳状态。

当只有左手把持方向盘，就判断左手把持端的电压信号S1，如果S1高于Vs时就进行取样；当只有右手把持方向盘，就判断右手把持端的电压信号S3，如果S3高于Vs时就进行取样；当左手和右手同时把持方向盘，就判断左手把持端的电压信号S1是否高于预设标准电压值Vs，同时，判断右手把持端的电压信号S3是否高于预设标准电压值Vs，如果S1高于Vs或S3高于Vs时就进行取样。

左皮阻恒流源5和右皮阻恒流源7的电流档共4档，初始电流为1档，电流是0.5微安，档越高，电流越大，2档电流为3微安，3档电流为11微安，4档电流为17微安，判断左右手上的电压信号S1或S3是否高于规定电压2.4伏，如果电压信号S1或S3在规定的时间段10秒内持续高于规定电压2.4伏，左皮阻恒流源5和右皮阻恒流源7电流都上升一挡，当判断左右手上的电压信号S1和S3是否低于规定电压1伏，如果电压信号S1和S3在规定的时间段10秒内持续低于规定电压1伏，左皮阻恒流源5和右皮阻恒流源7电流都下降一挡；如果左右手上的电压信号S1或S3在规定的时间段10秒内没有持续高于规定电压2.4伏，并且S1和S3没有持续低于规定电压1伏，则恒流源5和恒流源7所在的挡位保持不变，电流保持不变。

众所周知，手上的汗液越多，其皮电阻越小，反之其皮电阻越大。当手上汗液多的时候，皮电阻的变化值非常的小，而当手干的时候，皮电阻的变化值又非常大。倘若都用同样的左皮阻恒流源5和右皮阻恒流源7电流，势必会导致手上汗液多的时候电压信号S1和S3变化不易察觉,而手上汗液少的时候电压信号S1和S3变化过大。

实现恒流源电流的改变是由单片机13的端口PE3、PE4分别输出的模拟电压输入到左皮阻恒流源5和右皮阻恒流源7中运算放大器U1A和U1C的的正(+)输入口，如图2，控制左皮阻恒流源5和右皮阻恒流源7的输出电流I1和I3大小，PE3、PE4输出的模拟电压越大，左皮阻恒流源5和右皮阻恒流源7输出的电流I1和I3越大，PE3、PE4输出的模拟电压越小，左皮阻恒流源5和右皮阻恒流源7输出的电流I1和I3越小。由单片机13的端口PE5输出的模拟电压同时输入到左皮阻恒流源5和右皮阻恒流源7中运算放大器U1B和U1D的正(+)输入口，控制左皮温恒流源6和右皮温恒流源8的I2和I4电流为10微安，PE5输出的电压为恒定电压。

利用单片机13进一步判断电压信号S1或S3是否在规定的时间段10秒持续高于规定电压2.4伏(即手上汗液多，皮电阻值小，取样电压大的情况)，如果是，就增大左皮阻恒流源5和右皮阻恒流源7提供给采集左右手电阻信号的电极1和电极3的电流，使得左皮阻取样电路9和右皮阻取样电路11的放大倍数增加，左皮阻取样电路9和右皮阻取样电路11灵敏度提高。如果电压信号S1和S3在规定的时间段10秒持续低于规定电压1伏(即手上汗液少，皮电阻值大，取样电压小的情况)，就减小左皮阻恒流源5和右皮阻恒流源7提供给采集左右手电阻信号的左皮阻双电极1和右皮阻双电极3的电流，使得左皮阻取样电路9和右皮阻取样电路11的放大倍数减小，左皮阻取样电路9和右皮阻取样电路11灵敏度降低。如果电压信号S1或S3在规定的时间段10秒没有持续高于规定电压2.4伏并且S1和S3没有持续低于规定电压1伏，则左皮阻恒流源5和右皮阻恒流源7电流保持不变。

左皮阻恒流源5和右皮阻恒流源7提供给安装在方向盘左右手把持端上两个分离的双电极(左皮阻双电极1和右皮阻双电极3)的电流随皮电阻值的变化而变化，手的汗液越多，电阻越小，提供的电流就越大，反之，手越干燥，电阻越大，提供的电流就越小，这样，采集左皮阻双电极1和右皮阻双电极3上左右手电阻的变化就比较均衡和明显，避免手干燥电阻变化过大或手汗多电阻变化过小，保证采集的精度均衡准确。

(7)将获得的一组瞬间电压值V1S、V2S、V3S、V4S经过比较处理和选择处理，获得本次取样的一个有效皮电阻电压值VR和一个有效皮温度电压值VT并存储；所述比较处理和选择处理步骤为：

将V1S和V3S的值与Vs进行比较，若V1S和V3S中任一个电压值大于Vs，进一步将V1S和V3S的值与0进行比较，若V1S值大于0，V3S值等于0，则取V1S值为本次取样的VR值，取V2S值为本次取样的VT值；若V1S值等于0，V3S值大于0，则取V3S值为本次取样的VR值，取V4S值为本次取样的VT值；若V1S值大于0，V3S值大于0，则取V1S和V3S中电压值小的值为本次取样的VR值，取V2S和V4S中电压值大的值为本次取样的VT值；将VR和VT值存储；若V1S和V3S的值均小于Vs，则V1S、V2S、V3S、V4S值均为0，VR和VT值均为0并存储；

(8)判断统计计时器的计时时段T2(5分钟)是否已到，若计时时段T2(5分钟)未到，则进入步骤(5)，若计时时段T2(5分钟)已到，进入步骤(9)。

(9)将在计时时段T2(5分钟)内存储的多个非零的有效皮电阻电压值求平均值，获得一个平均皮电阻电压值并存储，将计时时段T2(5分钟)内存储的多个非零的有效皮温度电压值求平均值，获得一个平均皮温度电压值并存储。

(10)判断已存储的平均皮电阻电压值个数或平均皮温度电压值的个数是否达到3个，若未达到3个，则统计计时器清零，进入步骤(1)，若达到3个，则进入步骤(11)。

(11)判断前3个平均皮电阻电压值或前3个平均皮温度电压值是否出现连续减小的情况，若出现则进入步骤(12)；若未出现，则统计计时器清零，进入步骤(1)。

当已存储的平均皮电阻电压值个数或平均皮温度电压值的个数达到3个，则开始进行数据分析，当前3个平均皮电阻电压值或平均皮温度电压值出现连续减小后，则进行报警，报警发生在第3个统计时段结束时刻。

(12)发出报警信号，同时监测S1和S3的瞬间电压值；若S1和S3中任一个电压值发生变化，从大于Vs变化到小于Vs或者从小于Vs变化到大于Vs时，报警终止，统计计时器清零，进入步骤(1)。

报警是由单片机13的输出端口PA0、PA1、PA2、PA3、PA4控制报警模块14产生，如图2，包括强语音提醒、闪光、强力震动和报警声。

步骤(12)中，如果报警，首先进行轻度报警(声光)；进行轻度报警后，如果在规定时间段10秒内方向盘把持端的电压信号S1或S3稳定在手松开时的低电压值区间或者稳定在手把持住方向盘的高电压区间，进行中度报警(声光)；进行中度报警后，如果在规定时间段10秒内方向盘把持端的电压信号S1或S3稳定在手松开时的低电压值区间或者稳定在手把持住方向盘的高电压区间，进行高度报警(连续声光震动)。

如果在报警后，左手或右手发生把持或松开方向盘，造成S1、S3高于或低于相应的预设标准电压值Vs(0.5伏)的变化，存储报警时间和报警程度信息，报警中断，否则，报警器就一直发出连续的高度报警。

此改进提供一个人机互动测试功能，测试驾驶员当前动作反应的敏捷程度，如果驾驶员出现轻度疲劳，轻度报警发出后，驾驶员如果动作反应快，在中度报警到来前，可以用左右手松开或把持方向盘，将报警中断；如果驾驶员出现中度疲劳，中度报警(声光)发出后，驾驶员如果动作反应快，在高度报警到来前，可以用左右手松开或把持方向盘，将报警中断；如果驾驶员出现高度疲劳，高度报警发出后，驾驶员如果动作反应慢，在持续高度报警后，可以用左右手松开或把持方向盘，将报警中断；如果报警后，驾驶员没有左右手松开或把持方向盘动作，报警器将持续高度报警，直到驾驶员被唤醒，用左右手松开或把持方向盘动作中断报警。

本发明利用了汽车司机清醒驾驶时，意识和动作反应敏捷，如果报警器偶尔发出误报警，在轻度报警后，司机很容易的迅速将手握住或松开方向盘中断误报警；汽车司机疲劳驾驶时，司机的意识已出现模糊清、迟钝、甚至听不见轻度声光提醒声，动作反应慢，手上没有握住或松开方向盘的变换动作，报警器将进一步发出中度和连续的高度声光震动报警，直到唤醒司机用手做握住或松开方向盘的动作，中断报警。

通过以上的互动中断报警功能，实现唤醒驾驶员的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种疲劳驾驶报警方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)统计计时器开始计时；

(2)采集驾驶员的左手皮电阻信号、左手皮温度信号、右手皮电阻信号和右手皮温度信号；

(3)将采集到的左手皮电阻信号、左手皮温度信号、右手皮电阻信号和右手皮温度信号经过取样电路后转换为对应的持续电压信号S1、S2、S3、S4；所述S1和S3随皮电阻信号的增大而减小或者随皮电阻信号的减小而增大，S2和S4随皮温度信号的增高而增大或者随皮温度信号的降低而减小；

(4)采集S1和S3的瞬间电压值，并与预设标准电压值Vs相比较，若S1和S3中任一个电压值大于Vs时，取样计时器开始计时；

(5)判断取样计时器是否到达预设的取样时间T1，若未到达取样时间T1，则监测S1和S3的电压值，若S1和S3中任一个电压值发生变化，从大于Vs变化到小于Vs或者从小于Vs变化到大于Vs时，取样计时器清零，进入步骤(4)；若到达取样时间T1，则进入步骤(6)；

(6)对持续电压信号S1、S2、S3、S4进行取样，获得一组对应的瞬间电压值V1S、V2S、V3S、V4S；

(7)将获得的一组瞬间电压值V1S、V2S、V3S、V4S经过比较处理和选择处理，获得本次取样的一个有效皮电阻电压值VR和一个有效皮温度电压值VT并存储；所述比较处理和选择处理步骤为：

将V1S和V3S的值与Vs进行比较，若V1S和V3S中任一个电压值大于Vs，进一步将V1S和V3S的值与0进行比较，若V1S值大于0，V3S值等于0，则取V1S值为本次取样的VR值，取V2S值为本次取样的VT值；若V1S值等于0，V3S值大于0，则取V3S值为本次取样的VR值，取V4S值为本次取样的VT值；若V1S值大于0，V3S值大于0，则取V1S和V3S中电压值小的值为本次取样的VR值，取V2S和V4S中电压值大的值为本次取样的VT值；将VR和VT值存储；若V1S和V3S的值均小于Vs，则V1S、V2S、V3S、V4S值均为0，VR和VT值均为0并存储；

(8)判断统计计时器的计时时段T2是否已到，若计时时段T2未到，则进入步骤(5)，若计时时段T2已到，进入步骤(9)；

(9)将在计时时段T2内存储的多个非零的有效皮电阻电压值求平均值，获得一个平均皮电阻电压值并存储，将在计时时段T2内存储的多个非零的有效皮温度电压值求平均值，获得一个平均皮温度电压值并存储；

(10)判断已存储的平均皮电阻电压值个数或平均皮温度电压值个数是否达到n个，若未达到n个，则统计计时器清零，进入步骤(1)，若达到n个，则进入步骤(11)；

(11)判断前n个平均皮电阻电压值或前n个平均皮温度电压值是否出现连续减小的情况，若出现则进入步骤(12)；若未出现，则统计计时器清零，进入步骤(1)；

(12)发出报警信号，同时监测S1和S3的瞬间电压值；若S1和S3中任一个电压值发生变化，从大于Vs变化到小于Vs或者从小于Vs变化到大于Vs时，报警终止，统计计时器清零，进入步骤(1)。

2.根据权利要求1所述的疲劳驾驶报警方法，其特征在于，所述采集左手皮电阻信号和右手皮电阻信号的方法为：利用左皮阻恒流源向安装在方向盘左手把持部位上的左皮阻采集模块和右皮阻恒流源向安装在右手把持部位上的右皮阻采集模块两端进行通电来采集；

所述采集左手皮温度信号和右手皮温度信号的方法为：利用左皮温恒流源向安装在方向盘左手把持部位上的左皮温采集模块和右皮温恒流源向安装在右手把持部位上的右皮温采集模块两端进行通电来采集。

3.根据权利要求2所述的疲劳驾驶报警方法，其特征在于，所述用于采集左手皮电阻信号的左皮阻恒流源和右手皮电阻信号的右皮阻恒流源的输出电流大小能够根据监测到的S1和S3的电压值情况而调整。

4.根据权利要求1所述的疲劳驾驶报警方法，其特征在于，所述步骤(12)的报警方式为：

(1)轻度报警；

(2)进行轻度报警后，监测S1和S3的电压值变化，在规定时间段内，若S1和S3的电压值稳定在小于Vs区间或者稳定在大于Vs区间，进行中度报警；

(3)进行中度报警后，监测S1和S3的电压值变化，在规定时间段内，若S1和S3的电压值稳定在小于Vs区间或者稳定在大于Vs区间，进行高度报警。