基于ZigBee的疲勞駕駛警示系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

　　1 引言

　　隨著汽車業(yè)的快速發(fā)展，與之相關(guān)的交通事故也在快速增高，而這些事故中，疲勞駕駛所造成的交通事故約占總數(shù)的16%，在高速公路上更是超過(guò)了 20%[1]，因此研制疲勞駕駛預(yù)防和報(bào)警裝置成為當(dāng)今疲勞駕駛研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。隨著新技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，本文提出了基于ZigBee 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與信息融合決策技術(shù)相結(jié)合的疲勞駕駛系統(tǒng)。通過(guò)ZigBee 技術(shù)組建的網(wǎng)絡(luò)有如下特性：監(jiān)測(cè)方式由于單一而導(dǎo)致系統(tǒng)性能欠佳[2]，而系統(tǒng)的擴(kuò)展又受到車身空間布線、成本等各方面的限制。因此利用ZigBee 技術(shù)無(wú)線、安全、可靠、低功耗等特點(diǎn)，將單片機(jī)控制技術(shù)與之結(jié)合，引入到車輛傳感器的設(shè)計(jì)中，不僅可以省去通信電纜的安裝，降低安裝工程量，還可以安全可靠地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，從而開發(fā)出適用性更強(qiáng)的車輛傳感器。另外ZigBee 技術(shù)低功耗、低成本的特點(diǎn)非常適合行車途中。

　　2 疲勞檢測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)與原理

　　2.1 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的組建與通信

　　基于車內(nèi)各節(jié)點(diǎn)通信距離比較短，無(wú)需路由器擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)覆蓋面，本模型采用 Zigbee 星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，只需要協(xié)調(diào)器和各傳感器設(shè)備即可構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，從而降低整個(gè)系統(tǒng)的組網(wǎng)復(fù)雜程度。中間的協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)發(fā)起和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，并將收集到得信息交給高性能處理器完成信息的融合決策，再由處理器把疲勞判斷結(jié)果傳給警示器。

　　(1)車道偏離檢測(cè)、眼睛頻率檢測(cè)、眼睛閉合時(shí)間檢測(cè)、打哈欠這4 處先由傳感器收集原始圖像的信息，再將信息傳給各自的DSP 芯片去處理，得到疲勞信息，最后將采集信號(hào)處理的結(jié)果傳輸給ZiBee SoC 模塊。這里采用TI 公司的CC2430，單個(gè)CC2430 芯片上整合了ZigBee 射頻(RF)前端、內(nèi)存和微控制器。在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于27mA 或25mA。CC2430 對(duì)于車載系統(tǒng)要求非常長(zhǎng)電池壽命的要求來(lái)說(shuō)是比較適合的。這4 處的信息最后都由CC2430 發(fā)送給協(xié)調(diào)器。具體的實(shí)現(xiàn)框架流程圖見(jiàn)圖1。

　　(2)Coordinator 負(fù)責(zé)組網(wǎng)和管理各終端傳感器，組網(wǎng)基本流程為：首先進(jìn)行能量掃描和激活掃描信道，如果發(fā)現(xiàn)合適的信道，則創(chuàng)建一個(gè)唯一的16 位網(wǎng)絡(luò)PAN ID，在ZigBee網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中Coordinator 的網(wǎng)絡(luò)短地址固定設(shè)置為0，然后開始向四周廣播網(wǎng)絡(luò)信息，并接受處理其網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)的加入網(wǎng)絡(luò)的請(qǐng)求，然后加入新節(jié)點(diǎn)的信息。組網(wǎng)流程圖如下，見(jiàn)圖2。

　　從流程圖我們可以看到協(xié)調(diào)器并不處理和保存?zhèn)鞲衅鞴?jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的信息，它直接將疲勞信息交給高性能處理器處理，這樣協(xié)調(diào)器能更好地管理網(wǎng)絡(luò)。處理器負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)多個(gè)疲勞特征的融合判斷。該模型將協(xié)調(diào)器與信號(hào)匯聚節(jié)點(diǎn)(網(wǎng)關(guān))統(tǒng)一設(shè)計(jì)，協(xié)調(diào)器/網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)與各個(gè)終端設(shè)備的通信與外網(wǎng)的通信。如果駕駛員疲勞駕駛情況嚴(yán)重，易于造成交通事故的時(shí)候，協(xié)調(diào)器將駕駛員信息送入網(wǎng)關(guān)，然后轉(zhuǎn)化成外部網(wǎng)絡(luò)的信息格式，最后通過(guò)GSM/GPRS 方式與公路安全網(wǎng)通信，發(fā)往遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備。