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国家级大学生创新训练项目申报书项目名称：疲劳驾驶预检仪学院：光电工程学院指导教师：刘俊项目组成员：邹彦斌、张珂梦、张亚军教务处制2016年04月26日填写说明1、凡申报国家级大学生创新训练项目必须填写申报书。2、向学校报送本申报书时，一式3份，并报送申报书电子文档。3、本表填写内容必须与事实相符，表达准确，数字一律填写阿拉伯数字。4、打印格式：（1）纸张为A4大小，双面打印；（2）文中小标题为四号、仿宋、加黑；（3）栏内正文为小四号、仿宋。项目名称疲劳驾驶预检仪项目所属学科一级学科代码及名称二级学科代码及名称三级学科代码及名称0804仪器科学与技术080401精密仪器及机械项目开展支撑平台光电工程学院创新实验室项目组人数3项目实施时间2016.06—2017.06项目所需经费10000项目组成员（含项目申请学生）姓名学号年级专业班联系电话签名邹彦斌2014262914级测控技术与仪器02班18323211803张珂梦2014276814级电子科学与技术03班15892592969张亚军2014260614级测控技术与仪器01班13508286352主要指导教师姓名职称学院联系电话签名刘俊副研究员光电工程学院13996258985项目来源项目来源请打“√”1.学生自拟（√）2.教师科研项目转化（）3.学生承担社会、企业委托项目等（）项目名称（限项目来源为2.3填写）来源项目类别（限项目来源为2.3填写）注：1.“项目开展支撑平台”指支撑本项目开展的校、院级教学实验中心、科研实验室等，表中填写有关实验室名称，可以多个。2.“来源项目类别”栏填写“863项目”、“973项目”、“国家自然科学基金项目”、“省级自然科学基金项目”、“教师横向科研项目”、“企业、社会委托项目”以及其他项目标识。主要研究内容(限200字内)1、疲劳驾驶预检仪各模块的工作原理，工作原理的硬件实现与软件编程，完成对疲劳驾驶预检仪的开发、调试、结构设计以及外观设计。2、应用蓝牙4.0无线通信技术实现疲劳检测预检仪与智能手机的无线数据传输。3、疲劳检测监控管理手机APP的开发，APP通过手机蓝牙与疲劳检测预检仪实现数据通信。并实现功能：显示心率，行车时间，自行记录睡眠时间；统计近期的心率及行车时间等数据并以图表的形式直观显示并即时分享给医生。项目研究难点及创新点研究难点：1、如何实现疲劳驾驶预检仪对驾驶员生理状态检测而得到的数据通过蓝牙4.0模块实现与智能手机的传输。2、有疲劳驾驶监控管理功能的手机APP的开发。创新点：1、对驾驶员的疲劳状态的预检结合主观方法和客观方法，主观方面驾驶员自我检测分析，可预判疲劳状况；客观方面采取先预判再确认的流程，既减少能量的消耗，又有利于准确的确认驾驶员是否疲劳，降低误判率。2、通过疲劳驾驶监控管理APP实现对心率、行车时间以及日常睡眠时间等数据的记录与分析，结合斯坦福睡眠指数进行自我鉴定，同时可以统计近期的心率及行车时间等数据并以图表的形式直观显示并即时分享给医生。一、项目组成员分工姓名主要项目研究内容邹彦斌疲劳驾驶监控管理APP的开发张珂梦疲劳驾驶预检仪的设计、开发与调试张亚军利用蓝牙4.0技术使疲劳驾驶预检仪与智能手机实现无线连接二、立项背景和依据（包括研究目的、意义、国内外研究现状分析及评价）课题的研究目的及意义：随着经济的不断发展，人们生活水平的日益提高，汽车逐渐的普及到我们的生活中。汽车的普及，一方面促进了交通事业的发展，另一方面却使交通事故日趋增长。汽车作为人们出行非常便利的一种交通工具，它在给人们带来方便快捷的同时，也带来了污染和交通事故等很多问题。据不完全统计，全世界每年因道路交通事故导致死亡的人数超过60万，由于驾驶员疲劳造成的交通事故至少有10万起，其中1500起重大事故，7.1万起交通事故导致人身伤害，直接经济损失达125亿美元。1986至2000年的道路交通事故中，全世界有650万人死于公路交通事故，315亿人受伤。1995年美国国家交通安全委员会NTSB(TheNationalTransportationSafetyBoard)检查了107起由驾驶员造成的卡车交通事故，其中58起与驾驶员打吨驾驶有关。2001年全世界道路交通事故死亡人数达110万人。美国联邦公路管理局FHWA认为(FederalHighwayAdministration)和国家公路交通安全管理局NHTSA(NationalHighwayTrafficSafetyAdministration)对驾驶员紧张、疲劳状况进行的研究表明，驾驶疲劳与行驶路线、持续作业时间和生理素质有关，认为大约连续行驶3200km，驾驶员将处于疲劳状态。2014年全国共发生交通事故52.7万起，造成8.2万人死亡，38.0万人受伤，大约25%导致人员伤亡的交通事故都是由疲劳驾驶引发。因此，交通事故的发生，在很大程度上都与驾驶员疲劳驾驶有关。面对这些巨大的数字，我们不得不更加关注驾驶员的疲劳驾驶方面的问题。另外，在检测到疲劳驾驶之后、如何通知驾驶员也需要研究。现在正在推进通过铃声和信息来通知驾驶员、自动改变室温、释放出眼睛能感觉到的成分、吹气和水等独特的研究。与困倦检测技术配套，如何自然地提醒驾驶员注意或叫醒驾驶员也将是一个研究主题。针对这个问题，我们小组通过讨论，决定设计制作一个结合手机APP的疲劳驾驶预检仪，实时检测驾驶员的疲劳状况，从而达到预防因疲劳驾驶而会发生的安全隐患。国内外研究现状分析及评价：目前,许多国家都积极开展有关驾驶疲劳的研究工作,尤其在西方发达国家,此方面研究更为全面。在当今的社会,驾驶疲劳的测评显得至关重要,尽管目前已有一些简单的驾驶疲劳的测评方法,但是具有车载的、实时的驾驶疲劳测评方法至今在国内外尚未能得到很好的解决。常见的疲劳检测分为三类：第一类是利用驾驶员疲劳时的驾驶行为来监测驾驶员的疲劳状态，如眨眼、打呵欠、车辆的行为轨迹等；第二类是利用驾驶疲劳时的生理特征来监测驾驶员的疲劳状态，如脑电图、心电图、眼部状态等；第三类是结合疲劳时驾驶员驾驶行为和生理特征的综合监测。目前国内外用于驾驶员疲劳检测主要有以下几方面技术：1、通过监测方向盘的防疲劳驾驶技术。为了防止驾驶员疲劳驾驶，特地在方向盘内部布置了一个传感器，可以感应我们对行进方向纠正的频率与速率，然后将数据返回电脑内进行识别。依据驾驶方式如转向、行驶条件、驾驶时间来评估驾驶人的疲劳程度和注意力分散的情况。如果系统监测到疲劳驾驶的话，自动给出提示信息。通过反复实验，这种检测方法误报率较高。2、通过心率监测的防疲劳驾驶技术。汽车能够通过安装在安全带上的传感器监测驾驶员的心率，从而判断驾驶员是否打瞌睡，并采取必要的措施警示驾驶员，这种防疲劳驾驶技术的设想是好的，但它仍需提高持久性和可靠性，目前它还没有被产品化，因为心率监测涉及到很多技术难题。3、通过监测眼睛的防疲劳驾驶技术。因为人们在打瞌睡的时候都会频繁的眨眼或者干脆闭眼，所以在判断驾驶员是否为疲劳驾驶的方式上，可以选择用摄像头来监测驾驶员上下眼皮之间距离从而判断驾驶员是否处于瞌睡的状态，当系统发现驾驶员处于瞌睡状态时，车辆将会发出警报声来提醒驾驶员。但该系统也存在一些问题，如果驾驶员的眼睛比较小、驾驶员戴墨镜以及环境光线都会有影响。4、通过检测车道偏离的防疲劳驾驶技术。通过前置摄像头检测路上的行车线，以判断汽车是否偏离车道。当驾驶员精力不集中或打盹时，车辆偏离车道的话，系统会以声音或震动的方式提醒驾驶员。这项最常见的防疲劳驾驶技术在众多车型上都有配备，他需要的数据累计和技术成本并不高，所以它是众多车型的首选。但是，如果在雨雪天气或能见度不高的路面上，系统的识别率就会下降。如果在没有标线的路面上，这套系统就没有办法使用了。5、通过采集脑波信号主动预警的技术。基于采集驾驶员脑波信号判断是否疲劳的技术是目前为止最为精准的疲劳驾驶预警技术，但这种检测技术需要佩戴额外的传感器，会给驾驶员造成习惯上的不适应。在深入认识研究疲劳驾驶的特征及形成机理的基础上，借助智能传感器技术，数字信号处理技术、移动通信技术和多传感器信息融合技术，本课题拟改进现有的疲劳驾驶检测方法，设计可靠、有效、便携和低廉的疲劳驾驶检测装置，促进疲劳驾驶检测装置的产品化和商业化。三、主要研究内容和目标（包括研究方案和技术路线）主要研究内容：1、本项目采用通过检测车速，心率和眨眼频率来检测司机的疲劳状态，并为司机提供手机APP的记录功能和疲劳提醒报警功能。主观方面，驾驶员可以根据APP记录的数据自我检测；客观方面，检测疲劳状态采用分层次来实现（即先由心率和车速测定预判断，再由眨眼监测决定），提高了检测出司机疲劳状态的准确性。2、研究研究其硬件电路的实现。研究测定心率和车速所使用的传感器，满足下面要求：当驾驶员疲劳时，传感器可以检测到心率有明显变化，异常信息传送给DSP芯片，DSP芯片接收处理信号后通过蓝牙连接传递给手机APP和眨眼装置；通过霍尔传感器检测车速，并在检测到车速的异常信息（大于80Km/h）时控制开启眨眼检测装置。3、研究系统的主控系统：眨眼检测装置实现的线路连接，与其他电路连接的方式，处理数据的DSP芯片的选择TMS320C6748。4、研究语音电路装置：选用ISD1420作为基本录、放音电路，并能够实现接收到来自眨眼检测装置的异常信号后报警的功能。5、研究无线数据传输的实现：选择蓝牙4.0通信协议，因为蓝牙通信协议已成为主流电子设备和当今智能手机通用的标准，而蓝牙4.0是最新的蓝牙技术（向下兼容其他版本的蓝牙技术），在传输距离和功耗方面都有着巨大的优势。蓝牙相比于GSM更具有即时性，相比于ZIGBEE更容易与手机等设备兼容。而无线技术不仅简化了硬件数据传输电路，也美化了电子产品的外观。因此，需要在心率监测模块的DSP芯片中烧录入蓝牙协议的代码实现（协议栈），形成无线数据收发器。6、疲劳驾驶监控管理的手机APP的设计，基于Android操作系统设计与疲劳驾驶预检仪配套的APP，主要功能包括：显示心率，行车时间，自行记录睡眠时间；统计近期的心率及行车时间等数据并以图表的形式直观显示并即时分享给医生。下图为APP界面功能示意图：心率检测传感器（光电传感器）车速检测传感器（霍尔传感器）核心处理器DSP芯片（TMS320C6748）CCD红外摄像机智能手机APP心率信号车速信息or车速异常控制开启心率异常控制开启动态图像分析处理语音预警电源模块蓝牙4.0心率数值机车启动供电供电供电供电手动开启手动开启司机获取图像反馈传感器模块眨眼时间检测异常上图为疲劳驾驶预检仪的原理图，设计研究方案为：整个系统由车速测定模块，心率监测模块，手机APP模块，眨眼检测模块和报警装置5部分组成，具体流程是：司机在驾驶过程中，测定出司机的心率变化，通过DSP芯片处理后将监测到的心率一方面通过蓝牙发送给手机APP进行记录，另一方面若处理后发现心率异常信息（大于100次/分钟或小于60次/分钟），则控制开启眨眼检测装置进一步检测疲劳；在监测心率变化的同时，车速测定模块通过霍尔传感器也在测定车速信息，如有异常则同样反馈给眨眼检测装置；眨眼装置打开后可经过DSP芯片做图像处理得到眨眼持续时间数据，经分析，若有异常则触动报警装置提醒司机，以此减少发生交通事故的可能性。研究目标：1、实现及时有关于驾驶疲劳的数据检测，并能将数据无线发送给智能手机。2、手机APP能够实现分析数据的基本功能，为用户提供快捷准确的预检体验。研究基础：该项目组于2015年10月成功申请重庆大SRTP项目：疲劳驾驶检测预警装置。经项目组将近半年的学习研究，已完成心率检测部分的总体设计，同时语音预警模块已购买并调试成功，目前已购买眨眼检测装置的部分设备（如：CCD摄像机），软件程序正在编写，项目进行顺利。深入研究内容：1、增加车速测定模块，车速过高，疲劳驾驶危险性更大，因此可以开启检测。2、增加检测设备与手机APP的功能连接，顺应互联网时代发展趋势，进一步提高检测准确性与可靠性。3、后期优化可与车联网、大数据平台联合，为其提供司