专利名称：加速度法高速公路疲劳驾驶危险警告器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种疲劳驾驶机动车的警告装置，尤其涉及一种加速度法高速公路疲劳驾驶危险警告器。
背景技术：
疲劳驾驶是在高速公路驾驶的“第一杀手”，因此近年来已引起各方面的高度重视。除了管理部门在高速公路沿途竖立“禁止疲劳驾驶”警示牌外，还有一些驾驶员定量加油，强迫自己因为要不断补充油量而停车休息。也有一些知名的汽车生产厂商投入人力物力研究如何早期发现疲劳驾驶，及时警告，以预防危险的恶性车祸。
据中央电视台06年2月份科技栏目报道欧洲沃尔沃公司为发现并警告疲劳驾驶，正采用一种方法试图早期发现因疲劳发困导致视线模糊、方向控制不稳而出现的“S”型运行轨迹。他们的方法是在驾驶室前玻璃窗上安装一摄像头，该摄像头摄取路面上的白色虚点标识线。根据所摄取的图像建立一直线方程，然后隔一定的时间间隔再摄取一幅新图像，建立一新的直线方程。将前后两方程作比较若汽车是沿着车道正常行驶，那么两条直线应相互平行，否则就会有一定的夹角。这样连续下去不断测量，不断比较，计算他们夹角变化的大小和周期，就能从中发现汽车是正常直行，还是换车道、转弯、或是“S”型扭曲行驶。该研究已取得阶段性成果。在通常情况下能及时发现“S”型运动轨迹，并及时发出警报。但是在雨天、雪天、雾天等视线不良的情况下，就很难获得满意的图像。该节目同时还报道了美国福特公司也正在研究的另一种疲劳驾驶危险警告器。他们将该装置做成眼镜状，在两镜框上装上光电测量头，用来观察人的两眼皮的运动，试图早期发现因疲劳发困而产生的两眼皮搭拉，从而及时发出警告，防止事故。但是人眼的眨动因人而异差别极大，据此作为特征来判断疲劳，可靠性较差。此外对于本来就戴着眼镜或太阳镜的驾驶员来说，再戴一副测量镜就比较难了。从而限制了它的使用。
发明内容
本发明的目的在于弥补现有技术之不足，提供一种加速度法高速公路疲劳驾驶危险警告，使之不受天气、可见度、个人习惯等不定因素的影响，结合方向、幅度、周期、斜率这些特征，可靠地将“S”型运动轨迹从直行、左转换道、右转换道等行车方式中鉴别出来，实现对在高速公路快速行驶的汽车运行轨迹进行监测报警。
本发明通过以下方案实现包括用以分辨汽车因转向而带来的横向位移的横向加速度传感器及用以测量汽车的减速即前向加速度的前向加速度传感器；两个用以接收两传感器产生信号并对信号进行放大处理的放大器；对放大器输出信号存储并进行分析处理、发出警报信号的微处理器CPU；用以接收微处理器CPU发出警报信号的警报器。
本发明还包括两个用以将两放大器输出的放大信号进行A/D转换的A/D转换器。
本发明为简化电路，提高其集成度，将横向加速度传感器、前向加速度传感器及两放大器集成为X、Y双轴加速度测量集成芯片，微处理器CPU的通用I/O口接一三极管，用以控制此三极管的导通与截止，三极管集电极接警报器，以控制的是否报警。
本发明在微处理器CPU电源VCC端脚与地间并联一由三极管、偏置电阻构成的稳压电路及发光二极管与限流电阻的串联支路，并设置直流电源、电源开关。
本发明只要高速行驶的汽车有方向的改变，水平加速度计的输出值就会有改变。它不受天气、可见度、个人习惯等不定因素的影响而客观地反映汽车的运行轨迹。采样数据经数字滤波后结合方向、幅度、周期、斜率这些特征，能很可靠的将“S”型运动轨迹从直行、左转换道、右转换道等行车方式中鉴别出来。该项发明的实施方案也十分简洁、结构简单、体积小、成本低、效果好，可实现对在高速公路快速行驶的汽车运行轨迹进行监测报警。
图1为本发明原理框图；图2为本发明电路图；图3为本发明机动车前向位移模拟示图；图4为本发明机动车横向位移模拟示图。
具体实施例方式
以下结合实施例对照附图对本发明进行详细说明。
本发明包括用以分辨汽车因转向而带来的横向位移的横向加速度传感器FX及用以测量汽车的减速(负加速度)即前向加速度的前向加速度传感器FY；两个用以接收两传感器FX、FY产生信号并对信号进行放大处理的放大器X、Y；两个用以将放大器X、Y输出的放大信号进行A/D转换的A/D转换器MX、MY；对放大器输出信号存储并进行分析处理、发出警报信号的微处理器CPU；用以接收微处理器CPU发出警报信号的警报器F。本发明横向加速度传感器FX、前向加速度传感器FY及放大器X、Y集成为X、Y双轴加速度测量集成芯片IC1。双轴加速度测量集成芯片IC1脚15及脚5间并接有电容C1、C2，其输出端脚12、10接微处理器CPU IC2输入脚12脚和13脚即数据口P1.0、P1.1，电容C1为电源滤波电容，电容C2为高频退偶电容。双轴加速度测量集成芯片IC1输出端脚12、10与地间分别跨接滤波电容C3、C4，IC2的通用I/O口P3.7接三极管T1基极，用以控制三极管T1的导通与截止，三极管T1集电极接警报器F，三极管T基极接有基极偏置电阻R1。微处理器CPU IC2电源VCC端脚20与地间并联一由三极管T2、偏置电阻R2、R3构成的稳压电路及发光二极管D1与限流电阻R5的串联支路，并设置直流电源E、电源开关K及电阻R4、R6，电阻R4与电源开关K的串联支路跨接微处理器CPU IC2电源VCC端脚20与直流电源E的正端。
本发明工作原理如下双轴加速度敏感元件横向加速度传感器FX、前向加速度传感器FY将来自y轴方向和x轴方向变化的加速度值分别输出给Y轴放大器Y和X轴放大器X。经放大器X、Y放大的加速度信号变成直流电压信号Xout、yout。两路放大器的输出值平时稳定在1/2电源电压即1.5V的数值上。当加速度值改变时，放大器的输出值也发生改变。改变的幅度值为175mv/G，正1G加速度的直流电压输出值为1.5V+175mv＝1.675V，负1G加速度的直流电压输出值为1.5V-175mv＝1.325V，放大器的直流电压输出送入模/数转换器，模/数转换器将直流电压信号转换为8位二进制代码。转换公式为D＝Vin*256/Vcc，其中Vin为模/数转换器的输入模拟量，也就是放大器的输出量out，Vcc是电源电压，D是转换后的数字量。当电源取3V时，转换公式为D＝Vin*256/3例加速度＝0时，Vin＝1.5V，D＝1.5*256/3＝128(十进制)或10000000(二进制)；加速度＝1G时，Vin＝1.675V，D＝1.675*256/3＝143(十进制)或10001111(二进制)加速度＝-1G时，Vin＝1.325V，D＝1.325*256/3＝113(十进制)或01110001(二进制)转换后的X轴数字量由CPU取出，再经数字滤波(去掉干扰信号)，然后进行轨迹判断，若发现是反复改向的“S”型扭曲行驶，则触发报警器F。此时CPU转为测试Y轴加速度信号，若测到有减速度(负加速度)，则说明警告已引起驾驶员重视，并采取了减速的正确措施，此时CPU输出信号，关闭报警器，继续下一轮监测。若报警后测不到减速信号，则一直报警，直到驾驶员作出反应为止。数字滤波软件和“S”型轨迹判断软件等程序放在程序存储器中。
如图3所示，T0时刻，汽车沿着y方向以速度v向前直行，此时，Y方向速度Vy＝V，X方向速度Vx＝0(忽略因路面不平、方向的少许抖动等可能带来车身的左右轻微晃动)。
如图4所示，T1时刻，当汽车由直行Y方向向左偏转一个方向角θ时，因惯性作用，汽车仍然以V速度向车头方向行驶。此时Y方向速度Vy＝Vcosθ，X方向速度-Vx＝Vsinθ，此时横向测量加速度计将有输出ax＝dVx/dt，(速度的微分为加速度)。反之，若汽车向右偏θ角，则容易得出Vy＝Vcosθ，Vx＝Vsinθ。由上分析可知，由横向加速度计的输出值即可得知汽车是直线行驶，还是向左改向或向右改向，还是连续改向行驶(“S”型轨迹)。Y方向加速度计测量减速度，用来解除危险警告(因驾驶员采取减速措施，是对警告已做出了正确的反应。)双轴加速度测量集成芯片IC1型号为ADXL320，IC2是高性能单片计算机，型号为STC12LE2052AD。IC2内部自含rom、ram、cpu、a/d转换、振荡器、上电复位等功能单元，因此不用作任何扩展就可直接使用。CPU对该两口的采样速率为10点/秒。CPU平时只对P1.0采样，密切监视汽车是否有异常的横向加速度变化，只有报警后才转为监测前向加速度Yout的变化，看驾驶员是否采取了减速措施。IC2的1脚是外部复位脚，将它接地，则为内部复位而无须外接复位元件。IC2的P3.7在这里作为通用I/O口使用。它用来控制三极管T1的导通与截止。正常工作时，P3.7输出低电平，使三极管T1截止，声响报警器F得不到电流，不发声响。当出现异常需要报警时，P3.7输出高电位，此时，T1基极通过电阻R1获得电流而使T1导通，蜂鸣器J得电发出声响。D1是红色发光二极管，当电源开关K接通时，其导通发光。电源E为可充电电池，通过限流电阻R6可外接汽车点烟器12V电源对其充电。因本电路所用元件功耗极低(工作电流小于7mA)，充足一次电可工作20个小时以上。
权利要求
1.一种加速度法高速公路疲劳驾驶危险警告器，其特征在于包括用以分辨汽车因转向而带来的横向位移的横向加速度传感器(FX)及用以测量汽车的减速即前向加速度的前向加速度传感器(FY)；两个用以接收两传感器(FX、FY)产生信号并对信号进行放大处理的放大器(X、Y)；对放大器输出信号存储并进行分析处理、发出警报信号的微处理器CPU(IC2)；用以接收微处理器CPU(IC2)发出警报信号的警报器(F)。
2.根据权利要求1所述的加速度法高速公路疲劳驾驶危险警告器，其特征在于还包括两个用以将放大器X、Y输出的放大信号进行A/D转换的A/D转换器(MX、MY)。
3.根据权利要求1或2所述的加速度法高速公路疲劳驾驶危险警告器，其特征在于横向加速度传感器(FX)、前向加速度传感器(FY)及放大器X、Y集成为X、Y双轴加速度测量集成芯片(IC1)，双轴加速度测量集成芯片(IC1)输出端脚(12、10)接微处理器CPU(IC2)输入脚(12)脚和(13)脚，双轴加速度测量集成芯片(IC1)输出端脚(12、10)与地间分别跨接滤波电容(C3、C4)，微处理器CPU(IC2)的通用I/O口P3.7接三极管(T1)基极，用以控制三极管(T1)的导通与截止，三极管(T1)集电极接警报器(F)，三极管(T1)基极接有基极偏置电阻(R1)。
4.根据权利要求1或2所述的加速度法高速公路疲劳驾驶危险警告器，其特征在于微处理器CPU(IC2)电源VCC端脚(20)与地间并联一由三极管(T2)、偏置电阻(R2、R3)构成的稳压电路及发光二极管(D1)与限流电阻(R5)的串联支路，并设置直流电源(E)、电源开关(K)及电阻(R4、R6)，电阻(R4)与电源开关(K)的串联支路跨接微处理器CPU(IC2)电源VCC端脚(20)与直流电源(E)的正端。
全文摘要
本发明公开了一种加速度法高速公路疲劳驾驶危险警告器，包括用以分辨汽车因转向而带来的横向位移的横向加速度传感器及用以测量汽车的减速即前向加速度的前向加速度传感器；两个用以接收两传感器产生信号并对信号进行放大处理的放大器；对放大器输出信号存储并进行分析处理、发出警报信号的微处理器CPU；用以接收微处理器CPU发出警报信号的警报器。还包括两个用以将两放大器输出的放大信号进行A/D转换的A/D转换器。本发明不受天气、可见度、个人习惯等不定因素的影响，结合方向、幅度、周期、斜率这些特征，可靠地将“S”型运动轨迹从直行、左转换道、右转换道等行车方式中鉴别出来，实现对在高速公路快速行驶的汽车运行轨迹进行监测报警。
文档编号G01M17/007GK1940569SQ20061012444
公开日2007年4月4日 申请日期2006年9月1日 优先权日2006年9月1日
发明者李曙光 申请人:李曙光