基于ZigBee的疲劳驾驶警示系统的研究与设计

摘 要：当今的疲劳监测系统的监测方式比较单一，可靠性较低，若采取多种监测方式融合又受到汽车有限空间内布线越来越困难的限制。针对这一系列问题，本文提出了基于ZigBee的无线传感网络技术与传感器信息融合技术相结合的疲劳驾驶警示系统，系统由CC2430 和协调器负责zigbee 网络的组建和管理，高性能处理器完成疲劳信息的融合。经过测试表明，该系统适于车载运行并能够较好地对疲劳行为进行监测，可靠性可达95%。

　　1 引言

　　随着汽车业的快速发展，与之相关的交通事故也在快速增高，而这些事故中，疲劳驾驶所造成的交通事故约占总数的16%，在高速公路上更是超过了20%[1]，因此研制疲劳驾驶预防和报警装置成为当今疲劳驾驶研究的重点和难点。随着新技术的出现和发展，本文提出了基于ZigBee 无线传感网络技术与信息融合决策技术相结合的疲劳驾驶系统。通过ZigBee 技术组建的网络有如下特性：监测方式由于单一而导致系统性能欠佳[2]，而系统的扩展又受到车身空间布线、成本等各方面的限制。因此利用ZigBee 技术无线、安全、可靠、低功耗等特点，将单片机控制技术与之结合，引入到车辆传感器的设计中，不仅可以省去通信电缆的安装，降低安装工程量，还可以安全可靠地实现数据传输和网络互联，从而开发出适用性更强的车辆传感器。另外ZigBee 技术低功耗、低成本的特点非常适合行车途中。

　　2 疲劳检测系统架构与原理

　　2.1 ZigBee 网络的组建与通信

　　基于车内各节点通信距离比较短，无需路由器扩展网络覆盖面，本模型采用 Zigbee 星形网络结构，只需要协调器和各传感器设备即可构成网络，从而降低整个系统的组网复杂程度。中间的协调器负责发起和维护网络，并将收集到得信息交给高性能处理器完成信息的融合决策，再由处理器把疲劳判断结果传给警示器。

　　（1）车道偏离检测、眼睛频率检测、眼睛闭合时间检测、打哈欠这4 处先由传感器收集原始图像的信息，再将信息传给各自的DSP 芯片去处理，得到疲劳信息，最后将采集信号处理的结果传输给ZiBee SoC 模块。这里采用TI 公司的CC2430，单个CC2430 芯片上整合了ZigBee 射频（RF）前端、内存和微控制器。在接收和发射模式下，电流损耗分别低于27mA 或25mA。CC2430 对于车载系统要求非常长电池寿命的要求来说是比较适合的。这4 处的信息最后都由CC2430 发送给协调器。具体的实现框架流程图见图1。

图1 基于ZigBee 的疲劳监测系统框图