基于ZigBee的疲勞駕駛警示系統的研究與設計

　　1 引言

　　隨著汽車業的快速發展，與之相關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的16%，在高速公路上更是超過了 20%[1]，因此研制疲勞駕駛預防和報警裝置成為當今疲勞駕駛研究的重點和難點。隨著新技術的出現和發展，本文提出了基于ZigBee 無線傳感網絡技術與信息融合決策技術相結合的疲勞駕駛系統。通過ZigBee 技術組建的網絡有如下特性：監測方式由于單一而導致系統性能欠佳[2]，而系統的擴展又受到車身空間布線、成本等各方面的限制。因此利用ZigBee 技術無線、安全、可靠、低功耗等特點，將單片機控制技術與之結合，引入到車輛傳感器的設計中，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現數據傳輸和網絡互聯，從而開發出適用性更強的車輛傳感器。另外ZigBee 技術低功耗、低成本的特點非常適合行車途中。

　　2 疲勞檢測系統架構與原理

　　2.1 ZigBee 網絡的組建與通信

　　基于車內各節點通信距離比較短，無需路由器擴展網絡覆蓋面，本模型采用 Zigbee 星形網絡結構，只需要協調器和各傳感器設備即可構成網絡，從而降低整個系統的組網復雜程度。中間的協調器負責發起和維護網絡，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果傳給警示器。

　　(1)車道偏離檢測、眼睛頻率檢測、眼睛閉合時間檢測、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，最后將采集信號處理的結果傳輸給ZiBee SoC 模塊。這里采用TI 公司的CC2430，單個CC2430 芯片上整合了ZigBee 射頻(RF)前端、內存和微控制器。在接收和發射模式下，電流損耗分別低于27mA 或25mA。CC2430 對于車載系統要求非常長電池壽命的要求來說是比較適合的。這4 處的信息最后都由CC2430 發送給協調器。具體的實現框架流程圖見圖1。

　　(2)Coordinator 負責組網和管理各終端傳感器，組網基本流程為：首先進行能量掃描和激活掃描信道，如果發現合適的信道，則創建一個唯一的16 位網絡PAN ID，在ZigBee網絡系統中Coordinator 的網絡短地址固定設置為0，然后開始向四周廣播網絡信息，并接受處理其網絡覆蓋范圍內的加入網絡的請求，然后加入新節點的信息。組網流程圖如下，見圖2。

　　從流程圖我們可以看到協調器并不處理和保存傳感器節點發來的信息，它直接將疲勞信息交給高性能處理器處理，這樣協調器能更好地管理網絡。處理器負責實現多個疲勞特征的融合判斷。該模型將協調器與信號匯聚節點(網關)統一設計，協調器/網關負責與各個終端設備的通信與外網的通信。如果駕駛員疲勞駕駛情況嚴重，易于造成交通事故的時候，協調器將駕駛員信息送入網關，然后轉化成外部網絡的信息格式，最后通過GSM/GPRS 方式與公路安全網通信，發往遠程監控設備。