1 引言

疲勞駕駛是造成交通事故的主要原因之一。據(jù)統(tǒng)計，駕駛疲勞造成的交通事故無論是絕對數(shù)字還是所占比例都是最高的。如何有效檢測駕駛員的疲勞狀態(tài)，并在其出現(xiàn)睡意時給予警告或提醒其停車休息已成為研究熱點。應(yīng)用駕駛員疲勞檢測系統(tǒng)主動預(yù)防交通事故，可以在一定程度上減少交通事故的發(fā)生，減少交通事故帶來的危害，使駕駛員駕駛和公眾出行更安全。目前國內(nèi)外駕駛員疲勞檢測的方法可歸納為3種：

①監(jiān)測司機個體行為特征，例如，眼瞼的活動，點頭的動作，閉眼，握力等；

②監(jiān)測司機的生理信號，如心電圖、腦電圖、肌肉活動情況等；

③監(jiān)測車輛參數(shù)，速度、加速度等。PERCLOS是一種通過檢測駕駛員眼睛的閉合程度信息的方法反映駕駛員的疲勞，它能準(zhǔn)確地反映疲勞狀態(tài)。

因此，這里提出一種基于ADSP-BF533控制器和PERCLOS方法的非接觸式、實時性較強的駕駛員疲勞檢測系統(tǒng)設(shè)計方案，此系統(tǒng)可以準(zhǔn)確檢測駕駛員的疲勞狀況，并給出警告。

2 系統(tǒng)概述

該系統(tǒng)采用ADI公司Blackfin系列的高性能體系結(jié)構(gòu)的定點DSP處理器BF533為核心處理器，它具有2個MAC信號處理引擎，采用正交類RISC微處理器指令集，特有的專用視頻指令使其具有顯著的視頻處理性能。前端采用CN00-303ROFD0攝像頭實時采集駕駛員面部圖像信息，然后通過PPI接口以DMA方式將數(shù)據(jù)傳送到SDRAM中，每傳送完一幀圖像，BF533處理器通過運行的疲勞檢測程序分析輸入數(shù)據(jù)和視頻流，檢測駕駛員的疲勞狀況，并對視頻MPEG-4編碼，保存到IDE硬盤。當(dāng)檢測到駕駛員疲勞時可通過ISDl700發(fā)出語音告警。系統(tǒng)設(shè)計整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件設(shè)計主要由視頻采集模塊、存儲系統(tǒng)、語音報警模塊和電源模塊等4部分組成。

3．1 視頻采集模塊

視頻采集是該系統(tǒng)設(shè)計非常重要的部分。采集的圖像分辨率大小將直接影響DSP的處理效果。CMOS圖像傳感器選用PO3030K，該器件像素陣列為640×480，具有缺陷糾正、邊緣增強、色彩糾正、自動白平衡、自動曝光控制、反射光補償?shù)裙δ埽鋽?shù)據(jù)輸出格式有：YCbCr4:2：2、YUV4:2：2、5:6：5RGB、5:5：5RGB等多種模式，可通過I2C總線控制。CMOS圖像傳感器PO3030K與BF533的接口連接圖如圖2所示。

CMOS圖像傳感器的12C_SCL、12C_SDA引腳分別與BF533的PF0、PF1相連，其像素輸出端口D0～D7與BF533的PPI0～PPI7相連，PO3030K的像素時鐘作為PPI的驅(qū)動時鐘。

3．2 存儲器系統(tǒng)

存儲器系統(tǒng)包括程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，程序存儲器主要用于存儲系統(tǒng)程序，數(shù)據(jù)存儲器用于圖像緩存和視頻存儲。程序存儲器選用能電擦寫、掉電保護的Flash存儲器Am29LV800DB，該器件為8 Mbit。數(shù)據(jù)寬度可配置成8位或16位。Am29LV800DB與BF533的接口連接如圖3所示。

在處理圖像中，由于圖像數(shù)據(jù)量很大，BF533內(nèi)存有限，所以系統(tǒng)外部擴展SDRAM做為數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。SDRAM選用Hynix公司的HY57V561620C，該器件是一款4 Bankx4 Mxl6Bit的同步高速動態(tài)存儲器，完全滿足數(shù)據(jù)緩沖的需要。HY57V561620C與BF533的接口連接如圖4所示。

視頻數(shù)據(jù)的存儲采用大容量的ATA_IDE硬盤存儲。ATA_IDE接口的硬盤為計算機最常用的存儲設(shè)備，其總線接口方式與控制時序滿足BF533的EBIU接口的總線控制時序，可通過該接口直接與硬盤IDE接口連接。連接接口框圖如圖5所示，CPLD的作用是為IDE硬盤分配總線地址，IDE硬盤有兩根地址線IDE_CS1和IDE_CS2。IDE_CS1選通命令塊寄存器，命令塊寄存器包含對硬盤讀寫控制的寄存器，通過配置這些寄存器對硬盤讀寫操作；IDE_CS2選通控制塊寄存器，包含設(shè)備控制、狀態(tài)讀取等寄存器。由于硬盤的邏輯電平為5 V，BF533的邏輯電平為3.3 V為了使其相匹配，采用總線驅(qū)動器74LVC245為電平轉(zhuǎn)換。74LVC245為雙向8位總線驅(qū)動器，兩片用于數(shù)據(jù)總線驅(qū)動，一片用于控制信號線的電平匹配。74LVC245傳輸數(shù)據(jù)方向的控制引腳DIR，其邏輯時序與BF533的讀控制時序相同，將其連接在BF533的AOE引腳，以控制數(shù)據(jù)的傳輸方向。IDE在硬件連接上有兩種工作模式：DMA傳輸模式和PIO傳輸模式。由于BF533的DMA控制器只是從接口到內(nèi)存的控制，無法對外部器件做DMA控制。如需實現(xiàn)硬盤的DMA傳輸模式，必須選用專用的DMA控制。為了簡化硬件設(shè)計，選用PIO16位模式作為硬盤的控制模式。

3．3 語音報警模塊

語音報警模塊采用華邦公司的ISDl760，ISDl700系列除了具有ISDl400系列和ISD2500系列具有抗斷電、音質(zhì)好，使用方便等優(yōu)點外，還增加了人性化的提示功能及對存儲地址的精確操作，可通過SPI接口進行錄音、放音等操作，接口簡單且與BF533的SPI接口兼容便于控制。ISD1760有兩種工作模式：獨立按鍵工作模式和SPI模式。在系統(tǒng)中，BF533通過SPI接口與ISD1760相連接。在系統(tǒng)檢測到駕駛員疲勞時，BF533可以通過SPI接口向LSDl700發(fā)送放音命令，發(fā)出語音警告。

3．4 電源模塊

電源模塊的設(shè)計是整個系統(tǒng)能否正常工作的重要保障。由于系統(tǒng)設(shè)計需用到DSP內(nèi)部模擬鎖相環(huán)以及考慮到系統(tǒng)內(nèi)核工作在750 MHz的頻率上，所以DSP系統(tǒng)的供電仍然使用線性電源供電。這里選用TI公司的TPS76733及國半公司的LM1085。LM1085用于把外部電源輸入穩(wěn)定在5 V，同時給5 V器件供電，TPS76733用于給3.3 V器件供電。

DSP內(nèi)核的供電則使用DSP內(nèi)部的調(diào)壓電路調(diào)整，通過自身的反饋回路產(chǎn)生穩(wěn)定的0.8～1.2 V的內(nèi)核電壓。使用導(dǎo)通起始壓降很低的TPS1100作為內(nèi)核電壓的調(diào)整管。所有的電源器件都應(yīng)該配置獨立的散熱片，在選取器件的封裝時也應(yīng)該選取輸出功率大的封裝。電源電路的具體電路設(shè)計如圖6和圖7所示。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件設(shè)計主要完成視頻圖像的采集、分析處理、壓縮存儲和報警等功能。其程序主要包括：視頻數(shù)據(jù)的采集、對圖像的算法處理及疲勞判定、圖像的壓縮存儲、疲勞報警等。系統(tǒng)軟件流程如圖8所示。系統(tǒng)上電后先自檢，然后初始化配置。初始化完成后，系統(tǒng)進行視頻采集，對采集的圖像進行疲勞算法分析判斷駕駛員的疲勞狀況，同時對采集得到的視頻數(shù)據(jù)壓縮存儲，當(dāng)檢測發(fā)現(xiàn)駕駛員處于疲勞駕駛就控制產(chǎn)生語音報警。

5 結(jié)論

提出一種基于BF533駕駛疲勞檢測的解決方案，采用公認的最有效的車載實時的PERCLOS駕駛疲勞測評方案。通過實驗證明，該系統(tǒng)具有功耗低、可靠性高，穩(wěn)定性好，成本低等優(yōu)點。該系統(tǒng)應(yīng)用可以在一定程度上減少交通事故的發(fā)生，減少交通事故帶來的危害，使駕駛員駕駛和公眾出行更安全。

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