基于W5200的脑电波检测车辆智能主动安全系统设计方案doc.docx

基于W5200的脑电波检测车辆智能主动安全系统设计方案doc.docx

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基于W5200的脑电波检测车辆智能主动安全系统设计方案doc

WIZnet杯以太网技术竞赛

参赛题目

：

基于W5200的脑电波检测车辆智能

主动安全系统设计方案

参赛类别：

方案设计类

参赛组员：

指导教师：

参赛单位：

计算机与信息

工程学院-网络工程系

WIZnet网络控制实验室

2013年12月

WIZnet杯以太网技术竞赛I

第1章绪论3

1.1设计背景3

1.2研究现状3

1.3系统概述4

第2章技术方案可行性5

2.1系统设计原则与目标5

2.2技术的先进性5

2.3系统的安全性5

2.4系统的可管理性5

2.5系统的设计研发意义和实用性5

2.6设计依据5

第3章系统总设计6

3.1系统概述6

3.2脑电波获检测系统模块6

3.2.1模块概述6

3.2.2模块流程图7

3.2.3模块电路图8

3.3车载电脑系统模块8

3.3.1模块概述8

3.3.2模块流程图8

3.3.3模块电路示意图9

3.4视频监控系统模块10

3.4.1模块概述10

3.4.2模块流程图10

3.4.3模块电路图11

3.5后台控制模块11

3.5.1控制台描述11

3.5.2控制台流程图12

3.6系统总体结构图13

第4章未来展望13

参考文献14

第1章绪论

1.1设计背景

随着社会的进步，人类的交通有了翻天覆地的变化,汽车就是其中之一，然而汽车的安全问题尤为重要。

90年代后,汽车安全技术得到更加迅猛的发展,电子技术、控制技术、传感器技术和新材料在汽车产品中的成功应用,为汽车安全技术的发展插上了“翅膀”，多种安全系统集成化趋势已初见端倪;汽车的安全性能正日臻完善[1]。

然而对于那些有着疾病的群体，他们在日常生活交通中存在诸多的不便。

汽车做为人们日常生活中必不可少的交通工具，如何使它更好地服务于特殊的人群体乃至于正常人，确保驾驶员的行车安全，将是今后车辆技术研究的一个主要方向。

而脑电波感应技术与物联网技术的发展恰好给车辆技术改革提供了一个良好发展前景。

随着人类在生物医学、计算机领域的不断深入探索，同时将各领域的技术融合一起，从而使脑机交互应用于与实现成为了可能。

1.2研究现状

汽车安全技术通常可分为主动安全技术（activesafty）和被动安全技术（passive safty）。

其中目前最主要的被动安全技术包括有智能安全气囊，安全带等事故发生后采取的保护措施，主动安全技术主要有防抱死制动系统（ABS）、电子制动力分配装置（EBD）、驱动防滑系统（ASR）和车距报警装置等预防事故发生的装置措施。

随着汽车工业和电子工业的不断发展，特别是ＩＴ行业的迅猛发展，使得汽车电子和智能化的结合越来越紧密。

人类脑电波技术研究从很早就开始了，2005年就有脑电波采集装置专利的申请，该系统包括依次连接的信号输入部分、信号放大部分、滤波部分、信号处理部分和信号输出部分，其将所采集的脑电波的振幅、频率和相位等参数，转化为数字信号，输入检测程式中，通过经验值比对，可分析出此脑电波的状态[2]。

2012年6月美国NeuroSky（神念科技）公司推出的一款最新的名为MindWaveMobile的科技产品，就是这样一款可用于意念（脑电波）控制的头戴式设备，该设备可将脑电波转换成数字信息，并无线发送到计算机或其他设备。

2013年9月日本的一名工程师研制出了一种基于计量生物学原理的车用安全系统，可通过名为EEG的脑电波扫描仪监测司机的脑电波，从而判断出是否有劫车、疲劳驾驶、酒驾或引擎熄火等异常情况的发生。

目前基于汽车安全技术的脑电波检测系统已经可以实现，然而检测出司机驾驶的状态如何来避免在不适宜开车的情况下（如：

劫车、疲劳驾驶、酒驾或引擎熄火等异常情况）防止事故发生将是未来IT技术与其他领域技术的又一技术热点。

1.3系统概述

本系统主要是基于W5200的远程控制功能，在脑电波检测系统和视频监控系统，检测判断出驾驶员的驾车状态，在必要条件下经过远程控制车辆的车载电脑系统，远程接管汽车，避免车祸的发生。

系统的实现过程：

脑电波捕获系统通过捕获脑电波信号，经过脑电波信号转换装置转换成数字信号，经计算机检测分析并将结果发至后台服务中心，后台服务中心通过分析结果和视频监控情况远程反馈安全措施包括（轻度警告信号、中度物理信号、后台接管）。

轻度信号警告：

如果后台分析显示驾驶员开车注意力不集中，通过远程发送警告信息提醒驾驶员注意。

中度物理信号提醒：

如果后台分析显示驾驶员处于疲劳状态，或者醉驾，通过远程发送信号，干扰脑电波，是驾驶员能够及时变为清醒状态，安全驾车。

重度后台接管：

如果后台分析显示驾驶员出现精神高度紧张或者在物理提醒没有作用的情况下，后台服务中心将出现警报声，由后台管理员查看情况以及监控视频，在必要的条件下强制接管车辆运行。

本系统利用物联网技术利用以太网实现与数据传输，实现了脑电波检测车辆实现主动安全系统。

这一系统解决了特殊人群（有心脏病的驾驶员，肢体临时受伤等）的特殊需要，避免车祸的同时对人类的交通方式改革也将会很大的帮助。

第2章技术方案可行性

2.1系统设计原则与目标

本系统设计原则以行业标准为设计依据，结合计算机物联网技术和人体电脑波感应技术，用简单设计方案体现较高的开发意义，将不同学科技术融合更好的服务于社会群体，就是本方案设计的基本出发点和追求目标。

2.2技术的先进性

本系统设计结合了车辆技术与物联网技术及人体感应，该基本思想符合人机交互技术发展的趋势。

2.3系统的安全性

考虑到安全第一原则，为了保证整个系统的安全、可靠运行，在系统的总体设计中从医学角度对该系统的安全性和可靠性进行测试。

测试结果表明本系统对人脑电波提取没有健康安全隐患。

2.4系统的可管理性

脑电波检测车辆智能主动安全系统是一个比较复杂的系统，在设计时，考虑到整个设备的可控性管理，W5200彻底解决系统的网络间的数据传输安全问题且数据可控制调节以及远程操控。

2.5系统的设计研发意义和实用性

本系统的设计是根据未来汽车安全技术的发展趋势，科学地、合理地、实事求是地进行设计，如果该系统可以广泛的实施将大大改变传统的交通安全状态，实现交通安全技术的全面改革，具有很高的研发意义和实用性。

2.6设计依据

随着医学技术和计算机技术的发展，人类提取自己的脑电波已经成为可能并且有实施的例子如2013年9月日本的一名工程师研制出了一种基于计量生物学原理的车用安全系统，可通过名为EEG的脑电波扫描仪监测司机的脑电波，从而判断出是否有劫车、疲劳驾驶、酒驾或引擎熄火等异常情况的发生。

第3章系统总设计

3.1系统概述

本设计有1个后台控制模块和3个系统模块。

●脑电波获检测系统：

包含3个功能模块分别是脑电波信息获取模块，脑电波转换模块，脑电波分析检测模块

●车载电脑系统：

基于W5200的以太网芯片的数据传输和远程控制，将远程信号传输到车辆设备控制器

●视频监控系统系统模块：

特殊情况发生时人工通过视屏监控了解车内驾驶员的状态。

●后台控制模块：

脑电波转换后的信息分析，同时反馈安全信息或措施，当有特殊情况发生时警报器会自动报警，同时有人工实行控制接管车辆

3.2脑电波获检测系统模块

3.2.1模块概述

本系统模块的主要功能模块:

●脑电波获取装置功能模块：

对驾驶员脑电波信号进行预提取并储存每个人的脑电波特征码（脑电波指纹）都是唯一的，可以通过电子精神控制技术制造的高灵敏的接收元件接收并放大大脑活动所产生的微弱脑电波电磁辐射信号，采集该人脑电波特征码，存入电脑后。

●脑电波转换功能模块：

由译码软件根据脑电波特征码进行解码，从脑电波信号中脑电波的活动状态，以图像文字方式显示在电脑屏幕上，记录在电脑中。

●脑电波分析检测功能模块：

通过脑电波的活动状态对比，分析此时驾驶员的大脑状态，然后将分析结果传输至车载电脑系统。

3.2.2模块流程图

图

（1）脑电波获取装置图

（2）脑电波转换功能模块及脑电波

功能模块流程图分析检测功能模块流程图

3.2.3模块电路图

图（3）脑电波获检测系统模块电路图

3.3车载电脑系统模块

3.3.1模块概述

本模块主要嵌入W5200以太网芯片系统实现数据传输和后台远程控制，由于脑电波获检测系统能将脑电波信号解码成电脑可识别的数据信号，故车载系统通过接收脑电波获检测系统加工过的信号后，将信号反馈给远程控制台，同时将远程控制台反馈的提醒信息或接管信息，传输到车辆设备控制器，进而实现提醒驾驶员和接管车辆的目的。

3.3.2模块流程图

图（4）车载电脑系统模块流程图

3.3.3模块电路示意图

图（5）车载电脑系统模块电路示意图

3.4视频监控系统模块

3.4.1模块概述

本系统是由摄像、传输、控制3部分组成。

摄像机通过无线传输将视频图像传输到车载电脑主机，控制主机再将视频信号分配到各监视器及录像设备，同时可将需要传输的语音信号同步录入到录像机内。

通过车载电脑主机，驾驶员可发出指令，对云台的上、下、左、右的动作进行控制及对镜头进行调焦变倍的操作，提前将摄像头调整为最佳状态。

在监控系统使用时利用特殊的录像处理模式，可对图像进行录入、回放、处理等操作，使录像效果达到最佳。

3.4.2模块流程图

图（6）视频监控系统系统模块

3.4.3模块电路图

图（7）视频监控系统模块电路图

3.5后台控制模块

3.5.1控制台描述

后台控制即后台服务中心（如：

交通管理机构），为了进一步避免疲劳驾驶或者醉驾所引发的交通安全问题，在远程的车辆行车系统嵌入了W5200，后台控制器通过远程车辆反馈的驾驶员驾车状态即脑电波活动状态，智能的将提醒信号发送至远程车辆，在情况复杂的情况下经过后台物理警报器警报，有人工接管查看视频，观察车内情况，在必要的条件下，远程接管车辆运行。

3.5.2控制台流程图

图（8）后台控制模块流程图

3.6系统总体结构图

图（9）系统总体结构图

本系统主要是基于W5200的远程控制功能，在脑电波检测系统和视频监控系统，检测判断出驾驶员的驾车状态，在必要条件下经过远程控制车辆的车载电脑系统，远程接管汽车，避免车祸的发生，属于车辆主动安全技术。

第4章未来展望

随着社会的发展，交通安全问题越来越凸显，传统的汽车安全理念也在逐渐发生变化，传统的安全理念很被动比如安全带、安全气囊、保险杠等多是些被动的方法并不能有效解决交通事故的发生，随着科技的进步，汽车的安全被细化，主动安全的概念慢慢的行成并不断的完善。

同时汽车技术与IT技术的融合日趋紧密，另一方面脑电波技术的研究不断的深入，实现多技术融合是大势所趋。

未来汽车电子控制与IT技术相结合的重要发展方向之一是汽车安全领域，如：

驾驶员身份识别系统；并且随着更加先进的智能型传感器、计算机网络技术、雷达技术、第三代移动通信技术、脑电波感应技术等在汽车上的广泛应用，现代汽车正朝着更加智能化、自动化和信息化的机电一体化以及人机交互一体化的方向发展。

参考文献 

[1] 朱杰.现代汽车安全技术的发展趋势[J].公路与汽运.2003（4）:

 1～3

[2]金志刚司家瑞.脑电图检测与智能诊断系统的研究与设计D.天津大学2006.

李霆黄日辉.思维脑电及P300脑电的特征提取与识别D.广东五邑大学2008.

[3]陈桂友,陈海峰,贺红.物联网智能网关设计与应用--STC单片机与网络通信技术[M].北京航空航天大学.2013:

01-01