车辆行驶安全智能监控装置

1.一种车辆行驶安全智能监控装置，包括主控制芯片、预警信息显示模块、语音预警模块、GSM模块、GPS模块和电压转换芯片，其特征在于，还包括车道偏离预警模块、CPLD芯片、CF卡，其中：
所述的车道偏离预警模块通过CPLD芯片与主控制芯片相联，CPLD芯片负责各模块端口的地址译码、控制逻辑及高速的数字信号处理芯片与主控制芯片、SDRAM高速动态存储器之间的数据交互，同时主控制芯片通过CPLD芯片与CF卡相联，实现紧急情况下道路图像信息的实时存储，并保证车道偏离预警模块与主控制芯片之间的实时信息通讯；
所述的预警信息显示模块通过串行信号线与主控制芯片相联，用于实时的显示车辆行驶安全智能装置检测的各种预警信息；
所述的语音预警模块通过SPI总线与主控制芯片相联，用于实时的以语音形式发出各种预警信息，提醒驾驶员注意安全驾驶；
所述主控制芯片通过串口与GSM模块连接，控制车辆行驶安全智能监控装置与监控中心的通讯；
所述主控制芯片通过串口与GPS模块连接，通过GPS天线接收车辆的位置信息和速度信息，并通过接收到速度信息判断车辆是否超速行驶；
所述主控制芯片通过I/O口与安全带扣传感器相联，并结合GPS模块获取的速度信息来判断驾驶员是否按规定系好安全带；
所述电压转换芯片输出与所有模块相联，为所有模块提供能源；
所述的车道偏离预警模块包括：摄像头、A/D转换芯片、数字信号处理芯片、双口RAM存储芯片、SDRAM高速动态存储器和预警模式转换开关，其中：摄像头与A/D转换芯片相联，A/D转换芯片再与数字信号处理芯片相联，双口RAM存储芯片与A/D转换芯片相联，SDRAM高速动态存储器通过DMA方式与数字信号处理芯片相联，数字信号处理芯片通过I/O口与预警模式转换开关相联，A/D转换芯片将摄像头采集到的模拟图像信号转换为数字图像信号，再传给双口RAM存储芯片，数字信号处理芯片再通过DMA方式将图像信号从双口RAM存储芯片存储到SDRAM高速动态存储器，数字信号处理芯片再根据模式转换开关输入信号来选择当前的图像处理模式，并通过对图像进行处理来判断车辆行驶是否发生偏离，数字信号处理芯片与主控芯片的外部中断信号端口相联，主控芯片将数字信号处理芯片发出的偏离预警信号作为外部中断信号来触发相应的预警处理，包括实时道路图像的存储、预警信息显示和语音报警。
2.根据权利要求1所述的车辆行驶安全智能监控装置，其特征是，所述车道偏离预警模块上电后，数字信号处理芯片检测预警模式转换开关模式信号，当模式信号为高电平时，选择标准道路预警模式，在数字信号处理芯片中运行基于Zemike矩阵的直线检测算法，然后利用车道标识线特征提取出图像中的车道标识线特征点，再采用线性回归的方法提取出车道标识线参数，利用Hough变换直接把图像空间里的直线映射成导航预警参数空间中的点来判断是否需要发出预警信号，当模式信号为低电平时，选择非标准道路预警模式，此时图像处理算法通过提取道路边界来判断是否发出预警信号。
3.根据权利要求2所述的车辆行驶安全智能监控装置，其特征是，车道偏离预警模块处理两种模式的道路信息，当车辆行驶在有规则车道线的道路上时，将预警模式转换开关选择为标准道路；当车辆行驶在没有车道线的道路上时，则将预警模式转换开关选择为非标准道路；当车辆行驶在标准道路上时，道路图像处理部分提取的是车道标识线，车辆行驶的边界以车道标识线为边界；当车辆行驶在非标准道路上时，道路图像处理部分提取的是道路边界线。
4.根据权利要求1所述的车辆行驶安全智能监控装置，其特征是，所述的预警信号显示模块包括：液晶显示器、液晶显示器驱动芯片、两个发光二极管和发光二极管驱动芯片，液晶显示器通过液晶显示器驱动芯片与主控制芯片相联，通过在液晶显示器上面闪烁安全带标志来提醒驾驶员在速度超过设定值的时候及时系好安全带，两个发光二极管通过发光二极管驱动芯片与主控制芯片相联，两个发光二极管分别位于液晶显示器的两端，相应的表示车道在行驶过程中发生左右偏离，当液晶显示器左边的红色发光二极管发生闪烁时，表示车辆发生了左偏离，同样右边的发光二极管闪烁表示车辆右偏离。
5.根据权利要求1所述的车辆行驶安全智能监控装置，其特征是，所述的语音报警模块包括：语音芯片、功放电路、喇叭和蜂鸣器，语音芯片和主控制芯片相联，合成各种语音信号，语音芯片与功放电路相联，将各种语音信号进行放大处理，功放电路再与喇叭和蜂鸣器相联，通过喇叭和蜂鸣器的声音对驾驶员的违规驾驶进行实时警告。

车辆行驶安全智能监控装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种车辆技术领域的装置，具体是一种车辆行驶安全智能监控装置。\n背景技术\n[0002] 行驶安全是汽车交通发展的永恒主题，随着汽车保有量的迅速增加，公路上的交通事故，特别是恶性交通事故发生率居高不下，交通安全问题日益突出。汽车交通事故的发生很大程度上是因为驾驶员的违章驾驶或疏忽所致，因此开发具有主动安全技术的车辆行驶安全智能监控装置是保证汽车乘员安全的重要保障。目前，已有一些车辆监控装置问世，并且已经有许多实际系统投入使用，但是这些设备大多数只具有跟踪定位或固定的监控违章车辆等车辆服务功能，不具有车辆行驶安全智能监控这种主动安全技术的功能。\n[0003] 经对现有技术文献的检索发现，中国发明专利“基于全方位视觉传感器的违章车辆监控装置”，申请号200610053154.2，公告号为1912950A。该发明专利公开了一种基于全方位视觉传感器的违章车辆监控装置，属于车辆违章监控装置领域，包括微处理器、用于监视道路情况的监控传感器以及交通信号。虽然该违章车辆监控装置也能监测道路上行驶车辆的违章行驶行为，但是该装置仅适合于固定安装于道路某个适合位置来监控来往车辆的行驶状况，不能应用于移动车辆本身的行驶监控及预警。该装置属于被动安全技术领域的发明，不具备主动安全防护功能。\n发明内容\n[0004] 本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种车辆行驶安全智能监控装置，使其具有两种道路偏离预警模式，采用通用分组无线业务通讯方式的、实时性强、稳定性好、成本低的车辆行驶安全智能监控。\n[0005] 本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括主控制芯片、车道偏离预警模块、预警信息显示模块、语音预警模块、CPLD(复杂逻辑方块)芯片、CF(用于便携式电子设备的数据存储设备)卡、GSM(全球移动通讯系统)模块、GPS(全球定位系统)模块和电压转换芯片。所述的车道偏离预警模块通过CPLD芯片与主控制芯片相联，CPLD芯片主要负责各模块端口的地址译码、控制逻辑及高速的数字信号处理芯片与主控制芯片、SDRAM(同步动态随机存取存储器)高速动态存储器之间的数据交互；同时主控制芯片通过CPLD芯片与CF卡相联，实现紧急情况下道路图像信息的实时存储，并保证车道偏离预警模块与主控制芯片之间的实时信息通讯；所述的预警信息显示模块通过串行信号线与主控制芯片相联，用于实时的显示车辆行驶安全智能装置检测的各种预警信息。所述的语音预警模块通过SPI(高速同步串行口)总线与主控制芯片相联，用于实时的以语音形式发出各种预警信息，提醒驾驶员注意安全驾驶。主控制芯片通过串口与GSM模块连接，控制车辆行驶安全智能监控装置与监控中心的通讯；主控制芯片通过串口与GPS模块连接，通过GPS天线接收车辆的位置信息和速度信息，并通过接收到速度信息判断车辆是否超速行驶；主控制芯片通过I/O(输入/输出)口与安全带扣传感器相联，并结合GPS模块获取的速度信息来判断驾驶员是否按规定系好安全带。电压转换芯片输出与所有模块相联，为所有模块提供能源。\n[0006] 所述的车道偏离预警模块包括：摄像头、A/D(数/模)转换芯片、数字信号处理芯片、双口RAM(随机存取存储器)存储芯片、SDRAM(同步动态随机存取存储器)高速动态存储器和预警模式转换开关。摄像头与A/D转换芯片相联，A/D转换芯片再与数字信号处理芯片相联；双口RAM存储芯片与A/D转换芯片相联，SDRAM高速动态存储器通过DMA(存储器直接访问)方式与数字信号处理芯片相联，数字信号处理芯片通过I/O口与预警模式转换开关相联。A/D转换芯片将摄像头采集到的模拟图像信号转换为数字图像信号，再传给双口RAM存储芯片，数字信号处理芯片再通过DMA方式将图像信号从双口RAM存储芯片存储到SDRAM高速动态存储器；数字信号处理芯片再根据模式转换开关输入信号来选择当前的图像处理模式，并通过对图像进行处理来判断车辆行驶是否发生偏离。数字信号处理芯片与主控芯片的外部中断信号端口相联，主控芯片将数字信号处理芯片发出的偏离预警信号作为外部中断信号来触发相应的预警处理，包括实时道路图像的存储、预警信息显示和语音报警。\n[0007] 所述的预警信号显示模块包括：液晶显示器、液晶显示器驱动芯片、两个发光二极管和发光二极管驱动芯片。液晶显示器通过液晶显示器驱动芯片与主控制芯片相联，通过在液晶显示器上面闪烁安全带标志来提醒驾驶员在速度超过一定值的时候及时系好安全带，保证驾驶员自身的人身安全。两个发光二极管通过发光二极管驱动芯片与主控制芯片相联，两个发光二极管分别位于液晶显示器的两端，相应的表示车道在行驶过程中发生左右偏离，当液晶显示器左边的红色发光二极管发生闪烁时，表示车辆发生了左偏离，同样右边的发光二极管闪烁表示车辆右偏离。\n[0008] 所述的语音报警模块包括：语音芯片、功放电路、喇叭和蜂鸣器。语音芯片和主控制芯片相联，合成各种语音信号。语音芯片与功放电路相联，将声音信号进行放大处理。功放电路再与喇叭和蜂鸣器相联，通过喇叭和蜂鸣器的声音对驾驶员的违规驾驶进行实时警告。\n[0009] 与现有技术相比，本发明的优点是：1.实时在线监控车辆行驶状态，根据机器视觉传感器来提供车道偏离预警和报警服务，提高车辆行驶安全；2.当车辆在行驶过程中出现车道偏离预警时，实时保存当前道路图像信息，CF卡方便了违章数据的读取，帮助事故原因的分析；3.能根据不同的道路条件选择不同的道路预警模式，扩大本发明的应用范围，提高了车道偏离预警的准确度；4.本发明对从主动安全方面提高车辆的行驶安全，降低交通事故发生率，交通事故调查等方面都有现实意义。\n附图说明\n[0010] 图1为本发明的系统结构框图\n[0011] 图2为本发明的工作流程框图\n[0012] 图3为本发明的车道偏离预警模块工作流程图\n具体实施方式\n[0013] 下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。\n[0014] 如图1所示，为本实施例车辆行驶安全智能监控装置结构框图，所述的车辆行驶安全智能监控装置由主控制芯片1、车道偏离预警模块、预警信息显示模块、语音预警模块、CF卡2、GSM模块3、GPS模块4、电压转换芯片5和安全带扣传感器6组成。\n[0015] 所述的车道偏离预警模块通过CPLD芯片7与主控制芯片1相联，其中主控制芯片\n1为飞利浦公司的LPC2129系列ARM芯片，具有多个串行数据接口，包括2个16C550工业标准UART(通用异步接收/发送装置)、高速IIC(Inter-IC)总线接口(400kHz)和2个SPI接口。同时主控制芯片通过CPLD芯片7与CF卡2相联，实现紧急情况下道路图像信息的实时存储，并保证车道偏离预警模块与主控制芯片1之间的实时信息通讯。\n[0016] 所述的预警信息显示模块通过串行信号线与主控制芯片1相联，用于实时的显示车辆行驶安全智能装置检测的各种预警信息。\n[0017] 所述的语音预警模块通过SPI总线与主控制芯片1相联，用于实时的以语音形式发出各种预警信息，提醒驾驶员注意安全驾驶。\n[0018] 所述主控制芯片通过串口与GSM模块3连接，GSM模块3为华为的GTM900，控制车辆行驶安全智能监控装置与监控中心的通讯。\n[0019] 所述主控制芯片1通过串口与GPS模块4连接，GPS模块4为美国Trimble的GPS接收终端，通过GPS天线接收车辆的位置信息和速度信息，并通过接收到速度信息判断车辆是否超速行驶。\n[0020] 所述主控制芯片1通过I/O口与安全带扣传感器6相联，并结合GPS模块4获取的速度信息来判断驾驶员是否按规定系好安全带。\n[0021] 所述电压转换芯片5输出与所有模块相联，为所有模块提供能源，工作电源直流\n7V到36V，可以直接采用车载电源。\n[0022] 所述的车道偏离预警模块包括：摄像头17、A/D转换芯片8、数字信号处理芯片9、双口RAM存储芯片10、SDRAM高速动态存储器11和预警模式转换开关18。摄像头17与A/D转换芯片8相联，A/D转换芯片8再与数字信号处理芯片9相联；双口RAM存储芯片10与A/D转换芯片8相联，SDRAM高速动态存储器11通过DMA方式与数字信号处理芯片9相联，数字信号处理芯片9通过I/O口与预警模式转换开关18相联。A/D转换芯片8将摄像头\n17采集到的模拟图像信号转换为数字图像信号，再传给双口RAM存储芯片10，数字信号处理芯片9再通过DMA方式将图像信号从双口RAM存储芯片10存储到SDRAM高速动态存储器11；数字信号处理芯片9再根据模式转换开关18输入信号来选择当前的图像处理模式，并通过对图像进行处理来判断车辆行驶是否发生偏离。数字信号处理芯片9与主控芯片1的外部中断信号端口相联，主控芯片1将数字信号处理芯片9发出的偏离预警信号作为外部中断信号来触发相应的预警处理，包括实时道路图像的存储、预警信息显示和语音报警。\n[0023] 数字信号处理芯片9是整个硬件系统的核心。它的任务是运行整个系统的核心算法，即对摄像头采集并经过A/D转换后得到的数字图像数据进行处理，通过道路检测、障碍物检测及障碍物测距后，得到相应的结果数据，核心算法程序存储在程序存储区内。数字信号处理芯片9为美国德州仪器公司的TMS320C6201芯片，是一个定点处理器。它可以采用\n50Hz的工作频率，经内部倍频后升至200Hz，每个时钟周期内最多可以并行执行8条指令，从而可以实现1600MIPS的定点运算能力，其完成1024定点FFT的时间只有70μs。\n[0024] 车道偏离预警模块可以处理两种模式的道路信息，当车辆行驶在有规则车道线的道路上时，将预警模式转换开关18选择为标准道路；当车辆行驶在没有车道线的道路上时，则将预警模式转换开关18选择为非标准道路。当车辆行驶在标准道路上时，道路图像处理部分提取的是车道标识线，车辆行驶的边界以车道标识线为边界；当车辆行驶在非标准道路上时，道路图像处理部分提取的是道路边界线。\n[0025] 所述的预警信号显示模块包括：液晶显示器模块12、液晶显示器驱动芯片13、三个发光二极管和发光二极管驱动芯片14。液晶显示器模块12通过液晶显示器驱动芯片13与主控制芯片1相联，通过在液晶显示器模块12上面闪烁安全带标志来提醒驾驶员在速度超过一定值的时候及时系好安全带，保证驾驶员自身的人身安全。两个发光二极管通过发光二极管驱动芯片14与主控制芯片1相联，两个发光二极管分别位于液晶显示器模块12的两端，相应的表示车道在行驶过程中发生左右偏离，当液晶显示器模块12左边的红色发光二极管21发生闪烁时，表示车辆发生了左偏离，同样右边的发光二极管22闪烁表示车辆右偏离。\n[0026] 所述的语音报警模块包括：语音芯片15、功放电路16、喇叭19和蜂鸣器20。语音芯片13和主控制芯片1相联，合成各种语音信号。语音芯片15与功放电路16相联，将声音信号进行放大处理。功放电路16再与喇叭19和蜂鸣器20相联，通过喇叭19和蜂鸣器\n20的声音对驾驶员的违规驾驶进行实时警告。\n[0027] 所述车辆行驶安全智能监控装置，工作任务流程图如图2所示：该控制系统采用任务模块化设计，使用μC/OS-II(一种嵌入式操作系统)实时操作系统，将系统按照功能模块划分为多个独立运行同时相互联系的任务函数，包括主控制任务、现场信息存储任务、语音信号报警任务、预警信息显示任务、车况监控任务、定位跟踪任务、车道偏离预警任务和道路图像处理任务等六大任务函数。开始工作时，首先通过模块的拨动开关进行上电，定位跟踪任务通过控制GPS模块4的GPS天线来获取车辆的位置信息和速度信息，通过接收到速度信息判断车辆是否超速行驶，并且通过主控芯片1来设置GPS模块4接收数据的间隔时间；当定位跟踪任务检测到特定的车辆行驶速度时，会发送车况信号量给车况监控任务，车况监控任务读取安全带扣传感器6的信号，判断驾驶员是否按规定系好安全带，同时车况监控任务把预警信号标识写入事件标志组；道路图像处理任务通过数字信号处理芯片\n9对由摄像头17获取的图像进行相应的处理，得到所需要的道路信息；车道偏离预警任务首先根据预警模式转换开关18信号来选择当前道路的预警模式，并根据图像处理信号来判断车辆是否有车道偏离的危险，一旦有此危险，将车道偏离预警信号标识写入事件标志组；主控制任务通过读取事件标志组来判断需要给驾驶员发出何种预警信号，当主控制任务读取到超速预警信号标志时，通过发送语音信号量给语音信号报警任务，语音信号报警任务通过控制语音芯片15，通过喇叭19和蜂鸣器20来发出超速警告；当主控制任务读取到系好安全带预警信号标志时，通过邮箱发信息给预警信息显示任务，通过在液晶显示器模块12上面闪烁安全带标志来提醒驾驶员在速度超过一定值的时候及时系好安全带；当主控制任务读取到车道偏离预警信号标志时，通过邮箱发信息给预警信息显示任务，预警信息显示任务通过控制发光二极管21或发光二极管22闪烁来提醒驾驶员车辆有左偏离或右偏离危险，同时主控制任务通过消息队列将当前图像信息发送给现场信息存储任务，现场信息存储任务通过控制CPLD芯片7，将图像信息存储到CF卡2里面，实现紧急情况下道路图像信息的实时存储。\n[0028] 所述车道偏离预警模块，工作流程图如图3所示：开始工作时，首先给模块上电，数字信号处理芯片9检测预警模式转换开关18模式信号，当模式信号为高电平时，选择标准道路预警模式，在数字信号处理芯片9中运行基于Zemike矩阵的直线检测算法，然后利用车道标识线特征提取出图像中的车道标识线特征点，再采用线性回归的方法提取出车道标识线参数。利用Hough变换直接把图像空间里的直线映射成导航预警参数空间中的点来判断是否需要发出预警信号；当模式信号为低电平时，选择非标准道路预警模式，此时图像处理算法通过提取道路边界来判断是否发出预警信号。\n[0029] 本实施例的车辆行驶安全智能监控装置采用了基于机器视觉传感器、安全带扣传感器和GPS装置等多传感器融合的方式来实现车辆的安全监测，具有车道脱离报警、车辆路线实时跟踪、驾驶行为监控和电子数据记录等功能，具有运行稳定、实时性强、可靠性高的特点。