#赛事案例分享#基于北斗、物联网与人工智能的酒驾和疲劳预警系统

#封面

一、作品信息

参加项目：第74届德国纽伦堡国际发明展（世界三大发明展之首）

参赛选手：龚奇健

学校名称：深圳市南山区西丽小学

指导老师：何妙玲、胡晓宁

二、创意来源

酒驾和疲劳驾驶是造成交通事故的两大主要因素，每年因酒驾和疲劳驾驶而产生的交通事故不胜枚举，为此，设计一个系统：在汽车驾驶前监测酒驾，在驾驶途中提醒疲劳，并提供远程预警功能。

三、作品简介

作品融合北斗、物联网与人工智能等诸多技术，对司机驾驶前进行酒精测试，在司机驾驶途中进行疲劳监测，并分别语音提醒和远程预警。

用掌控板做主控，它带有oled屏、RGB灯、wifi等，通过串口连接人工智能模块和北斗定位模块，酒精气体传感器作输入，2个舵机作输出,可很方便的连接物联网并测量、控制和显示。

用人工智能模块进行语音播报、人脸检测和特征分类。将语音文件存储在人工智能模块的SD卡上用于播报；结合主控可以实现二自由度的人脸追踪，确保中途没有换人；利用特征分类监测和区分司机是否疲劳。

利用北斗进行授时和定位，并在微信小程序显示，给这两种事件赋予时间和位置信息。

由于系统自带北斗，后续也可以增加地图扩展导航功能。如果疲劳，自动导航到最近的休息区。

四、功能说明

如上所述，系统分为两大功能。

酒驾预警：开启系统后，先检测人脸并进行人脸跟踪，同时检测酒精含量和北斗定位，一旦超标，就会亮红灯和语音提醒。使用微信小程序可查询时间、位置和酒驾等信息并能解除红灯报警。如果家庭使用，可第一时间通知家人，让他们把车开走；如果交警使用，可立刻知道酒驾时间和司机位置。

疲劳预警：在酒精正常或者远程解除报警的情况下，会进入疲劳监测模式。当摄像头监测到疲劳或不安全的驾驶行为，如打哈欠、低头闭眼或开车打手机等，会有声音提示，多次提示后会语音预警。

五、制作步骤

系统和各模块均使用国产开源硬件，制作工作量较大，知识储备要求较高。软件编程有一定的难度，尤其是Ai模型的训练和运用、人脸跟踪的PID简化算法、北斗NMEA0183协议解析和物联网编程等，使用mPython编程,python语言再参考图形化编程是较好的方法。

按照难易程度，先做各个单模块功能调试，再整合成系统。图1为内部接线，图2至图6是组装调试过程，图7是微信小程序，可以呈现酒精折线图、报警时间和经纬度，取消按钮用于解除报警，远程关闭报警灯并语音提示。

1.人脸追踪：Ai模块连接掌控板串口1，使用串口命令进行交互，掌控板发送请求命令，然后读取人脸跟踪的坐标返回值，主控根据坐标调整舵机旋转的角度，实际偏离中心的位移距离和舵机转动的角度需成比例，采用简化的PID算法进行计算和补偿。

2.北斗定位：北斗模块与掌控板同样是串口连接，使用串口2进行数据接收，运用python的列表和字符串进行解析和计算，解析NMEA0831协议的部分关键字即可。

3.酒精监测：获取酒精传感器的模拟数值，方便后续在微信小程序端显示折线图，设计一定的阈值，超过阈值进行报警。

4.特征分类：先编制独立程序——通过主控与Ai模块的交互重置提取器、采集和分类（是否疲劳的对比图片），训练后再将模型保存到Ai模块的SD卡，本系统直接加载SD卡的模型，根据特征标签区分是否疲劳。

5.语音播报：在电脑上选择网络资源录制好音频文件，将文件存储在Ai模块的SD卡上，当需要播报时，直接发送相应的指令。

6.物联网：使用掌控板官方支持的微信小程序，先使用图形化的方式调试所需要发送和接收的数据如酒精含量、告警提示、经纬度以及取消报警功能，然后将代码转为python。

7.结构和硬件组装：量好尺寸，使用 fusion360软件进行3D建模，使用3D打印机打印外壳，硬件连接按照标注一一接好导线。

8.程序整合：整理以上调试的各模块功能的程序，用python代码整合起来，定义相应的状态值进行调用。

图1 内部接线                    

  图2 3D打印后组装

图3 人脸追踪调试                  

   图4 户外北斗调试

图5 人脸坐标、北斗和酒精检测调试    

图6 特征分类采集数据

图7物联网微信小程序

六、硬件清单

序号 器件及规格 数量（单位）

1 掌控板及拓展板（盛思掌中宝） 1块

2 人工智能模块（Ai锦鲤模块） 1块

3 MQ-3酒精气体传感器 1个

4 北斗定位模块 1个

5 SG90舵机 2个

6 充电宝 1个

7 导线 若干

8 二自由度云台及3D打印外壳 1个

七、作品图片

演示视频链接：第74届德国纽伦堡发明展金奖作品--酒驾与疲劳预警系统_哔哩哔哩_bilibili

作品图片如下：

图8 实物正面                      

图9 实物侧面