防瞌睡系統暨多功能安全帶

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在農曆春節時，台灣很多家庭都會有返鄉過節的問題，其中又屬開車最多人選擇的返鄉方式，以北到南的路途，大約三百多公里的路程，在其中還會有塞車的狀態發生，在這種情況下，因疲勞駕駛而肇事的事件可說是能常常看見。因此發想出防瞌睡系統暨多功能安全帶，本裝置是為了在偵測到駕駛在駕車時，產生疲勞及想打瞌睡的情況，利用眼電圖（Electroencephalography）偵測判斷，若是察覺駕駛精神不濟，乘客及駕駛的安全帶裝置會發出震動及聲響，讓乘客可以提醒想打瞌睡的駕駛，且乘客未繫安全帶時，會給予聲光提示，提升整體行車安全率，本裝置研發目的是為了減少現代的車禍率及行車安全率，提供未來行車有一份保障。 ᙯᔣෟ：駕駛疲勞、瞌睡預防、乘客提醒、眼電測量、 EOG、安全帶未繫

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根據交通部數據統計，因疲勞駕駛而發生車禍佔整體交通事故原因 20%，及未繫上安全帶時發生交通事故之致死率為有繫的二十二倍，有鑑於現今偵測疲勞駕駛為一裝置，未繫安全帶又為一裝置，因此本組將其整合化，在一裝置中同時擁有疲勞駕駛及未繫安全帶之偵測，在駕駛疲勞時能適時的做出提醒，不僅對於駕駛，在乘客的安全帶也會對應於偵測到駕駛疲勞而做出震動及聲光效果。而在未繫安全帶時，安全帶之扣環會有震動及聲光效果，且每條安全帶之燈色不同，使駕駛能輕易知道是哪位乘客未繫，而對於乘客來說即便是在黑夜中，乘客也能輕易找到安全帶扣將其扣上。

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在看到疲勞駕駛及未繫安全帶對於交通事故帶來的傷害後，本組希望研發一裝置，配合眼電圖 (Electroencephalography)來偵測疲勞駕駛之情況，在本組之前已有許多利用眼電圖之相關研究，但鮮見有將眼電圖於疲勞駕駛偵測整合於一裝置，使得若要利用眼電圖來偵測時，其偵測之貼片要分開貼合，增加了其測量的繁瑣性，因此本組研發將眼電圖之研究整合為一裝置，可為眼鏡或為護目鏡樣式。戴上裝置時眼電圖之偵測條件皆完成，在偵測到駕駛注意力趨弱之情況，除了駕駛以外，乘客也會得知來達成提醒的效果；且若駕駛為獨自開車，也能將裝置連線到手機 APP，偵測到駕駛疲勞時即刻撥打電話給指定聯絡人，提醒駕駛休息，且其裝置加上安全帶偵測之功能，若乘客之安全帶未繫，駕駛即會馬上得知，達到乘客與駕駛互相提醒之成果。

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本裝置利用眼電圖來完成疲勞駕駛之偵測，本組利用眨眼及注意力趨弱兩種偵測方法，在眨眼部分，在正常情況下一般人在 15 秒會眨眼 5 次左右，而在 1_{亞東技術學院電子工程系} *_{通訊作者：王清松}

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波形會大幅擺動，偵測方面是以 15 秒大幅擺動 10 次為目標，若達成其中一者條件則觸發效果。安全帶部分是在其內部安裝元件來偵測是否繫上安全帶，且利用不同的顏色燈光引導駕駛與乘客找到安全帶插槽，讓安全駕駛目的更簡單達成，避免因光線不佳而一時懶惰釀成重大悲劇。

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˘ăր௚నࢍ 在偵測疲勞駕駛及未繫安全帶時本研究使用 Arduino Nano v3.0 來進行開發。在駕駛疲勞方面搭配 AD8232 使用眼電圖來達到測量眼睛訊號的功能，測量想打瞌睡時駕駛的眨眼情況；在未繫安全帶之偵測上搭配座位壓力感測及安全帶內部安裝元件來達成。在電路整合測試中，可避免發生誤差與問題，因此每執行一個程序皆須要經過多次測試與紀錄。 ဦ˘ ր௚ฟ൴߹඀ဦ A. ீ࿪ဦ 眼電圖是測量在視網膜色素上皮和光感受器細胞之間存在的視網膜靜電位。根據在明、暗適應條件下視網膜靜止電位的變化，可反映光感受器細胞的光下方的皮膚，用以測量當眼睛眨眼時受腦神經刺激產生的肌肉變化。本裝置主要是使用 Arduino Nano V3.0 搭配 AD8232 來偵測駕駛行車時的疲勞狀態，感測器會測量微小的眼球訊號，且有兩種偵測模式，眨眼次數及注意力趨弱，兩者皆是在十五秒內有達到十次以上即判斷為疲勞駕駛，駕駛及乘客的安全帶會發出聲光、震動及聲響。 ဦ˟ ீ࿪ဦ߹඀ B.щБ૲ 而安全帶是使用 Arduino Nano V3.0 搭配壓力感測模組及安全帶內部加裝之原件來偵測，當乘客坐在座位上即開始偵測，在尚未繫上安全帶時會有聲音、光線及震動，且不同座位之光線顏色也不同，除了方便駕駛了解是哪位乘客未繫安全帶，在夜晚或光線昏暗時也能輕鬆找到自己的安全帶卡扣。

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本裝置整體硬體設計規劃如圖四所示，其分為駕駛端及乘客端，駕駛端有眼鏡主機端、眼電圖晶片 AD8232、主機 Arduino Nano v3.0 與安全帶提醒模組。乘客端則有座位壓力感測裝置、安全帶卡扣按鈕及安全帶提醒模組。在駕駛端利用眼電圖偵測駕駛眨眼或是注意力趨弱時的狀態，若是持續偵測到駕駛在十五秒內持續眨眼或是注意力趨弱時，駕駛端會發出訊號傳送給乘客端，此時駕駛及乘客的安全帶皆會震動、光線及發出聲響，提醒駕駛要打起精神來，同時也提醒乘客要注意駕駛的行車精神狀態，若是駕駛獨自一人駕駛時，偵測到疲勞時則是會連結到 APP 撥打給指定聯絡人，讓在遠處的家人或朋友提醒駕駛休息。乘客端則是利用座位壓力之感測及安全帶卡扣按鈕來完成偵測。 ဦα ዼዺბ̈́ࢷމბ A. Arduino Nano V3.0 本裝置利用 Arduino Nano V3.0 來整合本次的駕駛疲勞偵測系統，比起 Arduino Uno R3，Nano V3.0 的尺寸更小，更符合在不影響在汽車內裝下的情況裝下裝置，利用此版可以連接 AD8232 偵測駕駛 EOG 之狀態，完成主機端與安全帶端的訊號傳遞。 ဦ̣ Arduino Nano V3.0 B.AD8232 本裝置利用 AD8232 連接電極貼片來完成眼電圖（Electrooculography）偵測駕駛想打瞌睡之情況，而偵測駕駛是否想打瞌睡之情況，本研究是採用眨眼及注意力趨弱的次數來判斷，在正常情況下，眨眼率約為 5 次/15 秒，在疲勞狀態下眨眼的次數會大幅的提升，以 10 次/15 秒為眨眼次數過多；在注意力趨弱

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帶端。 ဦ̱ AD8232 ೿̰ͯొဦ C.ᖡ܂ሀ௡ 因駕駛時並非每次都是會有乘客之情況，若單人開車時原先裝置於車上之提醒乘客裝置會無效，因此加上藍芽模組連線至手機上，讓駕駛即使一人於車上時有疲勞情況發生時也能及時將狀態傳送給在外的家人或朋友，讓其提醒駕駛先行休息。 ဦ˛ ᖡ܂ሀ௡ဦ D.ᑅ˧ຏീጡ 壓阻式應變壓力感測器的主要由電阻應變片按照惠斯通電橋原理組成，電阻應變片，一種將被測件上的應變變化轉換成為一種電信號的敏感器件。它有一個 0.5"（12.7mm）直徑的傳感區域。力量增加，降低阻值。用它們來檢測它是否被受壓或擠壓的一個程度。 ဦˣ ᑅ˧ຏീጡ(FSR402) ˟ăർវދ྅ 為了配合 Arduino Nano V3.0 和藍牙模組的大小，本組利用 PCB Layout 將 AD8232 晶片與安全帶提醒模組焊接在經過設計過的電路板上，在利用 3D 列印設計外殼用抽屜樣式放置電路，此舉能有效的縮小電路體積，也讓後續維修流程簡化，不論是駕駛端或乘客端皆可將主機放置安全帶上。 ဦ˝ PCB Layout ࿪ྮဦ

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ဦȈ PCB Layout ̮Іဦ ဦȈ˘ јݡ࿪ྮڕᄃ Nano ۍ̂̈ ˬăహវߛၹ 本研究使用 Arduino 軟體來開發，在軟體一開始會先判斷是否有人坐在位置上，若判斷到有人坐下後，安全帶的蜂鳴器會開始響，直到偵測到安全帶插入後才會停止聲響和開始偵測疲勞駕駛。在駕駛端會利用眼電的訊號偵測是否有眨眼或注意力趨弱，若超過當計數次數或注意力趨弱時，蜂鳴器、光線及震動提醒乘客和駕駛 5 秒後，重新計算。 ాඕ፟͘ App 為了防止獨自一人駕駛疲勞而無人得知的情況，本研究使用藍芽配合手機 APP 來偵測駕駛疲勞時，向外撥號提醒聯絡人使其能馬上得知駕駛正在疲勞中，並且立即接聽電話並提醒駕駛振奮精神或先行休息。 ဦȈ˟ App ̬ࢬဦ

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目前市面上的安全帶提醒功能只有聲音效果，若是在燈光昏暗時，後座乘客很容易找不到安全帶卡扣，而本組的成品除了有聲音提醒外，還加上了燈光及震動，燈光還有不同的顏色，讓每個乘客能順利快速的找到自己的安全帶卡扣，也能讓駕駛在行車時能快速知道是哪一位乘客未繫安全帶。而之前的眼電圖偵測系統皆為貼片分開貼合，本組將乾電極整合於眼鏡或護目鏡內，免去了一片一片貼與用一次即丟的不便，避免貼片成本的耗損。

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本組經半年研究「防瞌睡系統暨多功能安全帶」，運用 PCB Layout 繪圖軟體完成電路設計，再進行單元電路與功能整合，組員針對作品不足多次更正，唯作品部分配件經由坊間簡便購得，加上與老師的腦力激盪後呈現本組專題作品，以實用性高、易於操作、能結合在日常生活中做為考量，改善疲勞駕駛，預防更多悲劇產生。

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[2] 謝進順，〈駕駛前疲勞狀態評估與駕駛中即時疲勞偵測〉（台南：國立成功大學電機工程研究所，碩士論文， 2013） [3] 陳志豪，〈創新眼電訊號分類法及其人機介面棒球遊戲之應用〉（新竹：國立交通大學影像與生醫光電研究所，碩士論文，2013） [4] 陳道信，〈以眼動圖訊號處理睡眠階段分類問題〉（高雄：國立中山大學機械與機電工程研究所，碩士論文， 2009） [6] 陳冠維，〈道路及行車狀況偵測之單眼電腦視覺技術研究〉（桃園：國立中央大學資訊工程研究所，碩士論文， 2005） [7] 王彥仕，〈以眼電圖訊號偵測快速動眼睡眠期與清醒期〉（高雄：國立中山大學機械與機電工程研究所，碩士論文，2008） [8] 郭怡斌，〈應用眼電訊號控制機械式滑鼠〉（台南：南台科技大學電機工程研究所，碩士論文，2005）

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Anti-drowsy system and multifunctional safety belt

Wang Ching-Sung

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Huang Cheng-Hsiu

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Luo Yi-Siang

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Chang Jen-Hao

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Li Kai-Hung

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Abstract

During Chinese New Year, most of the families will face the problem of traffic jam and fatigue driving when heading back to their hometown, especially in a long distance driving. For example, there’s about 350 km from Taipei to Kaohsiung, which is a really long distance for drivers to stay awake. As a result, we came up a system of reminding passengers when detecting fatigue driving. The system is designed to detecting fatigue driving with EOG technology. If detecting the driver nodding off, the seatbelts in the vehicle will vibrate and the alarm will be active to remind the driver to stay awake. Alarm will also be activated when detecting unfasten seatbelts to enhance the overall safety of the vehicle.

Keywords: Driving fatigue, drowsiness prevention, passenger reminder, eye measurement, EOG, seat belt not fastened

1_{Oriental Institute of Technology Department of Electronic Engineering} *_{Correspondence author:}_{Wang Ching-Sung}