DrowsyGuard — 실시간 다중 신호 기반 집중력 관리 시스템

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DrowsyGuard는 학습/작업 중 졸음을 감지하고 능동적으로 회복할 수 있도록 돕는 라즈베리파이 5 기반 시스템입니다. 카메라(눈/하품), 환경(온도/기압), 자세(거리) 세 가지 신호를 융합해 졸음 위험도를 산출하고, 단순 경보를 넘어 카메라 응시 해제 + 스트레칭 가이드 + 클래식 음악으로 학습자가 능동적으로 회복하도록 유도합니다. 매 세션 통계를 CSV로 누적하고 Flask 기반 웹 대시보드로 시각화합니다.

주요 기능

• 3축 융합 졸음 감지 — 눈 감김(EAR), 환경(온도/기압), 자세(초음파 거리) 신호를 가중합하여 0~100% 위험도 산출
• 카메라 응시 해제 — 단순 버튼 해제 X. 카메라 정면 2초 응시해야 경보 해제, OLED 진행바로 시각 피드백
• 스트레칭 가이드 + 클래식 음악 — 목 돌리기 / 기지개 / 물 마시기 30초 루틴을 OLED로 안내하고 베토벤 환희의 송가 → 모차르트 작은 별 → 에델바이스를 부저 PWM으로 자동 재생
• 개인화 EAR 캘리브레이션 — 세션 시작 후 3초 응시로 본인 눈 EAR 평균 측정 → 평균의 75%를 개인 임계값으로 자동 설정 (눈 크기 차이 보정)
• 시간대별 위험 가중치 — 점심 후(×1.20) · 새벽(×1.30) · 늦은 밤(×1.15) 시간대 졸음 위험을 자동 가중
• 하품 감지 (MAR) — 입 벌림 비율을 계산해 하품 횟수 카운트 및 위험도 가산
• 세션 기반 운영 + CSV 누적 — 버튼으로 시작/종료, 매 세션 통계(공부 시간, 주의·위험·하품 횟수)를 CSV에 자동 저장
• 단계별 LED + 부저 경보 — NORMAL(초록) / CAUTION(노랑·짧은 비프) / DANGER(빨강·반복 경보), 환경 위험 시 낮은 톤(330Hz)으로 차별화
• OLED 3화면 전환 (조이스틱) — Dashboard / Environment / Posture+Eye 실시간 정보 표시
• 웹 대시보드 (Flask + Chart.js) — 스마트폰/노트북에서 일별 공부 시간, 시간대별 위험 발생, 최근 세션 등을 차트로 시각화

담당 역할 — 개인 프로젝트 전체 개발

기획 → 회로 설계/결선 → 펌웨어/영상처리 → 상태머신 → 웹 대시보드까지 모두 단독 개발했습니다.

트러블슈팅

• 라즈베리파이 5 GPIO 호환성 — RPi.GPIO가 Pi 5의 RP1 칩과 호환되지 않아 Cannot determine SOC peripheral base address 발생. 드롭인 호환 라이브러리 rpi-lgpio로 교체해 코드 수정 없이 해결
• 응시 해제 카운트 리셋 버그 — 카메라 응시 시 눈 감김 카운트가 줄어들어 status가 DANGER → CAUTION → NORMAL로 떨어질 때 release_frames가 0으로 리셋되어 스트레칭 진입 실패. pending_release 플래그를 도입해 한 번 DANGER 진입하면 응시 60프레임 도달까지 카운트가 유지되도록 상태머신 수정
• dlib 얼굴 인식 손실 — 입을 크게 벌리면 dlib detector가 얼굴을 못 잡아 하품 카운트가 리셋되는 문제. 얼굴 인식 실패 시(MAR=None) 카운트를 유지하고 0.5초 이상 손실 시에만 리셋하도록 로직 변경
• 부저 동작 불량 — passive 부저인데 처음에 active 부저로 오판해 LED.on()으로 제어 → 무음. PWMOutputDevice + duty cycle 50%로 PWM 신호를 직접 제어하도록 수정하여 해결

사용 기술

• 언어: Python 3.13
• 영상 처리: OpenCV + dlib (68 facial landmarks, EAR + MAR)
• 카메라: Picamera2 (libcamera)
• GPIO: gpiozero + rpi-lgpio (Pi 5 호환)
• OLED: luma.oled (SSD1306, I2C)
• I2C 센서: smbus2 (BMP180)
• 웹: Flask + Chart.js
• 하드웨어: Raspberry Pi 5, Pi Camera (OV5647), OLED (SSD1306), BMP180, HC-SR04, LED ×3, Passive Buzzer, Tactile Switch, Joystick
• OS: Raspberry Pi OS Bookworm