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CN109044296A - 一种智能生理疲劳度检测的驾驶疲劳提醒手环 - Google Patents

一种智能生理疲劳度检测的驾驶疲劳提醒手环 Download PDF

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CN109044296A CN201811023418.9A CN201811023418A CN109044296A CN 109044296 A CN109044296 A CN 109044296A CN 201811023418 A CN201811023418 A CN 201811023418A CN 109044296 A CN109044296 A CN 109044296A
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Abstract

本发明公开一种智能生理疲劳度检测的驾驶疲劳提醒手环，通过佩戴在人体手腕部计算出人体综合疲劳指数，该驾驶疲劳提醒手环包括处理器、人体心理疲劳度检测模块、人体血氧检测模块、人体温度检测模块、人体血压检测模块和振动模块，处理器分别连接人体心理疲劳度检测模块、人体血氧检测模块、人体温度检测模块、人体血压检测模块、振动模块，在人体综合疲劳指数大于临界值时，进行震动预警。本发明通过测量人体实时心率、心理疲劳指数、人体实时血氧饱和度、人体温度以及血压指数，再结合人体综合疲劳指数算法计算得出人体综合疲劳指数，在疲劳指数大于临界值时作出提醒，有效防止了疲劳驾驶造成重大交通事故危害驾驶人和他人的生命财产安全。

Description

一种智能生理疲劳度检测的驾驶疲劳提醒手环
技术领域
本发明涉及一种疲劳驾驶检测智能设备，具体涉及一种智能生理疲劳度检测的驾驶疲劳提醒手环。
背景技术
据世界卫生组织2018年统计，全球每年发生交通事故死亡的人数已超250万人，交通伤亡已超世界地区局势动荡及地区战争，其中疲劳驾驶又以后果危害大、疲劳原因占交通事故的比重大，由于疲劳发生不像违反交规、酒驾等可预防，疲劳驾驶发生前难预估，事故发生突然，主观意志难克服等，一直难于预防、监督和提醒。
目前的疲劳驾驶检测是通过摄像头抓取驾驶人脸部图像，通过图像识别算法识别驾驶人眼部特征，判断有无瞌睡行为。此种往往时间有滞后，一旦检测到闭眼到提醒驾驶人睁眼，至少需要0.7秒，但往往这0.7秒中间，隐藏着很深的危险，提醒的动作存在滞后，起不到预防的作用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种智能生理疲劳度检测的驾驶疲劳提醒手环，其通过从生理信号上检测人体的疲劳程度，在疲劳指数大于临界值时作出提醒，有效防止了疲劳驾驶造成重大交通事故危害驾驶人和他人的生命财产安全。
本发明的技术方案如下：
一种智能生理疲劳度检测的驾驶疲劳提醒手环，通过佩戴在人体手腕部计算出人体综合疲劳指数，该驾驶疲劳提醒手环包括处理器、人体心理疲劳度检测模块、人体血氧检测模块、人体温度检测模块、人体血压检测模块和振动模块，所述处理器分别连接所述人体心理疲劳度检测模块、人体血氧检测模块、人体温度检测模块、人体血压检测模块、振动模块；
所述人体心理疲劳度检测模块实时采集驾驶员手腕部位的脉搏波信号，提取脉搏波波峰的B-B波形，通过一阶五点差分阈值法和自动判波技术分离出脉搏波单波，从而获得脉搏波周期Tn和波形极大值点bn，则根据心率算法和心率疲劳指数算法获得人体实时心率HR和心率疲劳指数F；
所述人体血氧检测模块实时检测人体血氧浓度，根据Lambert-Beer定律采集到的不同的红光和红外光的直流分量和交流分量，再通过血氧算法计算血氧饱和度SPO2；
所述人体温度检测模块进行人体温度采样采集，通过采样算法得到人体手腕部温度T；
所述人体血压检测模块进行人体血压采集，通过收缩压和舒张压的均值得出人体血压指数P；
所述处理器结合所述人体实时心率HR、心理疲劳指数F、人体实时血氧饱和度SPO2、人体温度T、血压指数P通过人体综合疲劳指数算法得出人体综合疲劳指数Tr；
所述人体综合疲劳指数大于临界值时，所述震动模块进行震动预警。
上述技术方案中，所述处理器为ARM CotexM4芯片中M4内核的处理器。
上述技术方案中，在所述B-B周期中提取，利用一阶五点差分阈值法分离出单波的算法如下，y(nT)＝1/8*[2x(nT)+x(nT-T)-x(nT-3T)-2x(nT-4T)]，其中，x(t)为容积脉搏波波形，y(t)为差分波形。
上述技术方案中，所述心率算法如下，HR＝1/Tn。
上述技术方案中，所述心率疲劳指数算法如下，F＝100-(|200-SDNN|/3)，其中，所述SDNN为人体心率变异性，其算法如下， 根据B-B周期TB-B＝bN+1+bN公式间接计算得出，所述N为脉搏波个数。
上述技术方案中，所述血氧算法为，a＝[(VIredmax+VIredmin)*(Vredmax-Vredmmin)]/[(Vredmax+Vredmmin)*(VIredmax-VIredmin)]，其中a为经验系数，通过a换算血氧饱和度，所述Vredmax、Vredmmin、VIredmax、VIredmin为采集到的不同的红光和红外光的直流分量和交流分量。
上述技术方案中，所述人体综合疲劳指数算法如下，Tr＝α*HR+β*SPO2+γ*T+δ*F+ε*P，其中，所述α、β、γ、δ、ε为影响因子。
上述技术方案中，该驾驶疲劳提醒手环还包括光电传感器，所述人体心理疲劳度检测模块、人体血压检测模块、人体血氧检测模块通过所述光电传感器连接处理器，所述光电传感器集成了红光、红外光、绿光三种不同的光束，该光电传感器能自动感应外界环境光，在检测到环境光后进行自适应滤波，消除环境光的影响，提高信号的信噪比；
所述人体心理疲劳度检测模块和人体血压检测模块工作时，所述光电传感器显示绿灯。
所述人体血氧检测模块工作时，所述光电传感器的红光和红外光交替发光。
上述技术方案中，该驾驶疲劳提醒手环还包括GPS位置检测模块和加速度传感器，所述GPS位置检测模块、加速度传感器与所述处理器连接，通过所述GPS位置检测模块和加速度传感器判断出人体处于走路状态还是开车状态，当识别到开车时，该驾驶疲劳提醒手环自动开启疲劳检测功能。
上述技术方案中，所述ARM CotexM4芯片设有蓝牙模块，可通过所述蓝牙模块与车载的疲劳检测主机或智能手机互联，在所述人体综合疲劳指数大于临界值时，通过所述蓝牙模块将预警信号发送到所述疲劳检测主机或智能手机进行语音提醒。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：本发明佩戴在人体手腕部通过测量人体实时心率、心理疲劳指数、人体实时血氧饱和度、人体温度以及血压指数，再结合人体综合疲劳指数算法计算得出人体综合疲劳指数，当人体综合疲劳指数大于临界值时手环进行震动预警，并通过蓝牙将这一预警信号发送给疲劳检测主机或智能手机进行语音提醒，能较早发现人体生理疲劳，提醒驾驶人员集中注意力驾驶，防止疲劳驾驶造成重大交通事故危害驾驶人和他人的生命财产安全。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
图2为本发明的系统流程图；
图3为本发明所述脉搏波B-B间期图示；
图4为本发明所述脉搏波及差分波形的图示。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
请参阅图1，本发明提供一种智能生理疲劳度检测的驾驶疲劳提醒手环，通过佩戴在人体手腕部计算出人体综合疲劳指数，该驾驶疲劳提醒手环包括ARM CotexM4芯片、光电传感器、人体心理疲劳度检测模块、人体血氧检测模块、人体温度检测模块、人体血压检测模块、振动模块、GPS位置检测模块和加速度传感器，所述ARM CotexM4芯片包括M4内核的处理器和蓝牙模块，人体心理疲劳度检测模块、人体血压检测模块、人体血氧检测模块通过光电传感器连接处理器，人体温度检测模块、振动模块、GPS位置检测模块、加速度传感器直接连接处理器。
请参阅图2，使用时，驾驶员佩戴手环，手环根据GPS位置检测模块和加速度传感器判断出人体处于走路状态还是开车状态，当识别到开车时，自动开启疲劳检测功能，通过蓝牙模块与车载的疲劳检测主机或智能手机互联。
人体温度检测模块进行人体温度采样采集，通过采样算法得到人体手腕部温度T。
所述光电传感器贴近手腕部位，其集成了红光、红外光、绿光三种不同的光束，该光电传感器能自动感应外界环境光，在检测到环境光后进行自适应滤波，消除环境光的影响，提高信号的信噪比，在人体心理疲劳度检测模块和人体血压检测模块工作时，光电传感器显示绿灯。
人体心理疲劳度检测模块实时采集驾驶员手腕部位的脉搏波信号，获取初始信号后波形经过平滑滤波、样条插值抑制基线漂移等波形预处理，提取脉搏波波峰的B-B波形，如图3所示，通过一阶五点差分阈值法和自动判波技术分离出脉搏波单波，其算法如下：y(nT)＝1/8*[2x(nT)+x(nT-T)-x(nT-3T)-2x(nT-4T)]，其中，x(t)为容积脉搏波波形，y(t)为差分波形，如图4所示，上图波形为脉搏波，下图为五点差分波形，由图4可以看出，设定动态阈值为TH0，找出差分阈值点并向前找零点即为脉搏波起点，即可分离出脉搏波单波，得到脉搏波周期T1、T2、T3，则心率HR＝1/Tn，由前面过零点再往后找离第二个差分阈值点最近的一个过零点则该点为脉搏波波形的极大值点b1、b2、b3、b4，则B-B周期TB-B＝bN+1+bN，N为脉搏波个数。
心率疲劳指数F；由B-B周期TB-B＝bN+1+bN(单位：ms)，间接计算人体心率变异性心率疲劳指数算法F＝100-(|200-SDNN|/3)。
人体血压检测模块进行人体血压采集，通过收缩压和舒张压的均值得出人体血压指数P。
在人体血氧检测模块工作时，光电传感器的红光和红外光交替发光。人体血氧检测模块实时检测人体血氧浓度，根据Lambert-Beer定律可知红外和红外光对血液中的血红蛋白和还原血红蛋白具有独特的吸收特性，可绝对每一种成分的百分含量即血氧饱和度。根据采集到的不同的红光和红外光的直流分量和交流分量Vredmax，Vredmmin，VIredmax，VIredmin。a＝[(VIredmax+VIredmin)*(Vredmax-Vredmmin)]/[(Vredmax+Vredmmin)*(VIredmax-VIredmin)].其中a为经验系数，通过a即可换算血氧饱和度SPO2。
得到所述人体实时心率HR、心理疲劳指数F、人体实时血氧饱和度SPO2、人体温度T、血压指数P后，ARM CotexM4处理器结合其通过人体综合疲劳指数算法得出人体综合疲劳指数Tr，Tr＝α*HR+β*SPO2+γ*T+δ*F+ε*P，其中，其中HR为人体心率，SPO2为人体实时血氧浓度，T为人体温度，F为心理疲劳指数，P为血压指数，所述α、β、γ、δ、ε为影响因子。
当人体综合疲劳指数大于临界值时手环的振动模块进行震动预警，并通过蓝牙将这一预警信号发送给疲劳检测主机或智能手机进行语音提醒。
本发明利用实时生理信号检测人体的疲劳程度，从而能较早发现人体生理疲劳，提醒驾驶人员集中注意力驾驶，防止疲劳驾驶造成重大交通事故危害驾驶人和他人的生命财产安全。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能生理疲劳度检测的驾驶疲劳提醒手环，通过佩戴在人体手腕部计算出人体综合疲劳指数，其特征在于：该驾驶疲劳提醒手环包括处理器、人体心理疲劳度检测模块、人体血氧检测模块、人体温度检测模块、人体血压检测模块和振动模块，所述处理器分别连接所述人体心理疲劳度检测模块、人体血氧检测模块、人体温度检测模块、人体血压检测模块、振动模块；
所述人体心理疲劳度检测模块实时采集驾驶员手腕部位的脉搏波信号，提取脉搏波波峰的B-B波形，通过一阶五点差分阈值法和自动判波技术分离出脉搏波单波，从而获得脉搏波周期Tn和波形极大值点bn，则根据心率算法和心率疲劳指数算法获得人体实时心率HR和心率疲劳指数F；
所述人体血氧检测模块实时检测人体血氧浓度，根据Lambert-Beer定律采集到的不同的红光和红外光的直流分量和交流分量，再通过血氧算法计算血氧饱和度SPO2；
所述人体温度检测模块进行人体温度采样采集，通过采样算法得到人体手腕部温度T；
所述人体血压检测模块进行人体血压采集，通过收缩压和舒张压的均值得出人体血压指数P；
所述处理器结合所述人体实时心率HR、心理疲劳指数F、人体实时血氧饱和度SPO2、人体温度T、血压指数P通过人体综合疲劳指数算法得出人体综合疲劳指数Tr；
所述人体综合疲劳指数大于临界值时，所述震动模块进行震动预警。
2.根据权利要求1所述的一种智能生理疲劳度检测的驾驶疲劳提醒手环，其特征在于：所述处理器为ARM CotexM4芯片中M4内核的处理器。
3.根据权利要求1所述的一种智能生理疲劳度检测的驾驶疲劳提醒手环，其特征在于：在所述B-B周期中提取，利用一阶五点差分阈值法分离出单波的算法如下，y(nT)＝1/8*[2x(nT)+x(nT-T)-x(nT-3T)-2x(nT-4T)]，其中，x(t)为容积脉搏波波形，y(t)为差分波形。
4.根据权利要求1所述的一种智能生理疲劳度检测的驾驶疲劳提醒手环，其特征在于：所述心率算法如下，HR＝1/Tn。
5.根据权利要求1所述的一种智能生理疲劳度检测的驾驶疲劳提醒手环，其特征在于：所述心率疲劳指数算法如下，F＝100-(|200-SDNN|/3)，其中，所述SDNN为人体心率变异性，其算法如下， 根据B-B周期TB-B＝bN+1+bN公式间接计算得出，所述N为脉搏波个数。
6.根据权利要求1所述的一种智能生理疲劳度检测的驾驶疲劳提醒手环，其特征在于：所述血氧算法为，a＝[(VIredmax+VIredmin)*(Vredmax-Vredmmin)]/[(Vredmax+Vredmmin)*(VIredmax-VIredmin)]，其中a为经验系数，通过a换算血氧饱和度，所述Vredmax、Vredmmin、VIredmax、VIredmin为采集到的不同的红光和红外光的直流分量和交流分量。
7.根据权利要求1所述的一种智能生理疲劳度检测的驾驶疲劳提醒手环，其特征在于：所述人体综合疲劳指数算法如下，Tr＝α*HR+β*SPO2+γ*T+δ*F+ε*P，其中，所述α、β、γ、δ、ε为影响因子。
8.根据权利要求1所述的一种智能生理疲劳度检测的驾驶疲劳提醒手环，其特征在于：该驾驶疲劳提醒手环还包括光电传感器，所述人体心理疲劳度检测模块、人体血压检测模块、人体血氧检测模块通过所述光电传感器连接处理器，所述光电传感器集成了红光、红外光、绿光三种不同的光束，该光电传感器能自动感应外界环境光，在检测到环境光后进行自适应滤波，消除环境光的影响，提高信号的信噪比；
所述人体心理疲劳度检测模块和人体血压检测模块工作时，所述光电传感器显示绿灯。
所述人体血氧检测模块工作时，所述光电传感器的红光和红外光交替发光。
9.根据权利要求1所述的一种智能生理疲劳度检测的驾驶疲劳提醒手环，其特征在于：该驾驶疲劳提醒手环还包括GPS位置检测模块和加速度传感器，所述GPS位置检测模块、加速度传感器与所述处理器连接，通过所述GPS位置检测模块和加速度传感器判断出人体处于走路状态还是开车状态，当识别到开车时，该驾驶疲劳提醒手环自动开启疲劳检测功能。
10.根据权利要求2所述的一种智能生理疲劳度检测的驾驶疲劳提醒手环，其特征在于：所述ARM CotexM4芯片设有蓝牙模块，可通过所述蓝牙模块与车载的疲劳检测主机或智能手机互联，在所述人体综合疲劳指数大于临界值时，通过所述蓝牙模块将预警信号发送到所述疲劳检测主机或智能手机进行语音提醒。
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