基於面部皮膚伸縮的疲勞測試方法與測試用傳感器及裝置的製作方法

2023-08-09 05:45:36

專利名稱：基於面部皮膚伸縮的疲勞測試方法與測試用傳感器及裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於人體疲勞狀態檢測領域，特別涉及一種疲勞測試方法與裝置。
背景技術：
人處於疲勞狀態不僅工作效率低，而且易出現安全問題。尤其是機動車駕駛人員和 高空作業人員，在疲勞狀態操作的危險性更大，輕者造成財產損失，重者造成人身傷殘， 甚至喪失生命。
關於人體疲勞狀態的檢測，現有技術主要集中在對機動車駕駛人員疲勞狀態的檢 領U，有腦電圖監測法、心率血壓監測法、眼睛閉合時間監測法、瞳孔測量法、頭部位移 測量法、方向盤運動監視等方法(見《機動車駕駛員駕駛狀態監測方法研究》，科技情 報開發與經濟，2008年第18巻第3期，李曉明，嶽春芳)，其中，腦電圖監測法和心 率血壓監測法屬於對各類人群普遍適用的方法，研究者也較多，但腦電、心率的變化過 程極其複雜，很難構建數學模型來準確表達其變化規律，致使檢測效果的準確性不能得 到保證。與上述方法對應的疲勞檢測裝置有專用照相機、腦電圖儀(見《疲勞駕駛預警 系統的研究現狀與發展趨勢》，青島理工大學學報，第28巻第3期，2007，孫顯彬、唐 洪偉、文妍)等。

發明內容
本發明的目的在於提供一種基於面部皮膚伸縮的疲勞測試方法與裝置，此種方法和 裝置不僅測試精度較高，而且使用方便，成本低，便於推廣使用。
人體疲勞時，有"眼睛眨動頻率增高"和"頻繁打哈欠"的生理特徵，眼睛頻繁眨 動會牽引眼角皮膚的伸縮，打哈欠會牽引額部、臉頰皮膚的伸縮。而上述面部皮膚的伸 縮將導致所述皮膚處安裝的傳感器電感值的變化，因而，分析安裝在所述面部皮膚處傳 感器的電感值的變化，就可以判斷人體是否處於疲勞狀態。
本發明所述基於面部皮膚伸縮的疲勞測試方法，根據上述人體疲勞特徵和原理設 計，包括以下步驟-
(1)在被測者的額部或/和眼角或/和臉頰安裝皮膚伸縮測量傳感器，採集被測者的 面部皮膚使皮膚伸縮測量傳感器產生的電感值；(2)分析所述皮膚伸縮測量傳感器的電感值變化，通過被測者的面部皮膚使皮膚 伸縮測量傳感器產生的電感值變化確定被測者面部皮膚的伸縮變化，根據被測者面部皮 膚的伸縮變化判斷被測者是否處於疲勞狀態。
上述方法中，皮膚伸縮測量傳感器在被測者額部或/和眼角或/和臉頰的安裝方式優 選粘貼。
本發明所述的皮膚伸縮測量傳感器由漆包線和膠布組成，漆包線固定在膠布上。
本發明所述基於面部皮膚伸縮的疲勞測試裝置，包括至少一組皮膚伸縮前端檢測電 路、可編程邏輯器件、微處理器和報警器；皮膚伸縮前端檢測電路由皮膚伸縮測量傳感 器、電感測量電路和比較器組成，皮膚伸縮測量傳感器的輸出端與電感測量電路的輸入 端連接，將其因被測者面部皮膚伸縮而產生的電感值傳送給電感測量電路，電感測量電 路的輸出端與比較器的輸入端連接，將來自皮膚伸縮測量傳感器的電感信號轉變成正弦 波輸送給比較器，比較器的輸出端與可編程邏輯器件的輸入端連接，將來自電感測量電 路的正弦波轉換成方波輸送給可編程邏輯器件；可編程邏輯器件的輸出端與微處理器的 輸入端連接，對來自比較器的方波進行頻率計數，並將頻率計數值通過同步串行接口傳 送給微處理器，微處理器以來自可編程邏輯器件的頻率計數值為基礎計算對應皮膚伸縮 測量傳感器的電感值並分析所述電感值的變化，根據皮膚伸縮測量傳感器的電感值變化 確定被測者面部皮膚的伸縮變化，根據被測者面部皮膚的伸縮變化判斷被測者是否處於 疲勞狀態，若被測者處於疲勞狀態，則輸出報警信號，啟動報警器報警。
上述裝置中，皮膚伸縮測量傳感器由漆包線和膠布組成，漆包線固定在膠布上。
上述裝置中，電感測量電路由壓控振蕩器晶片及其外圍電路構成，或為LC振蕩 電路。
上述裝置中，報警器包括蜂鳴器和發光器件，可同時進行聲光報警。 本發明具有以下有益效果
1、 相對於現有技術，本發明為人體疲勞狀態檢測提供了一種不同構思的方^fe與裝置。
2、 由於人體"眼睛眨動頻率增高"和"頻繁打哈欠"的疲勞特徵與面部皮膚的伸 縮存在對應關係，而面部皮膚的伸縮必然導致所述皮膚處安裝的傳感器的電感值發生變 化，因而本發明所述方法測試精度較高，能夠對被檢測者是否處於疲勞狀態作出準確的
5判斷。
3、 皮膚伸縮測量傳感器由漆包線和膠布組成，不僅能滿足疲勞測試的需要， 而且結構非常簡單，成本低廉。
4、 本發明所述方法使用方便，適合於各種人群的疲勞狀態檢測。
5、 本發明所述裝置結構簡單，成本低，易於推廣使用。


圖1是本發明所述基於面部皮膚伸縮的疲勞測試裝置的一種結構框圖2是本發明所述基於面部皮膚伸縮的疲勞測試裝置的又一種結構框圖3是皮膚伸縮前端檢測電路的結構框圖4是報警器的一種結構框圖5是皮膚伸縮測量傳感器的一種結構簡圖6是皮膚伸縮測量傳感器的又一種結構簡圖7是電感測量電路的一種電原理圖8是電感測量電路的又一種電原理圖9是可編程邏輯器件中的軟體總框圖10是圖9、圖12中時鐘產生模塊軟體的框圖11是圖9中頻率計數模塊軟體的框圖12是圖9中SPI接口數據合成模塊軟體的框圖13是SPI數據的時序圖，圖中，傳感器號代表皮膚伸縮測量傳感器，頻率計數
值代表10毫秒內的與皮膚伸縮測量傳感器相關的信號的頻率計數； 圖14是微處理器的軟體框圖15是皮膚伸縮測量傳感器在被測者面部安裝的一種示意圖，皮膚伸縮測量傳感 器安裝在被測者額部；
圖16是皮膚伸縮測量傳感器在被測者面部安裝的另一種示意圖，兩皮膚伸縮測量 傳感器分別安裝在被測者的兩眼角；
圖17是皮膚伸縮測量傳感器在被測者面部安裝的又一種示意圖，兩皮膚伸縮測量 傳感器分別安裝在被測者的兩臉頰且靠近嘴角處；
圖18是皮膚伸縮測量傳感器在被測者面部安裝的再一種示意圖，五皮膚伸縮測量 傳感器分別安裝在被測者的額部、兩眼角和兩臉頰且靠近嘴角處。
圖中，l一皮膚伸縮前端檢測電路、2—可編程邏輯器件、3—微處理器、4一報警器、 5—皮膚伸縮測量傳感器、6—電感測量電路、7—比較器、8—蜂鳴器、9—發光器件、 IO—漆包線、ll一膠布。實施例l
本實施例中，基於面部皮膚伸縮的疲勞測試裝置如圖2所示，包括五組皮膚伸縮前 端檢測電路l-l、 1-2、 1-3、 1-4、 1-5，可編程邏輯器件2，微處理器3和報警器4。
各組皮膚伸縮前端檢測電路的結構如圖3所示，由皮膚伸縮測量傳感器5、電感測 量電路6和比較器7組成。皮膚伸縮測量傳感器5的結構如圖5所示，由漆包線10 和膠布ll組成，漆包線10固定在膠布11上，且按首尾相接、開口相反的 "U"形形狀均勻排列。電感測量電路6的電原理圖如圖7所示，該電路的核心器 件是motorola公司生產的型號為MC1648的壓控振蕩器晶片，利用該晶片的壓控特性， 在其輸出端3腳產生頻率信號，以間接測量待測電感的值；BB809是變容二極體，用電 位器進行分壓,調節所述電位器可獲得不同的輸出電壓，該電壓通過電阻加到變容二極 管BB809上，可獲得不同的電容量，設變容二極體電容值為C，測量未知電感L時，只 需將其接到電路的A、 B端，電路諧振，在輸出端3腳輸出一定頻率的正弦波振蕩信號。 比較器7由MAXIM公司生產，型號為MAX4104 (其電路設計參考MAXIM 公司網站設計參考以及相關數據手冊)。
可編程邏輯器件2由ALTER公司生產，型號為EPM570(其電路設計參考 ALTERA公司網站設計參考以及相關數據手冊)；可編程邏輯器件2中安裝有 如圖9所示的軟體模塊100HZ時鐘產生模塊、頻率計數模塊和SPI接口數據合成模塊。 100HZ時鐘產生模塊的流程如圖10所示，產生100HZ時鐘時，設翻轉值=499999，則 每出現500000(0-499999)個100MHZ時鐘上沿時，輸出信號反相一次，就產生了 100HZ 時鐘。頻率計數模塊的流程如圖ll所示，其功能是計算100HZ時鐘兩個上沿間輸入信 號的計數值，並將計數值存儲為頻率計數值，輸入信號的頻率等於頻率計數值乘100。 SPI接口數據合成模塊的流程如圖12所示，在時鐘模塊中設置翻轉值等於49999，則得 到1000HZ時鐘信號，1000HZ時鐘信號輸入3位循環計數器，計數器依次輸出0、 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7，根據輸出值，按圖13所示的SPI時序圖構造SPI數據(SPI接口由SDATA、 SCK、SL三個信號線組成，當SL為低表示串口開始，SDATA信號由3bit傳感器號和13bit 頻率計數值組成)，並將SPI數據送到微處理器。
微處理器3由TI公司生產，型號為TMS320F2812 (其電路設計參考TI 公司網站設計參考以及相關數據手冊)；微處理器3中安裝有如圖14所示的軟 件模塊，以來自可編程邏輯器件的頻率計數值為基礎，通過公式
7計算對應皮膚伸縮測量傳感器的電感值並分析所述電感值的變化，根據皮膚伸縮測量傳 感器的電感值變化確定被測者面部皮膚的伸縮變化，根據被測者面部皮膚的伸縮變化判 斷被測者是否處於疲勞狀態，若被測者處於疲勞狀態，則輸出報警信號，啟動報警器報 警。
報警器4的結構如圖4所示，包括蜂鳴器8和發光器件9，發光器件9選用發光二 極管，當接收到微處理器3的報警信號後，進行聲光報警。
將上述疲勞測試裝置的皮膚伸縮測量傳感器5粘貼在被測者的額部或/和眼角或/和 臉頰(粘貼部位如圖15、 16、 17、 18所示)，然後接通電源，使該裝置處於工作狀態， 則可採集被測者的面部皮膚使皮膚伸縮測量傳感器產生的電感值並對所述皮膚伸縮測 量傳感器的電感值變化進行分析，通過被測者的面部皮膚使皮膚伸縮測量傳感器產生的 電感值變化確定被測者面部皮膚的伸縮變化，根據被測者面部皮膚的伸縮變化判斷被測 者是否處於疲勞狀態。
本實施例中的疲勞測試裝置有五個皮膚伸縮測量傳感器，測試時，既可部分使用， 也可全部使用。
實施例2
本實施例中，基於面部皮膚伸縮的疲勞測試裝置如圖1所示，與實施例不同之處是
1、 皮膚伸縮前端檢測電路為一組；
2、 皮膚伸縮測量傳感器5的結構如圖6所示，漆包線呈線圈狀固定在膠布上；
3、 電感測量電路6的電原理圖如圖8所示，為LC振蕩電路，微處理器3通過公
i r1『2 i
式/ = ~~^= c = 二 : z = 7T7"Wr計算對應皮膚伸縮測量傳感器的電
感值並分析所述電感值的變化。
權利要求
1、一種基於面部皮膚伸縮的疲勞測試方法，其特徵是包括以下步驟(1)在被測者的額部或/和眼角或/和臉頰安裝皮膚伸縮測量傳感器，採集被測者的面部皮膚使皮膚伸縮測量傳感器產生的電感值；(2)分析所述皮膚伸縮測量傳感器的電感值變化，通過被測者的面部皮膚使皮膚伸縮測量傳感器產生的電感值變化確定被測者面部皮膚的伸縮變化，根據被測者面部皮膚的伸縮變化判斷被測者是否處於疲勞狀態。
2、 根據權利要求1所述的基於面部皮膚伸縮的疲勞測試方法，其特徵是皮膚伸縮 測量傳感器在被測者額部或/和眼角或/和臉頰的安裝方式為粘貼。
3、 一種皮膚伸縮測量傳感器，其特徵在於由漆包線(10)和膠布(11)組成， 漆包線(10)固定在膠布(11)上。
4、 一種基於面部皮膚伸縮的疲勞測試裝置，其特徵是包括至少一組皮膚伸縮前端 檢測電路(1)、可編程邏輯器件(2)、微處理器(3)和報警器(4);皮膚伸縮前端檢測電路(1)由皮膚伸縮測量傳感器(5)、電感測量電路(6)和比 較器(7)組成，皮膚伸縮測量傳感器(5)的輸出端與電感測量電路(6)的輸入端連 接，將其因被測者面部皮膚伸縮而產生的電感值傳送給電感測量電路(6)，電感測量電 路(6)的輸出端與比較器(7)的輸入端連接，將來自皮膚伸縮測量傳感器的電感信號 轉變成正弦波輸送給比較器(7)，比較器(7)的輸出端與可編程邏輯器件(2)的輸入 端連接，將來自電感測量電路的正弦波轉換成方波輸送給可編程邏輯器件(2);可編程邏輯器件(2)的輸出端與微處理器(3)的輸入端連接，對來自比較器的方 波進行頻率計數，並將頻率計數值通過同步串行接口傳送給微處理器，微處理器(3) 以來自可編程邏輯器件的頻率計數值為基礎計算對應皮膚伸縮測量傳感器的電感值並 分析所述電感值的變化，根據皮膚伸縮測量傳感器的電感值變化確定被測者面部皮膚的 伸縮變化，根據被測者面部皮膚的伸縮變化判斷被測者是否處於疲勞狀態，若被測者處 於疲勞狀態，則輸出報警信號，啟動報警器報警；所述皮膚伸縮測量傳感器(5)由漆包線(10)和膠布(11)組成，漆包線 (10)固定在膠布(11)上。
5、 根據權利要求4所述的基於面部皮膚伸縮的疲勞測試裝置，其特徵是電感測量電路(6)由壓控振蕩器晶片及其外圍電路構成。
6、 根據權利要求4所述的基於面部皮膚伸縮的疲勞測試裝置，其特徵是電感測 量電路(6)為LC振蕩電路。
7、 根據權利要求4或5或6所述的基於面部皮膚伸縮的疲勞測試裝置，其特徵 是報警器包括蜂鳴器(8)和發光器件(9)。
全文摘要
一種基於面部皮膚伸縮的疲勞測試方法，其特徵是包括以下步驟(1)在被測者的額部或/和眼角或/和臉頰安裝皮膚伸縮測量傳感器，採集被測者的面部皮膚使皮膚伸縮測量傳感器產生的電感值；(2)分析所述皮膚伸縮測量傳感器的電感值變化，通過被測者的面部皮膚使皮膚伸縮測量傳感器產生的電感值變化確定被測者面部皮膚的伸縮變化，根據被測者面部皮膚的伸縮變化判斷被測者是否處於疲勞狀態。一種基於面部皮膚伸縮的疲勞測試裝置，包括至少一組皮膚伸縮前端檢測電路、可編程邏輯器件、微處理器和報警器。
文檔編號A61B5/16GK101438961SQ20081014790
公開日2009年5月27日 申請日期2008年12月18日 優先權日2008年12月18日
發明者莫思特 申請人:四川川大智勝軟體股份有限公司