對高鐵駕駛員心電圖和血氧飽和度提取的緊急通信系統的製作方法

2023-11-06 05:16:02 3

本發明涉及醫療監護領域，尤其涉及一種位於高鐵上的彈簧式緊急通信方法。

背景技術：

高鐵的運營方便了人們的出行，使得人們無需在空中乘坐飛機的情況下，也能達到較快的速度，提高出行的效率。不同國家的高鐵速度定製不同，但其速度都明顯高於其他地面交通工具。以下是各個國家的高鐵速度定製情況。

歐洲：西歐早期把舊線改造時速達到200公裡、新建時速達到250～300公裡的定為高速鐵路；1985年聯合國歐洲經濟委員會在日內瓦籤署的國際鐵路幹線協議規定：新建客貨運列車混用(簡稱客貨共線)型高速鐵路時速為250公裡以上，新建客運列車專用(簡稱客運專線)型高速鐵路時速為350公裡以上。

日本：作為世界上最早開始發展高速鐵路的國家，日本政府在1970年發布第71號法令，為制定全國新幹線鐵路發展的法律時，對高速鐵路的定義是，凡一條鐵路的主要區段，列車的最高運行速度達到200公裡/小時或以上者，可以稱為高速鐵路。

美國：美國聯邦鐵路管理局曾對高速鐵路定義為最高營運速度高於145公裡/小時(90mph)的鐵路，但從社會大眾的角度，「高速鐵路」一詞在美國通常會被用來指營運速度高於160公裡/小時的鐵路服務，這是因為在當地除了阿西樂快線(最高速度240公裡/小時)以外並沒有其他營運速度高於128公裡/小時(80mph)的鐵路客運服務。

由此可見，高鐵雖然在地面上行駛，然而其速度是地面上各種交通工具最高的，一旦出事，其後果同樣不堪想像。因此駕駛高鐵的駕駛員需要訓練有素並保持高度的專注力。然而，駕駛員也會出現狀態異常的情況發生，有主觀的因素，也有客觀的因素，這種異常狀態在生理參數上都會出現一些預兆。而現有技術中並沒有這些預兆的檢測方案，更不用說在檢測預兆後及時為乘客提供與外界聯繫的緊急通話機制了。

為此，本發明提出了一種位於高鐵上的彈簧式緊急通信系統，採用高精度的心電圖監控設備和血氧飽和度監控設備對高鐵駕駛員的心電圖參數和血氧飽和度進行及時檢測和報警，並在識別到高鐵駕駛員狀態異常時，及時為乘客啟動緊急通話機制。

技術實現要素：

為了解決現有技術存在的技術問題，本發明提供了一種位於高鐵上的彈簧式緊急通信系統，利用有針對性的、可用於高鐵駕駛艙的緊湊結構的心電圖監控設備和血氧監控設備分別實現對駕駛位置的駕駛員的心電圖信息和血氧飽和度的提取，並在異常時觸發報警機制和乘客緊急通話機制，幫助高鐵運營部門儘快了解危情。

根據本發明的一方面，提供了一種位於高鐵上的彈簧式緊急通信系統，所述緊急通信系統包括生理參數檢測子系統、一鍵通信設備、太陽能蓄電池和msp430單片機，所述太陽能蓄電池為所述一鍵通信設備提供電力供應，所述生理參數檢測子系統用於對高鐵駕駛艙內的駕駛員的生理狀態進行檢測，所述msp430單片機與所述生理參數檢測子系統和所述一鍵通信設備分別連接，根據所述生理參數檢測子系統的檢測結果確定是否為高鐵乘客開放所述一鍵通信設備。

更具體地，在所述位於高鐵上的彈簧式緊急通信系統中，包括：一鍵通信設備，包括呼叫鍵和無線通信接口，所述呼叫鍵用於在外部人員按壓時，自動打開所述無線通信接口以接收外部人員的通話信息，所述無線通信接口用於將外部人員的通話信息通過無線通信鏈路發送到遠端的運營管理中心處的伺服器；彈簧結構，維繫在所述一鍵通信設備上；彈簧驅動設備，與msp430單片機和彈簧結構分別連接，用於在接收到異常狀態信號時，彈開所述彈簧結構以將所述一鍵通信設備從高鐵乘客車廂廂體內部深處推送上來，在接收到正常狀態信號時，回縮所述彈簧結構以將所述一鍵通信設備收回至高鐵乘客車廂廂體內部深處；電力供應開關，與msp430單片機、一鍵通信設備和太陽能蓄電池分別連接，用於在接收到異常狀態信號時，恢復所述太陽能蓄電池對所述一鍵通信設備的電力供應，在接收到正常狀態信號時，斷開所述太陽能蓄電池對所述一鍵通信設備的電力供應；太陽能蓄電池，與所述一鍵通信設備、所述彈簧驅動設備和所述電力供應開關分別連接，僅為所述一鍵通信設備、所述彈簧驅動設備和所述電力供應開關提供電力供應；信號採集設備，包括多個醫用電極和多個運動軌跡傳感器，所述多個醫用電極分別設置在駕駛員體表處的多個固定位置，用於提取駕駛員心電場在體表處的多個固定位置分別產生的多個電壓，每一個運動軌跡傳感器緊鄰一個醫用電極放置，用於提取對應位置處駕駛員因為呼吸和人體運動而產生的漂移心電電壓信號；運動軌跡消除設備，與所述多個醫用電極和所述多個運動軌跡傳感器別連接，將每一個醫用電極產生的每一個電壓與對應運動軌跡傳感器產生的漂移心電電壓信號求和，以獲得對應的目標電壓；導聯電路，與所述運動軌跡消除設備連接，用於接收多個目標電壓，基於所述多個目標電壓計算心電電壓差並輸出；信號放大電路，與所述導聯電路連接，用於接收所述心電電壓差並對所述心電電壓差放大；帶通濾波電路，與所述信號放大電路連接，用於濾除放大後的心電電壓差中的噪聲成分以獲得濾波電壓差；第一模數轉換電路，與所述帶通濾波電路連接，用於對濾波電壓差進行模數轉換，以獲得數位化電壓差；心電圖參數提取電路，與所述第一模數轉換器連接，基於所述數位化電壓差提取駕駛員的竇性心率和qt間期；發光二極體，設置在駕駛員手指指尖毛細血管位置，與光源驅動電路連接，用於基於光源驅動電路發送的發光控制信號，交替發射紅外光和紅光；光源驅動電路，內置定時器，用於向所述發光二極體發送發光控制信號；光電轉換器，設置在駕駛員手指指尖上，位於所述發光二極體的相對位置，用於接收透射駕駛員手指指尖毛細血管後的紅外光和紅光，並將透射紅外光和透射紅光分別轉換為模擬電流信號，以獲得模擬紅外光電流和模擬紅光電流；電流電壓轉換電路，與所述光電轉換器連接，用於對模擬紅外光電流和模擬紅光電流分別進行電流電壓轉換，以分別獲得模擬紅外光電壓和模擬紅光電壓；信號放大器，與所述電流電壓轉換電路連接，用於對模擬紅外光電壓和模擬紅光電壓分別進行放大，以獲得模擬紅外光放大電壓和模擬紅光放大電壓；信號檢測電路，與所述信號放大器連接，包括直流信號檢測子電路和交流信號檢測子電路，用於檢測模擬紅外光電壓中的直流成分和交流成分，以作為第一直流電壓和第一交流電壓輸出，還用於檢測模擬紅光電壓中的直流成分和交流成分，以作為第二直流電壓和第二交流電壓輸出；第二模數轉換器，與所述信號檢測電路連接，用於對第一直流電壓、第一交流電壓、第二直流電壓和第二交流電壓分別進行模數轉換，以獲得第一數位化直流電壓、第一數位化交流電壓、第二數位化直流電壓和第二數位化交流電壓；msp430單片機，與所述心電圖參數提取電路和所述第二模數轉換器分別連接，接收駕駛員的竇性心率和qt間期，還將第二數位化交流電壓與第二數位化直流電壓的比值除以第一數位化交流電壓與第一數位化直流電壓的比值以獲得吸收光比值因子，並基於吸收光比值因子計算血氧飽和度，其中，血氧飽和度與吸收光比值因子成線性關係；其中，所述msp430單片機當所述竇性心率在預設竇性心率範圍之外時，發出竇性心率異常識別信號，當所述qt間期在預設qt間期範圍之外時，發出qt間期異常識別信號，當所述血氧飽和度在預設血氧飽和度上限濃度時，發出血氧飽和度過高識別信號，當所述血氧飽和度在預設血氧飽和度下限濃度時，發出血氧飽和度過低識別信號；所述心電電壓差包括多個電壓差；當msp430單片機發出竇性心率異常識別信號、qt間期異常識別信號、血氧飽和度過高識別信號或血氧飽和度過低識別信號時，msp430單片機同時發出異常狀態信號，否則，msp430單片機同時發出正常狀態信號。

更具體地，在所述位於高鐵上的彈簧式緊急通信系統中：所述光電轉換器為一光電二極體。

更具體地，在所述位於高鐵上的彈簧式緊急通信系統中：所述發光二極體發射的紅外光的波長為940nm，所述發光二極體發射的紅光的波長為660nm。

更具體地，在所述位於高鐵上的彈簧式緊急通信系統中：在所述信號放大器和所述信號檢測電路之間還設置信號濾波電路，用於分別濾除模擬紅外光放大電壓和模擬紅光放大電壓中的噪聲成分。

更具體地，在所述位於高鐵上的彈簧式緊急通信系統中：所述無線通信接口為衛星通信接口。

附圖說明

以下將結合附圖對本發明的實施方案進行描述，其中：

圖1為本發明的位於高鐵上的彈簧式緊急通信系統的第一實施例的結構方框圖。

附圖標記：1生理參數檢測子系統；2一鍵通信設備；3太陽能蓄電池；4msp430單片機。

具體實施方式

下面將參照附圖對本發明的位於高鐵上的彈簧式緊急通信系統的實施方案進行詳細說明。

高鐵在載客運營方面與其他交通工具相比具有一定的優點：首先，除了高鐵之外，高鐵的速度是最快的，能夠提高人們出行的效率，節省路上花費的時間，其次，由於高鐵是在距離地面數萬英尺的高空中飛行，危險程度相對較高，而高鐵是在地面上行駛，更具有可控性，最後，一般高鐵的價格還是比高鐵便宜，性價比高。

但是，由於高鐵的運行速度是地面交通工具中最高的，因此，對高鐵的駕駛不能有任何疏忽，稍有大意就很可能造成車毀人亡的嚴重後果，因此，對於高鐵的駕駛員來說，其駕駛狀態至關重要。

目前，對高鐵的監控主要集中在高鐵客體本身，而對於駕駛高鐵的駕駛員，相應的監控手段有限，更多的是對高鐵乘客艙的視頻監控，即使有一些對於駕駛室的監控手段，也更多是對駕駛室內部溫度、氣壓等有限的物理量的檢測，缺乏對駕駛員的生理狀態的檢測，更不用說採用在駕駛員狀態異常時，及時通知乘客艙的人員的通訊機制了。而且，在現有技術中，駕駛員所在駕駛艙和乘客所在的乘客艙通常由駕駛艙位置鎖定，駕駛員的駕駛狀態乘客根本缺乏通道去獲悉。

為此，本發明搭建了一種位於高鐵上的彈簧式緊急通信系統，能夠及時了解駕駛位置的高鐵駕駛員的心電圖信號和血氧飽和度，一旦出現異常時，能夠立即進行預警，同時採用彈簧形式啟動乘客艙內的緊急通信機制以幫助乘客了解危機信息，迅速建立與外界的通信通道，幫助外界救援平臺快速做出應急措施。

圖1為本發明的位於高鐵上的彈簧式緊急通信系統的第一實施例的結構方框圖，所述緊急通信系統包括生理參數檢測子系統、一鍵通信設備、太陽能蓄電池和msp430單片機，所述太陽能蓄電池為所述一鍵通信設備提供電力供應，所述生理參數檢測子系統用於對高鐵駕駛艙內的駕駛員的生理狀態進行檢測，所述msp430單片機與所述生理參數檢測子系統和所述一鍵通信設備分別連接，根據所述生理參數檢測子系統的檢測結果確定是否為高鐵乘客開放所述一鍵通信設備。

接著，繼續對本發明的位於高鐵上的彈簧式緊急通信系統的第二實施例進行進一步的說明。

所述緊急通信系統包括：一鍵通信設備，包括呼叫鍵和無線通信接口，所述呼叫鍵用於在外部人員按壓時，自動打開所述無線通信接口以接收外部人員的通話信息，所述無線通信接口用於將外部人員的通話信息通過無線通信鏈路發送到遠端的運營管理中心處的伺服器；彈簧結構，維繫在所述一鍵通信設備上；彈簧驅動設備，與msp430單片機和彈簧結構分別連接，用於在接收到異常狀態信號時，彈開所述彈簧結構以將所述一鍵通信設備從高鐵乘客車廂廂體內部深處推送上來，在接收到正常狀態信號時，回縮所述彈簧結構以將所述一鍵通信設備收回至高鐵乘客車廂廂體內部深處。

所述緊急通信系統包括：電力供應開關，與msp430單片機、一鍵通信設備和太陽能蓄電池分別連接，用於在接收到異常狀態信號時，恢復所述太陽能蓄電池對所述一鍵通信設備的電力供應，在接收到正常狀態信號時，斷開所述太陽能蓄電池對所述一鍵通信設備的電力供應；太陽能蓄電池，與所述一鍵通信設備、所述彈簧驅動設備和所述電力供應開關分別連接，僅為所述一鍵通信設備、所述彈簧驅動設備和所述電力供應開關提供電力供應。

所述緊急通信系統包括：信號採集設備，包括多個醫用電極和多個運動軌跡傳感器，所述多個醫用電極分別設置在駕駛員體表處的多個固定位置，用於提取駕駛員心電場在體表處的多個固定位置分別產生的多個電壓，每一個運動軌跡傳感器緊鄰一個醫用電極放置，用於提取對應位置處駕駛員因為呼吸和人體運動而產生的漂移心電電壓信號；運動軌跡消除設備，與所述多個醫用電極和所述多個運動軌跡傳感器別連接，將每一個醫用電極產生的每一個電壓與對應運動軌跡傳感器產生的漂移心電電壓信號求和，以獲得對應的目標電壓。

所述緊急通信系統包括：導聯電路，與所述運動軌跡消除設備連接，用於接收多個目標電壓，基於所述多個目標電壓計算心電電壓差並輸出；信號放大電路，與所述導聯電路連接，用於接收所述心電電壓差並對所述心電電壓差放大；帶通濾波電路，與所述信號放大電路連接，用於濾除放大後的心電電壓差中的噪聲成分以獲得濾波電壓差；第一模數轉換電路，與所述帶通濾波電路連接，用於對濾波電壓差進行模數轉換，以獲得數位化電壓差；心電圖參數提取電路，與所述第一模數轉換器連接，基於所述數位化電壓差提取駕駛員的竇性心率和qt間期。

所述緊急通信系統包括：發光二極體，設置在駕駛員手指指尖毛細血管位置，與光源驅動電路連接，用於基於光源驅動電路發送的發光控制信號，交替發射紅外光和紅光；光源驅動電路，內置定時器，用於向所述發光二極體發送發光控制信號；光電轉換器，設置在駕駛員手指指尖上，位於所述發光二極體的相對位置，用於接收透射駕駛員手指指尖毛細血管後的紅外光和紅光，並將透射紅外光和透射紅光分別轉換為模擬電流信號，以獲得模擬紅外光電流和模擬紅光電流；電流電壓轉換電路，與所述光電轉換器連接，用於對模擬紅外光電流和模擬紅光電流分別進行電流電壓轉換，以分別獲得模擬紅外光電壓和模擬紅光電壓。

所述緊急通信系統包括：信號放大器，與所述電流電壓轉換電路連接，用於對模擬紅外光電壓和模擬紅光電壓分別進行放大，以獲得模擬紅外光放大電壓和模擬紅光放大電壓；信號檢測電路，與所述信號放大器連接，包括直流信號檢測子電路和交流信號檢測子電路，用於檢測模擬紅外光電壓中的直流成分和交流成分，以作為第一直流電壓和第一交流電壓輸出，還用於檢測模擬紅光電壓中的直流成分和交流成分，以作為第二直流電壓和第二交流電壓輸出。

所述緊急通信系統包括：第二模數轉換器，與所述信號檢測電路連接，用於對第一直流電壓、第一交流電壓、第二直流電壓和第二交流電壓分別進行模數轉換，以獲得第一數位化直流電壓、第一數位化交流電壓、第二數位化直流電壓和第二數位化交流電壓。

所述緊急通信系統包括：msp430單片機，與所述心電圖參數提取電路和所述第二模數轉換器分別連接，接收駕駛員的竇性心率和qt間期，還將第二數位化交流電壓與第二數位化直流電壓的比值除以第一數位化交流電壓與第一數位化直流電壓的比值以獲得吸收光比值因子，並基於吸收光比值因子計算血氧飽和度，其中，血氧飽和度與吸收光比值因子成線性關係。

其中，所述msp430單片機當所述竇性心率在預設竇性心率範圍之外時，發出竇性心率異常識別信號，當所述qt間期在預設qt間期範圍之外時，發出qt間期異常識別信號，當所述血氧飽和度在預設血氧飽和度上限濃度時，發出血氧飽和度過高識別信號，當所述血氧飽和度在預設血氧飽和度下限濃度時，發出血氧飽和度過低識別信號；所述心電電壓差包括多個電壓差；當msp430單片機發出竇性心率異常識別信號、qt間期異常識別信號、血氧飽和度過高識別信號或血氧飽和度過低識別信號時，msp430單片機同時發出異常狀態信號，否則，msp430單片機同時發出正常狀態信號。

可選地，在所述緊急通信系統中：所述光電轉換器為一光電二極體；所述發光二極體發射的紅外光的波長為940nm，所述發光二極體發射的紅光的波長為660nm；在所述信號放大器和所述信號檢測電路之間還設置信號濾波電路，用於分別濾除模擬紅外光放大電壓和模擬紅光放大電壓中的噪聲成分；以及所述無線通信接口可選為衛星通信接口。

另外，濾波器，顧名思義，是對波進行過濾的器件。「波」是一個非常廣泛的物理概念，在電子技術領域，「波」被狹義地局限於特指描述各種物理量的取值隨時間起伏變化的過程。該過程通過各類傳感器的作用，被轉換為電壓或電流的時間函數，稱之為各種物理量的時間波形，或者稱之為信號。因為自變量時間是連續取值的，所以稱之為連續時間信號，又習慣地稱之為模擬信號。

隨著數字式電子計算機技術的產生和飛速發展，為了便於計算機對信號進行處理，產生了在抽樣定理指導下將連續時間信號變換成離散時間信號的完整的理論和方法。也就是說，可以只用原模擬信號在一系列離散時間坐標點上的樣本值表達原始信號而不丟失任何信息，波、波形、信號這些概念既然表達的是客觀世界中各種物理量的變化，自然就是現代社會賴以生存的各種信息的載體。信息需要傳播，靠的就是波形信號的傳遞。信號在它的產生、轉換、傳輸的每一個環節都可能由於環境和幹擾的存在而畸變，甚至是在相當多的情況下，這種畸變還很嚴重，導致信號及其所攜帶的信息被深深地埋在噪聲當中了。為了濾除這些噪聲，恢復原本的信號，需要使用各種濾波器進行濾波處理。

採用本發明的位於高鐵上的彈簧式緊急通信系統，針對現有技術中缺乏高鐵駕駛員生理狀態機制以及缺乏乘客緊急通話設備的技術問題，採用高精度的心電圖監控設備和血氧監控設備對高鐵駕駛員的心電圖參數和血氧飽和度進行及時檢測和報警，還引入生理參數預警機制和緊急通話機制以幫助駕駛艙外的乘客了解信息並快速脫離險境。

可以理解的是，雖然本發明已以較佳實施例披露如上，然而上述實施例並非用以限定本發明。對於任何熟悉本領域的技術人員而言，在不脫離本發明技術方案範圍情況下，都可利用上述揭示的技術內容對本發明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬於本發明技術方案保護的範圍內。