可移動式疲勞駕駛監測儀的製作方法

2023-05-28 18:46:56 2

本發明屬於紅外監測領域，特別涉及利用近紅外光譜檢測技術對易疲勞人群以及交通駕駛人群的血氧和疲勞檢測以及疲勞預警的技術。

背景技術：

現代社會，人們對汽車的依賴程度越來越高，這也使得疲勞駕駛現象越發普遍，全社會每年都會因疲勞駕駛造成了巨大的經濟、社會損失。根據數據調查，由疲勞駕駛造成的交通事故達每年10萬起，每年有7.1萬人疲勞駕駛造成的事故中致殘致傷，更有3500餘人在這些事故中失去了生命。尤其在貨運行業，57％的致命卡車交通事故是由於司機的疲勞駕駛，疲勞駕駛已成為交通事故的頭號原因。

但是在疲勞駕駛檢測中出現了尷尬的問題：疲勞駕駛不像酒駕檢測一樣易於量化執行，它的檢測技術多是模糊的，現有技術和產品多基於眼瞼識別，面部識別和車輛行駛特徵的檢測，這使得疲勞駕駛很難準確界定和量化執行。

中華人民共和國的「道路安全交通法」規定，不得有連續駕駛機動車超過4小時未停車休息或者停車休息時間少於20分鐘的行為，可實際上即使連續駕車不到4個小時也會出現疲勞駕駛的情況。在檢測率方面，因為他沒有考慮駕駛人在剛上車的時候是不是睏倦的，漏檢率比較高。

如今市場並沒有對疲勞程度進行檢測並預警的產品，而人們幾乎家家有車，而司機和乘客的安全也是放在第一位的，因此社會上亟需一種可以一站式的解決疲勞駕駛問題的裝置，來幫助駕駛員群體定性的界定疲勞駕駛與非疲勞駕駛，以及提醒駕駛員中止疲勞駕駛，這具有強烈需求性。但是現有的疲勞駕駛檢測裝置不能滿足市場的需求，造成了市場的相對空缺，也讓疲勞駕駛的現象產生了嚴重危害。

技術實現要素：

本發明為解決上述技術問題，提出了一種可移動式疲勞駕駛監測儀，採用了可以發射近紅外光的光源和接收反射光強的光電傳感器，以及控制近紅外光源和光電傳感器、並可以進行信號分析處理的系統控制裝置，最終經由移動終端進行數據處理，進行血氧檢測和疲勞分級預警。

本發明採用的技術方案是：可移動式疲勞駕駛監測儀，包括：用於獲取血氧信息的信號探測裝置，用於控制信號探測裝置工作的系統控制裝置；

還包括：穩固裝置、移動終端裝置、雲端伺服器、預警裝置和電源裝置；所述移動終端裝置通過通訊模塊與系統控制裝置相連，所述移動終端裝置還與雲端伺服器相連，所述電源裝置與系統控制裝置相連；所述預警裝置與系統控制裝置相連；所述穩固裝置用於固定信號探測裝置以及系統控制裝置的穩固裝置；所述移動終端裝置用於對信號探測裝置獲取的血氧信息進行數據處理，得到疲勞信息；所述預警裝置在系統控制裝置的控制下根據移動終端裝置得到的疲勞信息進行預警；所述電源裝置為系統控制裝置供電；

所述穩固裝置包括第一穩固部分、第二穩固部分以及第三穩固部分；所述第一穩固部分將信號探測裝置固定於人腦前額葉中心區域；所述第二穩固部分用於將系統控制裝置與預警裝置固定於耳部，所述第三穩固部分用於固定連接電路部分；且所述第一穩固部分通過第三穩固部分與第二穩固部分相連；

所述信號探測裝置包括：近紅外光源與光電傳感模塊；

所述系統控制裝置包括：微處理單元、光源驅動模塊以及數模轉換模塊；所述光源驅動模塊與微處理單元相連，根據微處理單元的控制指令驅動信號探測裝置中的近紅外光遠進行發光；所述數模轉換模塊與微處理單元相連，在微處理單元的控制下將信號探測裝置中光電傳感模塊測得的電信號轉換為數位訊號；

所述移動終端裝置至少包括：運算模塊以及顯示模塊，所述運算模塊用於根據系統控制裝置發送來的數位訊號，進行運算處理，得到疲勞信息；所述顯示模塊用於對運算模塊得到的疲勞信息進行顯示；

所述預警裝置至少包括：馬達模塊和語音提醒模塊；所述馬達模塊在系統控制單元的控制下進行震動預警；所述語音提醒模塊在系統控制單元的控制下進行語音預警。

進一步地，所述近紅外光源採用至少一個可以發射出至少兩種波長的多波長近紅外集成led光源。

進一步地，所述信號探測裝置的有效探測區域為位於眉心上方1～3cm處的橢圓形區域，該橢圓形區域長軸與眉毛平行，長度為3cm；短軸與眉毛垂直並與眉心在一條直線上，長度為2cm。

進一步地，所述光電傳感模塊包括至少一個光電傳感器。

本發明的有益效果：本發明通過移動終端軟體進行數據處理，通過信號探測裝置獲取血氧信息，經系統控制裝置預處理後，在移動終端裝置中採用相應的算法計算出使用人員血氧含量的相對變化和疲勞程度，同時將檢測結果直觀的顯示在移動式終端的屏幕上，採用藍牙模塊實現信息無線實時傳遞與信息實時反饋，根據疲勞信息迅速準確的進行疲勞預警及預防；並且藉助網際網路的雲端服務，深化了疲勞預警的能力，使得預警能力得到大大提高；本發明具有可以實時監測、準確性高、價格低廉、無創檢測、無線傳輸以及輕便可家用的優點。

附圖說明

圖1是本發明提供的可移動式疲勞駕駛監測儀的實物結構組成示意圖；

圖2是本發明提供的探測區域以及最佳探測區域示意圖；

圖3是本發明提供的信號探測裝置近紅外光源和光敏傳感器的示意圖；

圖4是本發明提供的可移動式疲勞駕駛監測儀的系統控制裝置的工作原理圖；

圖5是本發明提供的探頭塑形裝置剖面圖；

圖6是本發明提供的探頭塑形裝置俯視圖。

具體實施方式

為便於本領域技術人員理解本發明的技術內容，下面結合附圖對本發明內容進一步闡釋。

所以本發明提供了這款可移動式疲勞駕駛監測儀，可以從檢測到分析，再到疲勞預警，可以提供了一站式的疲勞駕駛的預警和解決方案，時刻提醒使用者的疲勞狀況，並針對疲勞狀況做出相應的預警措施。根據在人體逐漸疲勞的情況下，血液內的血氧飽和度隨著時間有著明顯的變化情況，人腦前額葉中心含氧血紅蛋白(hbo2)和脫氧血紅蛋白(hb)對不同波長的紅外光的吸收係數有明顯差異。本發明利用近紅外光譜檢測技術，以組織中的血紅蛋白為信息載體，通過特定算法界定使用者的疲勞等級，實現了在自然情境下進行實時且非侵入式檢測。相對於社會上已有的技術，提供了一種完全無損的血氧檢測方式，同時具有時間解析度高、空間解析度高的優點。這裡所說的利用近紅外光譜檢測技術，以組織中的血紅蛋白為信息載體，通過特定算法界定使用者的疲勞等級可以參考現有的技術實現，不是本申請的主要創新點，在此不做詳細說明。

如圖1所示為本發明的方案示意圖，本發明的技術方案為：可移動式疲勞駕駛監測儀，包括：用於獲取血氧信息的信號探測裝置，用於控制信號探測裝置工作的系統控制裝置；

還包括：穩固裝置、移動終端裝置、雲端伺服器、預警裝置和電源裝置；所述移動終端裝置通過通訊模塊與系統控制裝置相連，所述移動終端裝置還與雲端伺服器相連，所述電源裝置與系統控制裝置相連；所述預警裝置與系統控制裝置相連；所述穩固裝置用於固定信號探測裝置以及系統控制裝置的穩固裝置；所述移動終端裝置用於對信號探測裝置獲取的血氧信息進行數據處理，得到疲勞信息；所述預警裝置在系統控制裝置的控制下根據移動終端裝置得到的疲勞信息進行預警；所述電源裝置為系統控制裝置供電。

信號探測裝置包括：可以發射近紅外光到人腦前額葉中心區域的近紅外光源14，以及接收從待測人腦區域反射回來的近紅外光的至少一個光電傳感器13。

如圖2所示，信號探測裝置的有效探測區域為人腦前額葉中心區域，其中在陰影處為最佳探測區域，位於眉心上方1～3cm處的橢圓形區域，長軸為與眉毛平行，其長度約3cm；短軸為與眉毛垂直並與眉心在一條直線上，其長度約2cm。

光電傳感模塊由至少一個在待測腦部區域的光電傳感器構成。近紅外光源由可以產生至少兩種的多波長近紅外集成led光源，圍繞在光電傳感器周圍。具體分布位置如圖3所示，光電傳感器detector位於待測腦部區域的中心，近紅外光源led分布在以光電傳感器為圓心的圓周上。

本實施例中的紅外集成led光源發射三種不同波長光，所述其中三種發射波長範圍分別為710nm～755nm、790nm～820nm以及835～865nm，本申請實施例中三種多波長近紅外集成led光源發射波長分別選擇735nm、805nm以及850nm，並且實驗證明採用735nm、805nm以及850nm這三種發射波長所測得的數據更為準確。

系統控制裝置11，用於發出指令控制控制近紅外光發射時間和頻率，而且可以將光電傳感器13測得的電信號進行信號調理、模數轉換、轉化為數位訊號，並且將數位訊號利用無線通信傳輸到移動終端裝置29進行數據分析。同時系統控制裝置11還可以接收移動終端裝置29的反饋信號控制預警裝置進行疲勞預警。如圖4所示，系統控制裝置由微處理單元20，光源驅動模塊22，數模轉換模塊25組成。數模轉換模塊即a/d轉換模塊，以下統一採用a/d轉換模塊表示。

微處理單元20向光源驅動模塊發送時序控制指令，控制近紅外光源14的工作狀態並決定近紅外光信號的頻率。並將a/d轉換後數位訊號通過通訊模塊32傳到移動終端裝置29。本實施例中通訊模塊為藍牙模塊。

光源驅動模塊22，接收微處理單元20發送的時序控制指令，並將與指令相符頻率的控制信號發送給近紅外光源14，控制多波長近紅外集成led光源依次發出不同波長的近紅外光，與信號探測裝置的近紅外光源相連接。

當系統控制裝置發出指令後，人腦前額處的近紅外光源14依次發射不同波長的近紅外光源到待測腦組織表面，後經光電傳感器13接收到從腦組織表皮反射的光信號1並轉化為相應的電信號1，並將電信號1發送到a/d轉換模塊25。

a/d轉換模塊25與信號檢測裝置的光電傳感器13相連接，接收光電傳感器13發送的電信號1，經過濾波放大，產生相應的電信號2傳入a/d轉換器，將傳遞的電信號2轉換成數位訊號，通過微處理單元20將數位訊號經系統控制裝置的串口發送出去。

光信號1是近紅外光源14發射到腦組織表面後，經過含氧血紅蛋白以及脫氧血紅蛋白吸收後的近紅外光的光強，其攜帶著待測腦組織的血氧變化信息。

系統控制裝置發送出來的數位訊號經藍牙模塊32發送到移動終端裝置29進行數據處理和分析。

穩固裝置將系統控制裝置11固定在耳部，並且將近紅外光源14和光電傳感器13組成的信號探測裝置固定在人腦前額葉中心區域。如圖1所示，穩固裝置包括三個穩固部分，包括探頭穩固的第一穩固部分，固定系統控制裝置電路的第二穩固部分以及連接電路固定的第三穩固部分；所述第一穩固部分通過第三穩固部分與第二穩固部分相連。

其中探頭穩固，即第一穩固部分由柔性pcb板15，遮光海綿16，以及可彎曲柔性物質組成。如圖5，圖6所示，近紅外光源和光電傳感器固定在柔性pcb板15上，位於近待測腦組織端，遮光海綿16高於柔性pcb板15，將pcb板15包裹其中。如圖5所示在近紅外光源和光電傳感器處留出空間通道，供光信號通過，四周用黏性遮光物質封閉，用於阻絕外界光線對近紅外光源發射以及大腦組織表皮的反射光的影響。整個探頭塑形裝置可以變形，以適應人額頭弧度，提高佩戴舒適度以及信號探測裝置和額頭的貼合程度。可彎曲柔性物質存在整個穩固裝置中，用於固定形狀，包括但不僅限於鐵絲等物質。柔性pcb板15和遮光海綿16組成的探頭塑形裝置可以和人腦前額葉中心區域緊密貼合。連接電路固定部分(即第三穩固部分)用於連接探頭穩固部分和系統控制裝置穩固部分，並內置導線由於供指令和數據傳輸，用可彎曲柔性物質固定形狀。系統控制裝置電路固定部分(即第二穩固部分)用於將系統控制裝置和預警裝置固定在耳部，如圖1的11處所示。

移動終端裝置29至少包括運算模塊，運算模塊根據藍牙模塊32發送來的數位訊號，並根據該數位訊號和內置算法，進行待測腦部區域的血氧濃度的計算，同時通過算法分級得到使用人員的疲勞程度，將數據以圖形或者數字的方式實時顯示在移動終端裝置。並將該信息通過藍牙模塊32反饋給微處理單元20，微處理單元20依據反饋信息控制預警裝置進行疲勞預警。

在移動終端29得到使用人員的血氧濃度變化的計算和疲勞程度時，會自動備份數據到雲端伺服器30；當該可移動式疲勞駕駛儀工作時，使用人員指定的聯繫人可以通過雲端伺服器在另一移動終端隨時查看使用人員的疲勞程度，當使用人員疲勞時，雲端伺服器通過軟體內部向預設聯繫人發送使用人員的疲勞信息。當一段時間後仍舊處於疲勞狀態，雲端伺服器可以通過電話或簡訊告知的方式告知預設聯繫人。

所述預警裝置，包括馬達模塊28和語音提醒模塊27。馬達模塊28，與微處理單元20相連接，根據微處理單元20的信號通過馬達震動的方式對使用人員進行疲勞預警。

語音提醒模塊27，與微處理單元20相連接，根據微處理單元20的信號通過語音提醒的方式對使用人員進行疲勞預警。

所述電源裝置，包括usb充電模塊、開關模塊、穩壓模塊以及可充電電池。

usb充電模塊33，用於對可充電電池進行充電；

開關模塊34，用於控制疲勞駕駛監測儀的系統開啟和關閉；

可充電電池31，用於給控制疲勞駕駛監測儀的系統進行電路供電；

所述穩壓模塊21，將可充電電池31供電電壓轉化為電路系統的正常工作電壓；

led模塊26，用於指示系統的充放電狀態及工作情況。

藍牙模塊32，通過串口通信，在微處理單元20和移動終端裝置29之間進行數據傳輸。將微處理單元20採集到的數位訊號傳到移動終端裝置，並將移動終端裝置的反饋信息和控制指令發送到微處理單元20；

本發明通過移動終端軟體進行數據處理，通過藍牙模塊實現信息無線實時傳遞與信息實時反饋，並通過相應的算法計算出使用人員血氧含量的相對變化和疲勞程度，同時將檢測結果直觀的顯示在移動式終端的屏幕上，迅速準確的進行疲勞預警及預防；藉助網際網路的雲端服務，深化了疲勞預警的能力，使得預警能力得到大大提高。本發明具有可以實時監測、準確性高、價格低廉、無創檢測、無線傳輸以及輕便可家用的優點。

本領域的普通技術人員將會意識到，這裡所述的實施例是為了幫助讀者理解本發明的原理，應被理解為本發明的保護範圍並不局限於這樣的特別陳述和實施例。對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的權利要求範圍之內。