可移动式疲劳驾驶监测仪的制作方法

本发明属于红外监测领域，特别涉及利用近红外光谱检测技术对易疲劳人群以及交通驾驶人群的血氧和疲劳检测以及疲劳预警的技术。

背景技术：

现代社会，人们对汽车的依赖程度越来越高，这也使得疲劳驾驶现象越发普遍，全社会每年都会因疲劳驾驶造成了巨大的经济、社会损失。根据数据调查，由疲劳驾驶造成的交通事故达每年10万起，每年有7.1万人疲劳驾驶造成的事故中致残致伤，更有3500余人在这些事故中失去了生命。尤其在货运行业，57％的致命卡车交通事故是由于司机的疲劳驾驶，疲劳驾驶已成为交通事故的头号原因。

但是在疲劳驾驶检测中出现了尴尬的问题：疲劳驾驶不像酒驾检测一样易于量化执行，它的检测技术多是模糊的，现有技术和产品多基于眼睑识别，面部识别和车辆行驶特征的检测，这使得疲劳驾驶很难准确界定和量化执行。

中华人民共和国的“道路安全交通法”规定，不得有连续驾驶机动车超过4小时未停车休息或者停车休息时间少于20分钟的行为，可实际上即使连续驾车不到4个小时也会出现疲劳驾驶的情况。在检测率方面，因为他没有考虑驾驶人在刚上车的时候是不是困倦的，漏检率比较高。

如今市场并没有对疲劳程度进行检测并预警的产品，而人们几乎家家有车，而司机和乘客的安全也是放在第一位的，因此社会上亟需一种可以一站式的解决疲劳驾驶问题的装置，来帮助驾驶员群体定性的界定疲劳驾驶与非疲劳驾驶，以及提醒驾驶员中止疲劳驾驶，这具有强烈需求性。但是现有的疲劳驾驶检测装置不能满足市场的需求，造成了市场的相对空缺，也让疲劳驾驶的现象产生了严重危害。

技术实现要素：

本发明为解决上述技术问题，提出了一种可移动式疲劳驾驶监测仪，采用了可以发射近红外光的光源和接收反射光强的光电传感器，以及控制近红外光源和光电传感器、并可以进行信号分析处理的系统控制装置，最终经由移动终端进行数据处理，进行血氧检测和疲劳分级预警。

本发明采用的技术方案是：可移动式疲劳驾驶监测仪，包括：用于获取血氧信息的信号探测装置，用于控制信号探测装置工作的系统控制装置；

还包括：稳固装置、移动终端装置、云端服务器、预警装置和电源装置；所述移动终端装置通过通讯模块与系统控制装置相连，所述移动终端装置还与云端服务器相连，所述电源装置与系统控制装置相连；所述预警装置与系统控制装置相连；所述稳固装置用于固定信号探测装置以及系统控制装置的稳固装置；所述移动终端装置用于对信号探测装置获取的血氧信息进行数据处理，得到疲劳信息；所述预警装置在系统控制装置的控制下根据移动终端装置得到的疲劳信息进行预警；所述电源装置为系统控制装置供电；

所述稳固装置包括第一稳固部分、第二稳固部分以及第三稳固部分；所述第一稳固部分将信号探测装置固定于人脑前额叶中心区域；所述第二稳固部分用于将系统控制装置与预警装置固定于耳部，所述第三稳固部分用于固定连接电路部分；且所述第一稳固部分通过第三稳固部分与第二稳固部分相连；

所述信号探测装置包括：近红外光源与光电传感模块；

所述系统控制装置包括：微处理单元、光源驱动模块以及数模转换模块；所述光源驱动模块与微处理单元相连，根据微处理单元的控制指令驱动信号探测装置中的近红外光远进行发光；所述数模转换模块与微处理单元相连，在微处理单元的控制下将信号探测装置中光电传感模块测得的电信号转换为数字信号；

所述移动终端装置至少包括：运算模块以及显示模块，所述运算模块用于根据系统控制装置发送来的数字信号，进行运算处理，得到疲劳信息；所述显示模块用于对运算模块得到的疲劳信息进行显示；

所述预警装置至少包括：马达模块和语音提醒模块；所述马达模块在系统控制单元的控制下进行震动预警；所述语音提醒模块在系统控制单元的控制下进行语音预警。

进一步地，所述近红外光源采用至少一个可以发射出至少两种波长的多波长近红外集成led光源。

进一步地，所述信号探测装置的有效探测区域为位于眉心上方1～3cm处的椭圆形区域，该椭圆形区域长轴与眉毛平行，长度为3cm；短轴与眉毛垂直并与眉心在一条直线上，长度为2cm。

进一步地，所述光电传感模块包括至少一个光电传感器。

本发明的有益效果：本发明通过移动终端软件进行数据处理，通过信号探测装置获取血氧信息，经系统控制装置预处理后，在移动终端装置中采用相应的算法计算出使用人员血氧含量的相对变化和疲劳程度，同时将检测结果直观的显示在移动式终端的屏幕上，采用蓝牙模块实现信息无线实时传递与信息实时反馈，根据疲劳信息迅速准确的进行疲劳预警及预防；并且借助互联网的云端服务，深化了疲劳预警的能力，使得预警能力得到大大提高；本发明具有可以实时监测、准确性高、价格低廉、无创检测、无线传输以及轻便可家用的优点。

附图说明

图1是本发明提供的可移动式疲劳驾驶监测仪的实物结构组成示意图；

图2是本发明提供的探测区域以及最佳探测区域示意图；

图3是本发明提供的信号探测装置近红外光源和光敏传感器的示意图；

图4是本发明提供的可移动式疲劳驾驶监测仪的系统控制装置的工作原理图；

图5是本发明提供的探头塑形装置剖面图；

图6是本发明提供的探头塑形装置俯视图。

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解本发明的技术内容，下面结合附图对本发明内容进一步阐释。

所以本发明提供了这款可移动式疲劳驾驶监测仪，可以从检测到分析，再到疲劳预警，可以提供了一站式的疲劳驾驶的预警和解决方案，时刻提醒使用者的疲劳状况，并针对疲劳状况做出相应的预警措施。根据在人体逐渐疲劳的情况下，血液内的血氧饱和度随着时间有着明显的变化情况，人脑前额叶中心含氧血红蛋白(hbo2)和脱氧血红蛋白(hb)对不同波长的红外光的吸收系数有明显差异。本发明利用近红外光谱检测技术，以组织中的血红蛋白为信息载体，通过特定算法界定使用者的疲劳等级，实现了在自然情境下进行实时且非侵入式检测。相对于社会上已有的技术，提供了一种完全无损的血氧检测方式，同时具有时间分辨率高、空间分辨率高的优点。这里所说的利用近红外光谱检测技术，以组织中的血红蛋白为信息载体，通过特定算法界定使用者的疲劳等级可以参考现有的技术实现，不是本申请的主要创新点，在此不做详细说明。

如图1所示为本发明的方案示意图，本发明的技术方案为：可移动式疲劳驾驶监测仪，包括：用于获取血氧信息的信号探测装置，用于控制信号探测装置工作的系统控制装置；

还包括：稳固装置、移动终端装置、云端服务器、预警装置和电源装置；所述移动终端装置通过通讯模块与系统控制装置相连，所述移动终端装置还与云端服务器相连，所述电源装置与系统控制装置相连；所述预警装置与系统控制装置相连；所述稳固装置用于固定信号探测装置以及系统控制装置的稳固装置；所述移动终端装置用于对信号探测装置获取的血氧信息进行数据处理，得到疲劳信息；所述预警装置在系统控制装置的控制下根据移动终端装置得到的疲劳信息进行预警；所述电源装置为系统控制装置供电。

信号探测装置包括：可以发射近红外光到人脑前额叶中心区域的近红外光源14，以及接收从待测人脑区域反射回来的近红外光的至少一个光电传感器13。

如图2所示，信号探测装置的有效探测区域为人脑前额叶中心区域，其中在阴影处为最佳探测区域，位于眉心上方1～3cm处的椭圆形区域，长轴为与眉毛平行，其长度约3cm；短轴为与眉毛垂直并与眉心在一条直线上，其长度约2cm。

光电传感模块由至少一个在待测脑部区域的光电传感器构成。近红外光源由可以产生至少两种的多波长近红外集成led光源，围绕在光电传感器周围。具体分布位置如图3所示，光电传感器detector位于待测脑部区域的中心，近红外光源led分布在以光电传感器为圆心的圆周上。

本实施例中的红外集成led光源发射三种不同波长光，所述其中三种发射波长范围分别为710nm～755nm、790nm～820nm以及835～865nm，本申请实施例中三种多波长近红外集成led光源发射波长分别选择735nm、805nm以及850nm，并且实验证明采用735nm、805nm以及850nm这三种发射波长所测得的数据更为准确。

系统控制装置11，用于发出指令控制控制近红外光发射时间和频率，而且可以将光电传感器13测得的电信号进行信号调理、模数转换、转化为数字信号，并且将数字信号利用无线通信传输到移动终端装置29进行数据分析。同时系统控制装置11还可以接收移动终端装置29的反馈信号控制预警装置进行疲劳预警。如图4所示，系统控制装置由微处理单元20，光源驱动模块22，数模转换模块25组成。数模转换模块即a/d转换模块，以下统一采用a/d转换模块表示。

微处理单元20向光源驱动模块发送时序控制指令，控制近红外光源14的工作状态并决定近红外光信号的频率。并将a/d转换后数字信号通过通讯模块32传到移动终端装置29。本实施例中通讯模块为蓝牙模块。

光源驱动模块22，接收微处理单元20发送的时序控制指令，并将与指令相符频率的控制信号发送给近红外光源14，控制多波长近红外集成led光源依次发出不同波长的近红外光，与信号探测装置的近红外光源相连接。

当系统控制装置发出指令后，人脑前额处的近红外光源14依次发射不同波长的近红外光源到待测脑组织表面，后经光电传感器13接收到从脑组织表皮反射的光信号1并转化为相应的电信号1，并将电信号1发送到a/d转换模块25。

a/d转换模块25与信号检测装置的光电传感器13相连接，接收光电传感器13发送的电信号1，经过滤波放大，产生相应的电信号2传入a/d转换器，将传递的电信号2转换成数字信号，通过微处理单元20将数字信号经系统控制装置的串口发送出去。

光信号1是近红外光源14发射到脑组织表面后，经过含氧血红蛋白以及脱氧血红蛋白吸收后的近红外光的光强，其携带着待测脑组织的血氧变化信息。

系统控制装置发送出来的数字信号经蓝牙模块32发送到移动终端装置29进行数据处理和分析。

稳固装置将系统控制装置11固定在耳部，并且将近红外光源14和光电传感器13组成的信号探测装置固定在人脑前额叶中心区域。如图1所示，稳固装置包括三个稳固部分，包括探头稳固的第一稳固部分，固定系统控制装置电路的第二稳固部分以及连接电路固定的第三稳固部分；所述第一稳固部分通过第三稳固部分与第二稳固部分相连。

其中探头稳固，即第一稳固部分由柔性pcb板15，遮光海绵16，以及可弯曲柔性物质组成。如图5，图6所示，近红外光源和光电传感器固定在柔性pcb板15上，位于近待测脑组织端，遮光海绵16高于柔性pcb板15，将pcb板15包裹其中。如图5所示在近红外光源和光电传感器处留出空间通道，供光信号通过，四周用黏性遮光物质封闭，用于阻绝外界光线对近红外光源发射以及大脑组织表皮的反射光的影响。整个探头塑形装置可以变形，以适应人额头弧度，提高佩戴舒适度以及信号探测装置和额头的贴合程度。可弯曲柔性物质存在整个稳固装置中，用于固定形状，包括但不仅限于铁丝等物质。柔性pcb板15和遮光海绵16组成的探头塑形装置可以和人脑前额叶中心区域紧密贴合。连接电路固定部分(即第三稳固部分)用于连接探头稳固部分和系统控制装置稳固部分，并内置导线由于供指令和数据传输，用可弯曲柔性物质固定形状。系统控制装置电路固定部分(即第二稳固部分)用于将系统控制装置和预警装置固定在耳部，如图1的11处所示。

移动终端装置29至少包括运算模块，运算模块根据蓝牙模块32发送来的数字信号，并根据该数字信号和内置算法，进行待测脑部区域的血氧浓度的计算，同时通过算法分级得到使用人员的疲劳程度，将数据以图形或者数字的方式实时显示在移动终端装置。并将该信息通过蓝牙模块32反馈给微处理单元20，微处理单元20依据反馈信息控制预警装置进行疲劳预警。

在移动终端29得到使用人员的血氧浓度变化的计算和疲劳程度时，会自动备份数据到云端服务器30；当该可移动式疲劳驾驶仪工作时，使用人员指定的联系人可以通过云端服务器在另一移动终端随时查看使用人员的疲劳程度，当使用人员疲劳时，云端服务器通过软件内部向预设联系人发送使用人员的疲劳信息。当一段时间后仍旧处于疲劳状态，云端服务器可以通过电话或短信告知的方式告知预设联系人。

所述预警装置，包括马达模块28和语音提醒模块27。马达模块28，与微处理单元20相连接，根据微处理单元20的信号通过马达震动的方式对使用人员进行疲劳预警。

语音提醒模块27，与微处理单元20相连接，根据微处理单元20的信号通过语音提醒的方式对使用人员进行疲劳预警。

所述电源装置，包括usb充电模块、开关模块、稳压模块以及可充电电池。

usb充电模块33，用于对可充电电池进行充电；

开关模块34，用于控制疲劳驾驶监测仪的系统开启和关闭；

可充电电池31，用于给控制疲劳驾驶监测仪的系统进行电路供电；

所述稳压模块21，将可充电电池31供电电压转化为电路系统的正常工作电压；

led模块26，用于指示系统的充放电状态及工作情况。

蓝牙模块32，通过串口通信，在微处理单元20和移动终端装置29之间进行数据传输。将微处理单元20采集到的数字信号传到移动终端装置，并将移动终端装置的反馈信息和控制指令发送到微处理单元20；

本发明通过移动终端软件进行数据处理，通过蓝牙模块实现信息无线实时传递与信息实时反馈，并通过相应的算法计算出使用人员血氧含量的相对变化和疲劳程度，同时将检测结果直观的显示在移动式终端的屏幕上，迅速准确的进行疲劳预警及预防；借助互联网的云端服务，深化了疲劳预警的能力，使得预警能力得到大大提高。本发明具有可以实时监测、准确性高、价格低廉、无创检测、无线传输以及轻便可家用的优点。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。