一种生理状态监测装置的制作方法

本发明涉及汽车领域，具体涉及一种生理状态监测装置。

背景技术：

随着人们生活水平的不断提高，居民拥有汽车的数量也大幅增加，随之而来的，是交通事故的频繁发生，造成了巨大人员伤亡和财产损失。疲劳驾驶、酒后驾驶是发生重大交通事故的主要原因，此外随着生活压力和身体状况的影响，近年来情绪化驾驶和突发疾病引起的交通事故也逐渐增多，目前缺乏对驾驶员生理状态进行监测和报警的有效方案。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种生理状态监测装置，以解决现有技术中无法全面、准确对驾驶员的身体状态进行监测和报警的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种生理状态监测装置，用于对汽车驾驶员的生理状态进行监测和预警，包括数据采集模块、数据传输模块、数据处理模块和电源模块；

所述数据采集模块包括传感器，所述传感器用于对所述驾驶员的生理状态信息进行采集，所述生理状态信息包括所述驾驶员的脑电波信息；

所述数据传输模块分别与所述数据采集模块和所述数据处理模块相连，用于在所述数据采集模块与所述数据处理模块之间进行通信连接；

所述数据处理模块包括处理器单元和报警单元，所述处理器单元和所述报警单元相连，所述处理器单元与所述数据传输模块相连，所述处理器单元通过所述数据传输模块与所述数据采集模块进行通信连接，所述报警单元用于在所述驾驶员的生理状态信息不符合预定标准时进行报警；

所述电源模块设置于所述生理状态监测装置内部，用于为所述生理状态监测装置供电，所述电源模块与车辆的电源接口相连。

优选地，所述处理器单元包括处理控制器和分析服务器，所述处理控制器与所述数据传输模块通信连接；所述处理控制器还分别与所述分析服务器和所述报警单元通信连接。

优选地，所述分析服务器设置有用于数据传输的usb接口，所述处理控制器和所述分析服务器之间设置有uart转usb接口模块，所述处理控制器通过所述uart转usb接口模块与所述usb接口连接。

优选地，所述数据采集模块还包括采集控制器，所述采集控制器与所述传感器相连，用于对所述传感器进行控制；所述采集控制器通过所述数据传输模块与所述处理控制器通信连接。

优选地，所述数据采集模块还包括滤波单元和放大单元，所述滤波单元和放大单元连接并设置于所述传感器和所述采集控制器之间。

优选地，所述滤波单元包括高通滤波单元和/或低通滤波单元。

优选地，所述高通滤波单元包括阻容耦合电路和/或反相放大器。

优选地，所述数据传输模块包括无线收发模块。

优选地，所述报警单元与车辆的定位单元通信连接，所述车辆的定位单元与终端和/或服务器相连，所述车辆的定位单元用于在所述报警单元进行报警时，与所述终端和/或所述服务器进行通信连接。

优选地，所述终端包括指定人员的移动终端或固定终端，和/或，

所述服务器包括交通管理中心的服务器或云服务器。

本申请中的生理状态监测装置，通过基于单片机的技术方案，对驾驶员生理数据进行采集和分析，并作出预警和提示，有效地解决了驾驶员在驾驶车辆过程中，无法对身体状态进行有效、全面进行监测的问题，降低了由于驾驶员身体状况原因引发交通事故的风险，安全可靠，对社会大众的有益效显著，建议推广使用。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出本发明具体实施方式提供的生理状态监测装置示意图。

图中：

1、数据采集模块；11、传感器；12、采集控制器；13、滤波单元；14、放大单元；

2、数据传输模块；21、无线收发模块；

3、数据处理模块；31、处理器单元；311、处理控制器；312、uart转usb接口模块；313、分析服务器；32、报警单元；33、定位单元；

4、电源模块。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本申请中的上、下等方位，是以生理状态监测装置在正常使用状态下的位置为基准进行描述的。

如图1所示，本申请提供了一种生理状态监测装置，用于对汽车驾驶员的生理状态进行监测和预警，包括数据采集模块1、数据传输模块2、数据处理模块3和电源模块4。

其中，数据采集模块1包括传感器11，传感器11用于对驾驶员的生理状态信息进行采集，生理状态信息包括驾驶员的脑电波信息，当然，还可以在驾驶室内，或者驾驶员身体上布放如酒精含量传感器11、心率传感器11等其他传感器11，用于进一步监测和分析驾驶员的身体状态。传感器11采集到的数据通常带有环境中不可避免的干扰，在对信号进行分析前，需要首先对传感器11采集到的数据进行预处理以去除干扰，提高信噪比。

进一步地，数据采集模块1还包括采集控制器12，采集控制器12与传感器11相连，用于对传感器11进行控制；采集控制器12通过数据传输模块2与处理控制器311通信连接。数据采集模块1还包括滤波单元13和放大单元14，滤波单元13和放大单元14连接并设置于传感器11和采集控制器12之间，传感器11采集到的信号经过滤波和放大后，再传递至采集控制器12，进行下一步处理过程。当然，可以理解的是，由于传感器11采集到的信号特征不同，信号预处理过程中经过滤波单元13和放大单元14的次序，并不一定是固定的，应视传感器11采集到的信号特征而定。

优选地，滤波单元13包括高通滤波单元和/或低通滤波单元。更加优选地，高通滤波单元包括阻容耦合电路和/或反相放大器。在一个具体的实施例中，数据采集模块1中的放大单元14为两个单运放op07运行放大器组成并联型差动放大器，同时采用反相放大器进行后级放大；滤波单元13分别采用无源高通滤波(阻容耦合电路)，和采用集成芯片max280作为低通滤波。

数据传输模块2分别与数据采集模块1和数据处理模块3相连，用于在数据采集模块1与数据处理模块3之间进行通信连接。优选地，数据传输模块2包括无线收发模块21，数据采集模块1与数据处理模块3之间采用无线通讯的方式进行数据交换，例如蓝牙通讯。数据处理模块3包括处理器单元31和报警单元32，处理器单元31和报警单元32相连，处理器单元31与数据传输模块2相连，处理器单元31通过数据传输模块2与数据采集模块1进行通信连接，报警单元32用于在驾驶员的生理状态信息不符合预定标准时进行报警。

在一个具体的实施例中，处理器单元31首先发出指令，通过数据传输模块2下达给数据采集模块1的采集控制器12，采集控制器12将传感器11采集到的驾驶员生理状态信息通过数据传输模块2传给处理器单元31，处理器单元31对驾驶员的生理状态进行分析，分析结果驾驶员生理状态不达标，处理器单元31根据分析结果，控制报警单元32进行报警，提示驾驶员目前处于危险驾驶状态。

优选地，报警单元32包括显示报警单元32和声音报警单元32，当报警单元32收到报警指令时，发出报警声音并显示报警内容，以达到尽可能清楚、明确的通知驾驶员目前处于危险驾驶状态的目的。

进一步地，驾驶员在发生例如突发性心脏病或者醉酒驾驶等危险驾驶状况时，会对驾驶员驾驶能力和判断力产生影响，即使报警单元32在驾驶舱内对驾驶员进行了提醒和警报，也可能存在极大的风险，因此，报警单元32还与车辆的定位单元33通信连接，车辆的定位单元33与终端和/或服务器相连，车辆的定位单元33用于在报警单元32进行报警时，与终端和/或服务器进行通信连接，同时将车辆的定位信息和报警信息通过发送至终端和/或服务器，及时通知相关人员对驾驶员进行必要的救助和控制。具体的，终端包括指定人员的移动终端或固定终端，例如，发送报警信息和定位信息至驾驶员配偶的手机；和/或，服务器包括交通管理中心的服务器或云服务器。在一个优选的实施例中，定位单元33包括at89s52单片机和gsm短信模块，借助成熟可靠的gsm移动网络，以中文短消息形式将报警地点及驾驶员状况发送到家人手机和最近的交通管理中心。

更进一步地，处理器单元31包括处理控制器311和分析服务器313，处理控制器311与数据传输模块2通信连接；处理控制器311还分别与分析服务器313和报警单元32通信连接。处理控制器311作为处理器单元31的控制核心，用于数据的调度和报警单元32的控制，分析服务器313用于对驾驶员生理状态信息进行分析，以判断驾驶员的生理状态是否正常，并将分析结果返回处理控制器311，处理控制器311依据分析服务器313返回的分析结果，控制报警单元32进行报警或者不报警。分析服务器313对驾驶员生理状态信息进行分析的内容包括情绪预警、疲劳监测、突发疾病监测、酒精监测，分析服务器313内储存有用于对驾驶员生理状态信息进行分析的算法和指标。优选地，分析服务器313内存储的算法和指标为离线数据，可以在无网络条件下使用，防止由于网络条件不好而导致无法对驾驶员的生理状态异常作出及时报警。分析服务器313还具有更新和升级功能，分析服务器313可根据驾驶员生理状态的日常监测情况，更新分析算法和指标，分析服务器313与远程服务器通过互联网连接，并根据远程服务器中的大数据信息，更新和升级分析算法和指标。

在一个具体的实施例中，分析服务器313对驾驶员生理状态信息进行分析和报警的方法如下所述；

情绪预警的方法：

情绪预警采用对脑电信号进行分析，驾驶员在平静、兴奋和悲伤情绪状态模拟驾驶时，前额叶区h1，h2的脑电信号变化明显，驾驶员在平静状态时，其左右额叶区脑电β波功率均值为1.82和1.73，数据相近且比较小；驾驶员在兴奋状态时，其左右额叶区脑电β波功率均值为4.80和4.72，功率值比正常状态明显加大；驾驶员在悲伤状态时，其左右额叶区脑电β波功率均值为4.61和1.75，左额叶区脑电β波功率值增大，而右额叶区脑电β波功率值与正常状态相比无明显变化。

当判断为驾驶员情绪处于非正常状态下时，发出情绪预警。

疲劳监测的方法：

疲劳监测可通过检测脑电、心电、肌电、皮电等信号，以及通过图像处理技术对驾驶员眼睑眨动、头部位移、驾驶操纵行为、车辆行驶轨迹等分析判断驾驶员的疲劳状态，具体的，驾驶疲劳状态脑电特征与q波、0波、β波均有关系，因此把c＝(q+0)b作为检测驾驶疲劳的参考指标。驾驶员在清醒状态时，其c值为在1.14以下，数值较小；驾驶员在疲劳状态时，其c值为在[1.14，1.46]之间；驾驶员在瞌睡状态时，其c值逐步增大，达到1.46以上；值得注意的是，r值的变化曲线可能随驾驶员调整、疲劳缓解而变化，出现反复渐进的过程，有时出现时有时无，高低起伏的波动，当在一定时间段内疲劳或瞌睡状态出现的次数达到3次以上发出疲劳监测报警。

突发疾病监测的方法：

突发疾病监测可通过脑电信号实时监测到疾病信号，具体的，判定突发疾病的脑电信号参数为，

轻度异常：q波频率差超过24.5hz，波幅不对称，两侧波幅差超过30％，枕区超过50％，生理反应不明显或不对称；a波频率减慢至8hz，波幅达100uv以上且调节不佳；β波增多，波幅达50-100pv；额区或颞区中幅0波达20％，低幅6波达10％；过度换气诱发出0波大于70pv或6波大于25uv。

中度异常：q波频率减慢为7-8hz，枕区原有q波消失或一侧减少消失；额、颞区有阵发性波幅较高的q活动；中波幅0活动数量达50％；出现少量棘波、尖波、棘或尖一慢综合波等；过度换气诱发出高幅6波。

重度异常：高波幅0或6波为主要节律，q波消失或仅存少量8hzq波散在；自发或诱发长程或反复出现高幅棘波、尖波、棘或尖一慢综合波等；高度失律、爆发性抑制、周期性发放等持续性广泛性扁平电位。

当判断驾驶员脑电信号处于非正常状态下时，发出突发疾病监测预警。

酒精监测的方法：

酒精监测通过采用汽车嵌入式酒精气体检测方法，通过酒精传感器11检测驾驶员呼出气体中的酒精浓度值判定驾驶员的饮酒程度。

当判断酒精浓度超标时，发出酒精监测预警。

进一步地，处理控制器311和分析服务器313可以是同处于一块电子电路版上的两个单元，通过电子电路连接；处理控制器311和分析服务器313也可以是两个独立的部件，通过外部接口连接，使用线缆连接。

在一个具体的实施例中，分析服务器313设置有用于数据传输的usb接口，处理控制器311和分析服务器313之间设置有uart转usb接口模块313，处理控制器311通过uart转usb接口模块312与usb接口连接，实现处理控制器311和分析服务器313的数据交换。

电源模块4设置于生理状态监测装置内部，用于为生理状态监测装置供电，优选地，电源模块4与车辆的电源接口相连，使用电压转接口，将车辆的电源接口转换为3v电压为电源模块4供电，使用汽车电源为生理状态监测装置供电，电源稳定，不会出现缺电的情况，安全可靠；当然，在另一个优选方案中，还可以使用干电池作为电源模块4为生理状态监测装置供电，可以提高设备的便携性，更加优选地，电源模块4使用四节干电池供电，中间接地，将另一端拉至-3v。

本申请中的生理状态监测装置，通过基于单片机的技术方案，对驾驶员生理数据进行采集和分析，并作出预警和提示，有效地解决了驾驶员在驾驶车辆过程中，无法对身体状态进行有效、全面进行监测的问题，降低了由于驾驶员身体状况原因引发交通事故的风险，安全可靠，对社会大众的有益效显著，建议推广使用。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理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保护范围之内。