CN100340212C - 利用闭合式气动声音传感器的驾驶员打瞌睡报警设备 - Google Patents
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Abstract
闭合式气动声音传感器安装到驾驶员的座位上，并获取代表驾驶员身体运动的信号，检测一个连续的时间周期，在此时间周期内信号电平没有达到固定的电平。与此同时，从车辆中获取只有在车辆行驶时才产生的信号，并利用算术运算电路对这两个信号进行比较。只有同时存在两个信号，且特定的趋势出现在代表身体运动信号的连续时间周期内，才产生报警信号。提供一种较廉价的开车打瞌睡报警设备，这种设备不需要麻烦的安装，且在车辆停驶时不再工作。
Description
技术领域
本发明涉及车辆驾驶员的打瞌睡报警设备，例如，驾驶员驾驶的汽车，火车，船只或飞机；本发明具体涉及根据驾驶员驾驶操作中身体运动的变化，用于检测驾驶员刚要打瞌睡之前的“驾驶员意识减退”状态并唤醒驾驶员的设备。
背景技术
作为一种普通的开车打瞌睡报警设备，人们提出各种各样的方法：检测汽车的迂回运动，监测摄像机图像成像过程中驾驶员眼睛点的变化，利用固定在驾驶员身上的电极，传感器等器件检测生物信息的变化，例如，驾驶员的心跳，呼吸，等等。
上述的这种设备存在这样一些问题：设备昂贵，驾驶员把设备固定到身上很麻烦，设备限制驾驶员的行动，设备在车辆不行驶时仍然工作，等等。
发明内容
本发明注意到这样一个事实，人的一般身体运动，包括驾驶操作中涉及的手，脚，颈和身体的运动，人处在苏醒状态与进入打瞌睡状态之前的状态(驾驶意识减退状态)之间存在特征差别，通过检测这种差别并给驾驶员发出报警信号，试图防止开车打瞌睡造成的事故。
本发明的发明者研制出利用闭合式气动声音传感器的各种生物信息收集设备，借助于非定向传声器或压力传感器，气动声音传感器检测气密柔顺的橡胶，塑料，金属，布料，纸片或其他材料制成的密闭空气壳体中的气压，并把该气压转换成电信号。
由于上述类型的闭合式气动声音传感器可以容易地装在床上，椅子，浴盆，马桶座圈等处，有人建议利用这些位置上的闭合式气动声音传感器收集包括人体在内的动物心跳，呼吸等信号以便掌握健康状况。
此外，还提出这样一种方法，上述类型的闭合式气动声音传感器装在床上，并检测有长间隔和大幅度的信号，例如，翻身或转动的信号，以便监视人的睡眠状态。
按照本发明，利用闭合式气动声音传感器，在固定时间周期的限定单元内，连续和相继地观察有相对长周期但没有大幅度且不适用于上述情况的的身体运动，当表示驾驶意识减退状态的特征连续信号发生时，立即发出报警信号。
附图说明
图1是闭合式气动声音传感器结构的剖面图；
图2是另一种闭合式气动声音传感器结构的剖面图；
图3是闭合式气动声音传感器固定到驾驶员座位上的视图；
图4是用于处理闭合式气动声音传感器输出的电路图；
图5是用于处理闭合式气动声音传感器输出的另一种电路图；
图6是代表苏醒状态下身体运动信号输出的曲线图；
图7是代表驾驶意识减退状态下身体运动信号输出的曲线图；
图8是用于处理闭合式气动声音传感器输出的另一种电路图；
图9是用于处理闭合式气动声音传感器输出的另一种电路图；
图10是代表苏醒状态下身体运动信号输出的曲线图；
图11是代表驾驶意识减退状态下身体运动信号输出的曲线图；
图12是用于处理闭合式气动声音传感器输出的另一种电路图；
图13是代表苏醒状态下身体运动信号输出的曲线图；和
图14是代表驾驶意识减退状态下身体运动信号输出的曲线图。
具体实施方式
由于本发明涉及驾驶时可以工作的设备，具体地说在车辆行驶时，除了涉及人体的身体运动的信号以外，需要检测代表车辆行驶的信号，并在该信号出现时发出报警信号。
作为得到代表车辆行驶信号的方法，有以下可行的方法：
1.从闭合式气动声音传感器得到的包含身体运动信号的信号中分开该信号；和
2.根据车辆电路中电压或电流的变化，直接检测该信号。
此外，作为读出身体运动时信号的方法，有以下可行的方法：
A.注意闭合式气动声音传感器输出信号的波幅度，测量该信号，它取决于每单位时间周期内是否存在信号电平高于固定电平的信号；和
B.确定每单位时间周期内闭合式气动声音传感器输出信号的输出标准偏差，并基于标准偏差值鉴别该信号。
此外，作为给驾驶员提供报警信号的类型，可以有下列几种：
a.利用振动器使振动直接地传送给驾驶员；
b.利用蜂鸣器发出报警声响；
c.利用扬声器发出话音报警；
d.光的闪烁；
e.空调器的突然冷却运行。
通过适当组合以上给出的1，2，A，B，a，b，c，d，e中的各项手段，能够实现本发明。
图1是本发明设备中使用的闭合式气动声音传感器结构的剖面图。
附图标记1表示利用橡胶，塑料，金属，布料，纸片或其他材料制成的密闭气袋或壳体，非定向传声器或压力传感器2固定到密闭气袋或壳体1的内部，因此，利用导线3可以把非定向传声器或压力传感器2的电信号取出到外部。
附图标记4表示报警单元，例如，振动器或扬声器，报警信号从外部通过导线5发送到报警单元4。报警单元4不一定要放置在密闭气袋或壳体的内部，如果报警信号是从报警单元4传送给驾驶员，则报警单元4可以放置在外部。
由于身体的重量加到密闭气袋或壳体1上，为了保护内部的元件，必要时，应当利用诸如海绵的弹性增强材料6以增强密闭气袋或壳体1的内部。
图2是本发明设备中使用的另一个实施例闭合式气动声音传感器结构的剖面图，与图1相同的元件用相同的附图标记表示。
在这个实施例中，非定向传声器或压力传感器2放置在密闭气袋或壳体1的外部，密闭气袋或壳体1中的空气通过管道7引入到非定向传声器或压力传感器2。
图3表示图1或2中描述的闭合式气动声音传感器固定到汽车的驾驶员座位上的例子。
在图3的例子中，闭合式气动声音传感器8固定到座位靠背9上，因此，它还可用作气垫。然而，闭合式气动声音传感器8可以埋入到座位靠背9的内表面上。类似地，闭合式气动声音传感器8可以放置在座位10上，或者，可以把闭合式气动声音传感器8埋入到座位10的内部。
此外，多个闭合式气动声音传感器可以安排成互相并列的关系，或者，可以用作座位靠背9和座位10。
附图标记3表示导线，用于把闭合式气动声音传感器的输出传送到外部。
图4是一种电路例子的方框图，该电路检测闭合式气动声音传感器输出中驾驶意识减退的信号，并把该信号改变成报警信号。
附图标记11表示闭合式气动声音传感器的输出信号，在输出信号11被放大器12放大之后，低通滤波器13滤出仅仅代表输出信号中身体运动的低频分量。
附图标记14表示限幅器，例如，这个限幅器工作在±200mV，利用计数器15计数信号强度超过±200mV的信号数目。
计数器上数目的信号加到算术运算部分16。
与此同时，闭合式气动声音传感器的部分输出信号11被放大器17放大，然后，在车辆行驶后产生的高频分量被高通滤波器18滤出。
滤出的高频分量信号加到电平检测器19，然后，被取样保持电路20转换成数字信号，此后，该信号加到算术运算部分16。
算术运算部分16鉴别这样的情况，其中每单位时间周期内计数器15的输出数目展示一个固定的趋势，且出现车辆行驶产生的信号，并产生使报警单元21工作的信号。
图5是一种电路方框图，其中从车辆的电路中取出代表车辆行驶的信号，与图4相同的元件用相同的附图标记表示。
在这个例子中，把代表车辆行驶的信号22从速度计的电路直接引入到电平检测器19，然后，把它加到算术运算部分16。其他的操作类似于图4中的操作。
图6和图7是图4和图5的电路中低通滤波器13的输出曲线图，图6表示驾驶员处在苏醒状态下的输出，而图7表示驾驶员处在驾驶意识减退状态下的输出。
在这些曲线图中，纵坐标轴表示以毫伏(mV)为单位的输出，而横坐标轴表示以秒为单位的时间。
从这些曲线图中可以看出，代表驾驶员身体运动信号的输出在苏醒状态与驾驶意识减退状态之间有很大的差别，例如，若在单位时间周期内有信号超过±200mV的波数，则可以容易地检测到驾驶意识减退状态。
图8和图9是不同电路例子的方框图，该电路检测驾驶意识减退状态并产生报警信号。
图8表示类似于图4中情况下的电路，把代表身体运动的信号与代表车辆行驶的信号分开，并从闭合式气动声音传感器中取出。
图9表示类似于图5中情况下的另一种电路，从车辆的电路中取出代表车辆行驶的信号。
在图8和图9中，添加整流器-积分器23和电平检测器24以代替图4和图5中的计数器15。
图10是曲线图，说明代表苏醒状态下身体运动的信号(图6)再通过整流器-积分器23之后的波形。当代表身体运动的信号超过±200mV时，电容器和电阻器构成的积分器开始工作，形成一个从参考电压中减去积分电压的信号。因此，若频繁地输入大于或等于±200mV的信号，则该信号以低电位电平发生变化。
图11是代表驾驶意识减退状态的信号通过整流器-积分器23之后的波形图。若代表身体运动的信号以小于±200mV的电平继续保持，则积分电压减小，该信号改变到连续时间的较高电压电平信号。
在图8和图9的例子中，低通滤波器13的输出信号加到限幅器14，在去掉慢驾驶操作或正常呼吸的影响之后，仅仅限幅器通过的信号加到整流器-积分器23。
在驾驶意识减退状态下，慢驾驶操作或正常呼吸持续保持，其特征是，出现超过15秒钟低于200mV的信号下降连续时间，每分钟重复出现2至3次。
为了检测这种状态，借助于整流器-积分器，首先检测苏醒状态下的信号电平，然后，从参考信号中减去苏醒状态下的信号，可以得到驾驶意识减退状态下的信号。
图12是实现类似目的的不同电路例子的方框图。
在图12中，添加统计过程算术运算部分25以代替图8中的限幅器14，整流器-积分器23和电平检测器24。
在图12的实施例中，在信号通过图6和图7中低通滤波器13之后的阶段，该信号的输出分布被统计过程算术运算部分25处理以得到标准偏差。
图13表示关于图6中波形所确定的标准偏差，苏醒状态下输出信号的标准偏差是0.29。
图14表示关于图7中波形所确定的标准偏差，驾驶意识减退状态下输出信号的标准偏差是0.13。
因此，根据一段固定时间周期内标准偏差值的减小，也可以检测驾驶意识减退状态，标准偏差值减小表示信号电平下降。
可以确认，在这个例子中，标准偏差值在40秒内下降到小于50％。
工业应用
在本发明设备固定到驾驶员座位上的情况下，当驾驶员坐在驾驶员座位上时，该驾驶员立即进入被监视的状态，而无须完成特殊的安装或拆卸操作；在车辆行驶时，报警单元才开始工作，所以，能够提供一种简单，方便和可靠的开车打瞌睡报警设备。
Claims (6)
1.一种驾驶员的打瞌睡报警设备，其中
闭合式气动声音传感器固定到车辆驾驶员的座位部分，驾驶员的身体压力加到座位上，其中一个，两个或多个非定向传声器或压力传感器装入到气密柔顺材料制成的密闭气袋或密闭壳体的内部，且所述非定向传声器或压力传感器的输出信号通过导线被引导到外部；和
从所述闭合式气动声音传感器的输出信号中分开并取出代表驾驶员驾驶操作中身体运动的信号和车辆行驶后产生的信号；此后
检测驾驶意识减退状态，其中有车辆行驶后产生的信号，而代表身体运动的信号的变化几乎消失；和
使报警单元工作。
2.一种驾驶员的打瞌睡报警设备，其中
闭合式气动声音传感器固定到车辆驾驶员的座位部分，驾驶员的身体压力加到座位上，其中气密柔顺材料制成的密闭气袋或密闭壳体中的内部气压被引向外部的非定向传声器或压力传感器，并取出所述非定向传声器或压力传感器的输出信号；和
从所述闭合式气动声音传感器的输出信号中分开并取出代表驾驶员驾驶操作中身体运动的信号和车辆行驶后产生的信号；此后
检测驾驶意识减退状态，其中有车辆行驶后产生的信号，而代表身体运动的信号的变化几乎消失；和
使报警单元工作。
3.一种驾驶员的打瞌睡报警设备，其中
闭合式气动声音传感器固定到车辆驾驶员的座位部分，驾驶员的身体压力加到座位上，其中一个，两个或多个非定向传声器或压力传感器装入到气密柔顺材料制成的密闭气袋或密闭壳体的内部，且所述非定向传声器或压力传感器的输出信号通过导线被引导到外部；和
从所述闭合式气动声音传感器中取出代表驾驶员驾驶操作中身体运动的信号，同时从车体中取出车辆行驶后产生的信号；此后
检测驾驶意识减退状态，其中有车辆行驶后产生的信号，而代表身体运动的信号的变化几乎消失，和
使报警单元工作。
4.一种驾驶员的打瞌睡报警设备，其中
闭合式气动声音传感器固定到车辆驾驶员的座位部分，驾驶员的身体压力加到座位上，其中气密柔顺材料制成的密闭气袋或密闭壳体中的内部气压被引向外部的非定向传声器或压力传感器，并取出所述非定向传声器或压力传感器的输出信号；和
从所述闭合式气动声音传感器中取出代表驾驶员驾驶操作中身体运动的信号，同时从车体中取出车辆行驶后产生的信号；此后
检测驾驶意识减退状态，其中有车辆行驶后产生的信号，而代表身体运动的信号的变化几乎消失，和
使报警单元工作。
5.按照权利要求1至4中任何一个的驾驶员打瞌睡报警设备，其中弹性体的增强材料放置在气密柔顺材料制成的所述密闭气袋或密闭壳体中。
6.按照权利要求1至4中任何一个的驾驶员打瞌睡报警设备，其中使用多个闭合式气动声音传感器。
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