CN105564659B - 用于飞机上的弹簧式紧急报警装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于飞机上的弹簧式紧急报警装置，所述报警装置包括脑电波检测子装置、弹簧结构、一键通信设备、太阳能蓄电池和ARM11处理芯片，所述脑电波检测子装置用于对飞机驾驶舱内的机长的脑电波信息进行检测，所述ARM11处理芯片与所述脑电波检测子装置连接，根据所述脑电波检测子装置的检测结果确定是否控制所述弹簧结构弹出所述一键通信设备，所述太阳能蓄电池用于为所述一键通信设备供电。通过本发明，能够将机长的生理状态考虑到飞机安保范畴内，提高了飞机飞行的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及脑电波检测领域，尤其涉及一种用于飞机上的弹簧式紧急报警装置。
背景技术
现有技术中，民航使用的飞机多为喷气式客机，喷气式客机的时速在800千米左右，机动性高。飞机飞行不受高山、河流、沙漠、海洋的阻隔，而且可根据客源数量随时增加班次。据国际民航组织统计，民航平均每亿客公里的死亡人数为0.04人，是普通交通方式事故死亡人数的几十分之一到几百分之一，是比火车更为安全的交通运输方式。
飞机的事故率虽然比火车低，但是飞机一旦失事，将会有很少人生还甚至无人生还。而且飞机与地面失去联系，就无法安全飞行。因此驾驶飞机的机长需要训练有素并保持高度的专注力。然而，机长也会出现状态异常的情况发生，有主观的因素，也有客观的因素，这种异常状态在生理参数上都会出现一些预兆。而现有技术中并没有这些预兆的检测方案，更不用说在检测预兆后及时为乘客提供与外界联系的紧急通话机制了。
为此，本发明提出了一种用于飞机上的弹簧式紧急报警装置，采用高精度的血氧监控设备和脑电波监控设备对机长的血氧饱和度和脑电波参数进行及时检测和报警，并在识别到机长状态异常时，及时启动紧急通话设备，为被隔离在驾驶舱外的乘客提供与地面通话的机会，从而减少飞行事故发生的概率。
发明内容
为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种用于飞机上的弹簧式紧急报警装置，利用高效的血氧监控设备和脑电波监控设备测量机长的多项生理数据，在生理数据出现异常时进行报警，同时为乘客启动弹簧式通话设备，使得乘客能够替换机长保持与外部飞行管理平台的即时通话。
根据本发明的一方面，提供了一种用于飞机上的弹簧式紧急报警装置，所述报警装置包括脑电波检测子装置、弹簧结构、一键通信设备、太阳能蓄电池和ARM11处理芯片，所述脑电波检测子装置用于对飞机驾驶舱内的机长的脑电波信息进行检测，所述ARM11处理芯片与所述脑电波检测子装置连接，根据所述脑电波检测子装置的检测结果确定是否控制所述弹簧结构弹出所述一键通信设备，所述太阳能蓄电池用于为所述一键通信设备供电。
更具体地，在所述用于飞机上的弹簧式紧急报警装置中，还包括：检测电极，设置在机长头部上，用于检测大脑的神经元活动通过离子传导到达大脑皮层而形成的电压变化量；前置差分放大器，与所述检测电极连接，用于对所述电压变化量进行放大；低通滤波器，与所述前置差分放大器连接，用于将放大后的电压变化量进行100Hz低通滤波，以输出第一滤波信号；两级工频陷波器，与所述低通滤波器连接，用于对所述第一滤波信号进行两级工频陷波处理，以输出陷波信号；高通滤波器，与所述两级工频陷波器连接，用于对所述陷波信号进行0.1Hz高通滤波，以输出第二滤波信号；电平调节电路，与所述高通滤波器连接，对所述第二滤波信号进行电平调节处理，以为后续模数转换做准备；模数转换电路，与所述电平调节电路连接，将经过电平调节处理后的第二滤波信号进行8位的模数转换，以获得机长的脑电波数字信号；近红外光发射器，设置在机长手指指尖毛细血管位置，与光源驱动电路连接，用于基于光源驱动电路发送的发光控制信号，发射近红外光；光源驱动电路，与所述近红外光发射器连接，用于向所述近红外光发射器发送发光控制信号；近红外光接收器，设置在机长手指指尖上，位于所述发光二极管的相对位置，用于接收透射机长手指指尖毛细血管后的近红外光；参数提取设备，与所述近红外光发射器和所述近红外光接收器分别连接，基于发射的近红外光与透射的近红外光的光线衰减程度，计算机长血液中的氧合血红蛋白含量和还原血红蛋白含量；一键通信设备，包括呼叫键和无线通信接口，所述呼叫键用于在外部人员按压时，自动打开所述无线通信接口以接收外部人员的通话信息，所述无线通信接口用于将外部人员的通话信息通过无线通信链路发送到远端的飞行运营管理中心处的服务器；弹簧结构，维系在所述一键通信设备上；弹簧驱动设备，与ARM11处理芯片和弹簧结构分别连接，用于在接收到异常状态信号时，弹开所述弹簧结构以将所述一键通信设备从飞机乘客舱舱体内部深处推送上来，在接收到正常状态信号时，回缩所述弹簧结构以将所述一键通信设备收回至飞机乘客舱舱体内部深处；电力供应开关，与ARM11处理芯片、一键通信设备和太阳能蓄电池分别连接，用于在接收到异常状态信号时，恢复所述太阳能蓄电池对所述一键通信设备的电力供应，在接收到正常状态信号时，断开所述太阳能蓄电池对所述一键通信设备的电力供应；太阳能蓄电池，与所述一键通信设备、所述弹簧驱动设备和所述电力供应开关分别连接，仅为所述一键通信设备、所述弹簧驱动设备和所述电力供应开关提供电力供应；ARM11处理芯片，与所述参数提取设备连接，基于氧合血红蛋白含量和还原血红蛋白含量计算机长的血氧饱和度，采用并行通信接口与所述模数转换电路连接以接收脑电波数字信号；其中，所述ARM11处理芯片当所述脑电波数字信号中出现α波和β波时，输出浅睡眠识别信号，当所述脑电波数字信号中出现θ波和δ波时，输出深睡眠识别信号，当所述血氧饱和度在预设血氧饱和度上限浓度时，发出血氧饱和度过高识别信号，当所述血氧饱和度在预设血氧饱和度下限浓度时，发出血氧饱和度过低识别信号；当ARM11处理芯片发出浅睡眠识别信号、深睡眠识别信号、血氧饱和度过高识别信号或血氧饱和度过低识别信号时，ARM11处理芯片同时发出异常状态信号，否则，ARM11处理芯片同时发出正常状态信号。
更具体地，在所述用于飞机上的弹簧式紧急报警装置中：所述两级工频陷波器采用带通滤波抵消方式设计，用于抵消所述第一滤波信号中的工频分量，所述工频分量为50Hz频率分量。
更具体地，在所述用于飞机上的弹簧式紧急报警装置中：无线通信接口为甚高频通信接口。
更具体地，在所述用于飞机上的弹簧式紧急报警装置中：无线通信接口为高频通信接口。
更具体地，在所述用于飞机上的弹簧式紧急报警装置中：无线通信接口为卫星通信接口。
更具体地，在所述用于飞机上的弹簧式紧急报警装置中：所述呼叫键为机械按钮或触摸屏上的虚拟按钮。
附图说明
以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：
图1为本发明的用于飞机上的弹簧式紧急报警装置的第一实施例的结构方框图。
附图标记：1脑电波检测子装置；2弹簧结构；3一键通信设备；4太阳能蓄电池；5ARM11处理芯片。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的用于飞机上的弹簧式紧急报警装置的实施方案进行详细说明。
固定翼飞机是最常见的航空器型态。动力的来源包含活塞发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮风扇发动机或火箭发动机等等。20世纪初，美国的莱特兄弟在世界的飞机发展史上做出了重大的贡献。在1903年制造出了第一架依靠自身动力进行载人飞行的飞机“飞行者一号”，并且获得试飞成功。他们因此于1909年获得美国国会荣誉奖。同年，他们创办了“莱特飞机公司”。
自从飞机发明以后，飞机日益成为现代文明不可缺少的交通工具。他深刻的改变和影响了人们的生活，开启了人们征服蓝天历史。从应用角度上来说，飞机可划分为客机、货运飞机、军用飞机和考察飞机。客机已经成为人们出游旅行的重要交通工具，以速度快、用时短、效率高而占据固定数量的客流。
现有技术中，对飞机的监控主要集中在飞机客体本身，而对驾驶飞机的驾驶员，尤其是机长，相应的监控手段有限，更多的是对飞机乘客舱的视频监控，即使有一些对于驾驶室的监控手段，也更多是对驾驶室内部温度、气压等有限的物理量的检测，缺乏对机长的生理状态的检测，更不用说采用在机长状态异常时，及时通知乘客舱的人员的通讯机制了。而且，在现有技术中，机长所在驾驶舱和乘客所在的乘客舱通常由驾驶舱位置锁定，机长的驾驶状态乘客根本缺乏通道去获悉，乘客一登上飞机，基本上将生命交付给驾驶舱内的机长以及其他驾驶人员。
然而实际上，机长的驾驶状态非常重要，一方面，可能出现机长精神过度紧张或者患病的情况，如果不通知其他人员进行抢救和替换驾驶，很容易造成人员伤亡的经济损失，另一方面，也可能出现机长危险驾驶甚至劫机的情况，这时通常机长的生理参数会出现一些预兆，如果能够预测机长的这些预兆，MH370的悲剧也许不会发生。
由此可见，现有技术中存在以下技术问题：(1)缺乏有效的机长生理状态检测设备；(2)缺乏有效的生理参数预警机制；(3)缺乏在危险时刻能够紧急触发并帮助乘客舱人员与外部通信的紧急通信通道。
为此，本发明搭建了一种飞机机长生理参数监控系统，能够及时了解驾驶位置的机长的血氧饱和度数据和脑电波信号，一旦出现异常时，能够启动按键式紧急通信机制以帮助乘客舱的乘客寻求外部援助。
图1为本发明的用于飞机上的弹簧式紧急报警装置的第一实施例的结构方框图，所述报警装置包括脑电波检测子装置、弹簧结构、一键通信设备、太阳能蓄电池和ARM11处理芯片，所述脑电波检测子装置用于对飞机驾驶舱内的机长的脑电波信息进行检测，所述ARM11处理芯片与所述脑电波检测子装置连接，根据所述脑电波检测子装置的检测结果确定是否控制所述弹簧结构弹出所述一键通信设备，所述太阳能蓄电池用于为所述一键通信设备供电。
接着，继续对本发明的用于飞机上的弹簧式紧急报警装置的第二实施例进行进一步的说明。
所述报警装置包括：检测电极，设置在机长头部上，用于检测大脑的神经元活动通过离子传导到达大脑皮层而形成的电压变化量；前置差分放大器，与所述检测电极连接，用于对所述电压变化量进行放大；低通滤波器，与所述前置差分放大器连接，用于将放大后的电压变化量进行100Hz低通滤波，以输出第一滤波信号；两级工频陷波器，与所述低通滤波器连接，用于对所述第一滤波信号进行两级工频陷波处理，以输出陷波信号；高通滤波器，与所述两级工频陷波器连接，用于对所述陷波信号进行0.1Hz高通滤波，以输出第二滤波信号。
所述报警装置包括：电平调节电路，与所述高通滤波器连接，对所述第二滤波信号进行电平调节处理，以为后续模数转换做准备；模数转换电路，与所述电平调节电路连接，将经过电平调节处理后的第二滤波信号进行8位的模数转换，以获得机长的脑电波数字信号；近红外光发射器，设置在机长手指指尖毛细血管位置，与光源驱动电路连接，用于基于光源驱动电路发送的发光控制信号，发射近红外光；光源驱动电路，与所述近红外光发射器连接，用于向所述近红外光发射器发送发光控制信号；近红外光接收器，设置在机长手指指尖上，位于所述发光二极管的相对位置，用于接收透射机长手指指尖毛细血管后的近红外光。
所述报警装置包括：参数提取设备，与所述近红外光发射器和所述近红外光接收器分别连接，基于发射的近红外光与透射的近红外光的光线衰减程度，计算机长血液中的氧合血红蛋白含量和还原血红蛋白含量；一键通信设备，包括呼叫键和无线通信接口，所述呼叫键用于在外部人员按压时，自动打开所述无线通信接口以接收外部人员的通话信息，所述无线通信接口用于将外部人员的通话信息通过无线通信链路发送到远端的飞行运营管理中心处的服务器。
所述报警装置包括：弹簧结构，维系在所述一键通信设备上；弹簧驱动设备，与ARM11处理芯片和弹簧结构分别连接，用于在接收到异常状态信号时，弹开所述弹簧结构以将所述一键通信设备从飞机乘客舱舱体内部深处推送上来，在接收到正常状态信号时，回缩所述弹簧结构以将所述一键通信设备收回至飞机乘客舱舱体内部深处。
所述报警装置包括：电力供应开关，与ARM11处理芯片、一键通信设备和太阳能蓄电池分别连接，用于在接收到异常状态信号时，恢复所述太阳能蓄电池对所述一键通信设备的电力供应，在接收到正常状态信号时，断开所述太阳能蓄电池对所述一键通信设备的电力供应；太阳能蓄电池，与所述一键通信设备、所述弹簧驱动设备和所述电力供应开关分别连接，仅为所述一键通信设备、所述弹簧驱动设备和所述电力供应开关提供电力供应。
所述报警装置包括：ARM11处理芯片，与所述参数提取设备连接，基于氧合血红蛋白含量和还原血红蛋白含量计算机长的血氧饱和度，采用并行通信接口与所述模数转换电路连接以接收脑电波数字信号。
其中，所述ARM11处理芯片当所述脑电波数字信号中出现α波和β波时，输出浅睡眠识别信号，当所述脑电波数字信号中出现θ波和δ波时，输出深睡眠识别信号，当所述血氧饱和度在预设血氧饱和度上限浓度时，发出血氧饱和度过高识别信号，当所述血氧饱和度在预设血氧饱和度下限浓度时，发出血氧饱和度过低识别信号；当ARM11处理芯片发出浅睡眠识别信号、深睡眠识别信号、血氧饱和度过高识别信号或血氧饱和度过低识别信号时，ARM11处理芯片同时发出异常状态信号，否则，ARM11处理芯片同时发出正常状态信号。
可选地，在所述报警装置中：所述两级工频陷波器采用带通滤波抵消方式设计，用于抵消所述第一滤波信号中的工频分量，所述工频分量为50Hz频率分量；无线通信接口为甚高频通信接口；无线通信接口为高频通信接口；无线通信接口为卫星通信接口；以及可选地，所述呼叫键为机械按钮或触摸屏上的虚拟按钮。
另外，血氧饱和度(SpO2)是血液中被氧结合的氧合血红蛋白(HbO2)的容量占全部可结合的血红蛋白(Hb，hemoglobin)容量的百分比，即血液中血氧的浓度，它是呼吸循环的重要生理参数。而功能性氧饱和度为HbO2浓度与HbO2+Hb浓度之比，有别于氧合血红蛋白所占百分数。因此，监测动脉血氧饱和度(SaO2)可以对肺的氧合和血红蛋白携氧能力进行估计。正常人体动脉血的血氧饱和度为98％，静脉血为75％。
人体的新陈代谢过程是生物氧化过程，而新陈代谢过程中所需要的氧，是通过呼吸系统进入人体血液，与血液红细胞中的血红蛋白(Hb)，结合成氧合血红蛋白(HbO2)，再输送到人体各部分组织细胞中去。血液携带输送氧气的能力即用血氧饱和度来衡量。
采用本发明的用于飞机上的弹簧式紧急报警装置，针对现有技术中机长生理状态难以检测以及缺乏乘客紧急通话设备的技术问题，采用高精度的血氧饱和度监控设备和脑电波监控设备对机长的血氧饱和度参数和脑电波参数进行及时检测和报警，引入生理参数预警机制和紧急通话机制，帮助乘客舱内人员获悉机长异常状态，并为乘客提供能够与外部通话的紧急通信通道。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (5)
1.一种用于飞机上的弹簧式紧急报警装置，所述报警装置包括脑电波检测子装置、弹簧结构、一键通信设备、太阳能蓄电池和ARM11处理芯片，所述脑电波检测子装置用于对飞机驾驶舱内的机长的脑电波信息进行检测，所述ARM11处理芯片与所述脑电波检测子装置连接，根据所述脑电波检测子装置的检测结果确定是否控制所述弹簧结构弹出所述一键通信设备，所述太阳能蓄电池用于为所述一键通信设备供电；
其特征在于，所述报警装置还包括：
检测电极，设置在机长头部上，用于检测大脑的神经元活动通过离子传导到达大脑皮层而形成的电压变化量；
前置差分放大器，与所述检测电极连接，用于对所述电压变化量进行放大；
低通滤波器，与所述前置差分放大器连接，用于将放大后的电压变化量进行100Hz低通滤波，以输出第一滤波信号；
两级工频陷波器，与所述低通滤波器连接，用于对所述第一滤波信号进行两级工频陷波处理，以输出陷波信号；
高通滤波器，与所述两级工频陷波器连接，用于对所述陷波信号进行0.1Hz高通滤波，以输出第二滤波信号；
电平调节电路，与所述高通滤波器连接，对所述第二滤波信号进行电平调节处理，以为后续模数转换做准备；
模数转换电路，与所述电平调节电路连接，将经过电平调节处理后的第二滤波信号进行8位的模数转换，以获得机长的脑电波数字信号；
近红外光发射器，设置在机长手指指尖毛细血管位置，与光源驱动电路连接，用于基于光源驱动电路发送的发光控制信号，发射近红外光；
光源驱动电路，与所述近红外光发射器连接，用于向所述近红外光发射器发送发光控制信号；
近红外光接收器，设置在机长手指指尖上，位于发光二极管的相对位置，用于接收透射机长手指指尖毛细血管后的近红外光；
参数提取设备，与所述近红外光发射器和所述近红外光接收器分别连接，基于发射的近红外光与透射的近红外光的光线衰减程度，计算机长血液中的氧合血红蛋白含量和还原血红蛋白含量；
一键通信设备，包括呼叫键和无线通信接口，所述呼叫键用于在外部人员按压时，自动打开所述无线通信接口以接收外部人员的通话信息，所述无线通信接口用于将外部人员的通话信息通过无线通信链路发送到远端的飞行运营管理中心处的服务器；
弹簧结构，维系在所述一键通信设备上；
弹簧驱动设备，与ARM11处理芯片和弹簧结构分别连接，用于在接收到异常状态信号时，弹开所述弹簧结构以将所述一键通信设备从飞机乘客舱舱体内部深处推送上来，在接收到正常状态信号时，回缩所述弹簧结构以将所述一键通信设备收回至飞机乘客舱舱体内部深处；
电力供应开关，与ARM11处理芯片、一键通信设备和太阳能蓄电池分别连接，用于在接收到异常状态信号时，恢复所述太阳能蓄电池对所述一键通信设备的电力供应，在接收到正常状态信号时，断开所述太阳能蓄电池对所述一键通信设备的电力供应；
太阳能蓄电池，与所述一键通信设备、所述弹簧驱动设备和所述电力供应开关分别连接，仅为所述一键通信设备、所述弹簧驱动设备和所述电力供应开关提供电力供应；
ARM11处理芯片，与所述参数提取设备连接，基于氧合血红蛋白含量和还原血红蛋白含量计算机长的血氧饱和度，采用并行通信接口与所述模数转换电路连接以接收脑电波数字信号；
其中，所述ARM11处理芯片当所述脑电波数字信号中出现α波和β波时，输出浅睡眠识别信号，当所述脑电波数字信号中出现θ波和δ波时，输出深睡眠识别信号，当所述血氧饱和度在预设血氧饱和度上限浓度时，发出血氧饱和度过高识别信号，当所述血氧饱和度在预设血氧饱和度下限浓度时，发出血氧饱和度过低识别信号；
其中，当ARM11处理芯片发出浅睡眠识别信号、深睡眠识别信号、血氧饱和度过高识别信号或血氧饱和度过低识别信号时，ARM11处理芯片同时发出异常状态信号，否则，ARM11处理芯片同时发出正常状态信号；
所述两级工频陷波器采用带通滤波抵消方式设计，用于抵消所述第一滤波信号中的工频分量，所述工频分量为50Hz频率分量。
2.如权利要求1所述的用于飞机上的弹簧式紧急报警装置，其特征在于：
无线通信接口为甚高频通信接口。
3.如权利要求1所述的用于飞机上的弹簧式紧急报警装置，其特征在于：
无线通信接口为高频通信接口。
4.如权利要求1所述的用于飞机上的弹簧式紧急报警装置，其特征在于：
无线通信接口为卫星通信接口。
5.如权利要求1所述的用于飞机上的弹簧式紧急报警装置，其特征在于：
所述呼叫键为机械按钮或触摸屏上的虚拟按钮。
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