CN105982653A - 心率连续监控防瞌睡表 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种心率连续监控防瞌睡表，它包括表带、装有显示屏的壳体、底盖，按键、安装于壳体内的由光电检测模块、低频电脉冲模块、蓝牙模块、中央处理器、外围管理电路、充电电池与电源管理电路及提示震动装置组成的机芯；壳体内侧设置检测窗口，光电检测模块由可发射波长为630nm、940nm的LED光源、光敏器件、跨阻放大器组成，光敏器件接受到的经人体反射回的光电容积脉搏波信号经跨阻放大器放大输出至中央处理器；本发明利用智能终端或智能手机设定人体个体的各参数值，利用经人体反射回的光电容积脉搏波信号检测驾驶员是否处于疲劳状态，通过驱动提示震动装置震动提示，并可同时驱动低频电脉冲模块发生低频电脉冲，刺激人体。

Description

心率连续监控防瞌睡表

技术领域

本发明涉及驾驶员安全驾驶检测技术领域，具体来说，涉及一种心率连续监控防瞌睡表。

背景技术

交通事故是当前世界各国所面临的严重社会问题之一,已被公认为当今世界危害人类生命安全的第一大公害,每年因交通事故的原因至少使50万人死亡. 欧美各国的交通事故统计分析表明,交通事故中80%～90%是人的因素造成的. 根据美国国家公路交通安全署的统计,在美国的公路上,每年由于司机在驾驶过程中跌入睡眠状态而导致大约10万起交通事故,约有1500起直接导致人员死亡,711万起导致人员伤害.在欧洲的情况也大致相同,如在德国境内的高速公路上25%导致人员伤亡的交通事故,都是由疲劳驾驶引起的. 根据2001年中国交通部的统计,我国48 %的车祸由驾驶员疲劳驾驶引起,直接经济损失达数十万美元. 有关汽车驾驶员的疲劳检测问题,随着高速公路的发展和车速的提高,目前已成为汽车安全研究的重要一环。

打瞌睡是人的一种生理现象,它与人的身体和精神状况的好坏、责任意识的高低等因素都有着密切的联系而难以避免，疲劳驾驶是指驾驶员在一段时间的驾车之后所产生的反应水平下降,导致不能正常驾车行驶.，驾驶员产生疲劳后，其心理状态也会发生各种各样的变化.，如视力下降,致使注意力分散、视野逐渐变窄；思维能力下降,致使反应迟钝、判断迟缓、动作僵硬、节律失调;自我控制能力减退,致使易于激动、心情急躁或开快车等。因此研制一种能有效防止司机在驾驶过程中打瞌睡的系统就显得非常必要。

为此，一些通过采集驾驶员面部图象或眨眼频率或眼睛睁开闭合程度来识别进行驾驶员是否处于疲劳状态、进而加以处理的专利被提出，典型的如CN101565036B、CN201578257、CN203480645等，现有技术存在如下不足之处：由于驾驶员相对于图象采集设备并非处于相对完全静止的状态，此类通过图象识别并处理的技术很难达到高准确率，需要加以改进。

发明内容

本发明旨在提供一种针对驾驶员是否处于疲劳状态具有较高识别准确率并能根据识别结果及时处理，以避免车辆处于危险状态的心率连续监控防瞌睡表。

本发明的发明构思是：通过光电检测模块检测驾驶员的心率、血氧饱和度等信号，判断驾驶员的精神状态，结合智能手机APP软件参数设定，通过蓝牙模块进行数据处理结果的信号传输，最终驱动相关电路进行语音提示、振动提醒或电脉冲警示，并可同时进行功能性穴位电脉冲刺激。

本发明的技术解决方案如下：

一种心率连续监控防瞌睡表，其特征在于：它包括表带、装有显示屏的壳体、底盖，安装于壳体一侧的按键、安装于壳体内的由光电检测模块、蓝牙模块、中央处理器、低频电脉冲模块、外围管理电路、电源、电源管理电路及提示震动装置组成的机芯；

所述壳体内侧设置有便于光电检测模块工作的检测窗口，所述电源管理电路连接电源，并与各电路、模块及中央处理器连接，为上述各电路、模块及中央处理器提供电源；

上述各电路、模块分别连接中央处理器的各对应端口，用于将数据信号输入中央处理器或接受中央处理器的指令；

所述按键完成心率连续监控防瞌睡表的开关机及各参数值、参考值和设定值的手动设定，并将以上数据信号输入中央处理器；

所述蓝牙模块的信号输出端接入中央处理器的相对应的信号输入端，用于将智能终端或智能手机上设定的各参数包括上述低频电脉冲的模式、输出功率、时间，通过蓝牙模块实现无线传输，并最终接入中央处理器；

所述光电检测模块采用反射式光路测量的方式，由一个可发射波长630nm的LED光源、一个可发射波长940nm的LED光源、光敏器件、跨阻放大器(TIA)组成，LED光源发出的光源经上述检测窗口照射人体，光敏器件安装于上述检测窗口内可接受到的经人体反射回的光的适当位置；

光敏器件接受到的经人体反射回的光信号转换为光电容积脉搏波(PPG)信号经跨阻放大器(TIA) 放大并输出至中央处理器；

所述低频电脉冲模块与中央处理器连接，用于发生低频电脉冲；它还包括至少一个与人体接触的电极或一个用于接入与人体相接触的电极的端口，上述低频电脉冲模块发生的低频电脉冲最终接入上述与人体接触的电极或电极的端口；

所述提示震动装置包括至少一个大功率的贴片马达，其信号输入端接入中央处理器的相对应的信号输出端；

所述显示屏连接中央处理器的相应信号输出端口，将相关数值及心率连续监控防瞌睡表的工作状态在显示屏上显示，上述数值包括但不限于所有有关的参数值、参考值和设定值。

本发明的工作原理及工作过程如下：

将本发明戴在手腕上，首先利用智能终端或智能手机设定驾驶员的各参数值，包括检测报警用参考值和提示震动用参数值、低频电脉冲参数值，其中，检测报警用参考值包括光电容积脉搏波(PPG)信号参考值，用以检测驾驶员是否处于疲劳状态，提示震动用参数值包括发生低频电脉冲的模式、输出功率、时间，并通过蓝牙模块以实现无线传输，并最终将上述各参考值和参数值接入中央处理器；

本发明工作时，光电检测模块LED光源发射波长为630nm、940nm光源，透过检测窗口照射人体，其反射回的光电容积脉搏波(PPG)信号由光敏器件接受，经跨阻放大器(TIA) 放大输出至中央处理器，并与光电容积脉搏波(PPG)信号参考值比较，以检测驾驶员是否处于疲劳状态。

当检测结果显示驾驶员处于疲劳状态时，中央处理器给出信号，驱动提示震动装置中的贴片马达开始工作，起震动提示作用，同时驱动低频电脉冲模块发生低频电脉冲，其工作模式、输出功率、时间按上述智能终端或智能手机设定并通过蓝牙模块无线传输的参数值工作。上述发生的低频电脉冲经电极与人体接触。

当然，也可以直接在智能终端如智能手机上操作，并通过蓝牙模块直接控制上述提示震动装置及低频电脉冲模块的工作状态。

本发明的优点在于：

通过智能终端或智能手机设置，无线控制低频电脉冲模块的刺激功率、频率、时间及光电检测模块的连续性检测频率，健康数据周期分析，通过设定设置参考值实时检测，并及时震动提示和电脉冲刺激治疗，具有较高识别准确率高、体积小、功耗小、智能程度高。

进一步的技术方案为：所述的蓝牙模块优选采用德州仪器蓝牙4.0，蓝牙模块内置无线微控制器（MCU）模块，该技术方案能有效控制体积，采用直驱控制。

上述技术方案中，不限于MCU与蓝牙一体化封装成一个IC。

上述技术方案中，光敏器件可为光电二极管。

进一步的技术方案为：所述低频电脉冲模块采用工作频率段为1-1000Hz。

进一步的技术方案为：所述的按键优选采用机械按键，也可以是采用触摸按键。

进一步的技术方案为：所述电源管理保护电路至少包括电量检测、稳压电路、具有过流保护、过欠压保护电路，它还包括至少一个外接充电电源接口，所述电源输出端与电源管理保护电路的信号输入端相连接，电源管理保护电路的信号输出端与MCU相应输入端相连接。

上述技术方案提高了产品的可靠性且充电方便。

附图说明

以下将结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

图1为本发明实施例的原理方框图。

图2为图1所示实施例的结构示意图。

图3为图1所示实施例配套使用的智能手机APP控制界面示意图。

图4-8为图1所示实施例中各模块单元的电原理图。

其中，图4中分别为A外围电路、B电源单元、C中央处理器单元、D按键、E显示单元的电原理图。

图5为蓝牙单元的电原理图。

图6为光电检测单元的电原理图。

图7为提示震动单元的电原理图。

图8为低频电脉冲单元的电原理图。

图中序号分别为：1、中央处理器；2、蓝牙模块；3、低频电脉冲模块；4、光电检测模块；5、显示屏电路；6、按键；7、提示震动装置；8、外围管理电路；9、电源管理电路；10、充电电池；11、外接充电电源接口；12、显示窗口；13、充电电池；14、防水壳；15、表带；16、显示屏；17、机芯；18、底盖；19、底盖；20、低频电脉冲电极。

具体实施方式

参见附图1-8，本发明实施例所示的心率连续监控防瞌睡表，考虑到元器件体积大小及使用舒适度，采用一根表带15上的双壳体结构，表带15采用环保热塑性聚氨酯弹性体橡胶（TPU），其中，壳体Ⅱ由防水壳14、安装于防水壳14内的充电电池13、低频电脉冲模块3、低频电脉冲电极20、底盖19组成。防水壳14的侧壁上设置有外接充电电源接口11；

壳体Ⅰ由带有显示窗口12的面板、安装于壳体Ⅰ的带有显示屏16的机芯、带有检测窗口（图中未标示）的底盖18。壳体Ⅰ的侧壁上还设置有按键6。

上述机芯17由中央处理器（MCU）1、蓝牙模块2、光电检测模块4、显示屏电路5、提示震动装置7、外围管理电路8、电源管理电路9组成，其中，提示震动装置7中的振动元件采用一个大功率的贴片马达。

上述各电路、模块分别连接中央处理器的各对应端口，用于将数据信号输入中央处理器或接受中央处理器的指令。

壳体Ⅰ与壳体Ⅱ间也有若干电信号线连接，用于连接充电电池13、低频电脉冲模块3、低频电脉冲电极20与机芯17内的中央处理器（MCU）1及相关模块间的电信号传输。

电源管理电路9连接充电电池10，并与各电路、模块及中央处理器1连接，为上述各电路、模块及中央处理器提供电源。

本发明实施例中，按键6用于手动完成心率连续监控防瞌睡表的开关机及各参数值、参考值和设定值的手动设定，并将以上数据信号输入中央处理器。

蓝牙模块2的信号输出端接入中央处理器的相对应的信号输入端，用于将智能终端或智能手机上设定的各参数包括上述低频电脉冲的模式、输出功率、时间，通过蓝牙模块实现无线传输，并最终接入中央处理器1；本发明实施例中，蓝牙模块2采用美国德州生产的蓝牙4.0模块， MCU中央处理器1内置于其中。

光电检测模块4采用反射式光路测量的方式，由一个可发射波长630nm的LED光源、一个可发射波长940nm的LED光源、光电二极管、跨阻放大器(TIA)组成，LED光源发出的光源经底盖18上的检测窗口述（图中未标示）照射人体，光电二极管安装于上述检测窗口内可接受到的经人体反射回的光的适当位置。

光电二极管接受到的经人体反射回的光信号转换为光电容积脉搏波(PPG)信号经跨阻放大器(TIA) 放大并输出至中央处理器1。

低频电脉冲模块3与中央处理器1连接，用于发生1000Hz的低频电脉冲；它还包括一个与人体接触的低频电脉冲电极20，上述低频电脉冲模块3发生的低频电脉冲接入低频电脉冲电极20。

显示屏5采用高亮度OLED显示屏，连接中央处理器的相应信号输出端口，将相关数值及心率连续监控防瞌睡表的工作状态在显示屏上显示出来，上述数值包括所有有关的参数值、参考值和设定值等，它还显示光电检测检测时间、低频电脉冲模块3的工作开关、模式选择、输出功率、工作时间、强度选择等。显示屏5还显示电量并还可显示由蓝牙模块2无线连接智能手机的短信、来电等。

参见附图3，与本发明实施例配套使用的智能手机的APP软件界面，用户可通过APP软件界面，设置心率连续监控防瞌睡表的有关功能模块的相关功能及参数，并通过蓝牙模块2将数据传输给中央处理器1。

上述的APP软件可以是安卓系统、苹果系统，用户用智能手机扫描说明书上条形码，下载APP软件，注册成功后，智能手机应用界面出现，显示心率连续监控防瞌睡表APP软件主界面，进行蓝牙配对，按界面的电量显示，智能手机APP界面显示心率连续监控防瞌睡表的充电电池13的当时电量，按距离开关设置心率连续监控防瞌睡表与智能手机的超距离蓝牙信号丢失提醒开关，按关联人设置，设置心率连续监控防瞌睡表的使用者的检测到心率状况的通过APP软件平台关联到监护人的智能手机号码，按APP主界面的治疗设置2进入治疗手动设置，按输出功率设置心率连续监控防瞌睡表的低频电脉冲模块3的手动输出时的输出功率，按输出时长，设置心率连续监控防瞌睡表低频电脉冲模块3的手动输出时的时间长度，按模式选择设置低频电脉冲模块3工作模式选择，如针灸模式、按摩模式，在手动输出设置完成的情况下，按手动输出开，心率连续监控防瞌睡表的低频电脉冲模块3按设置参数工作，设置输出时长到时自动关闭低频电脉冲模块3的输出，按心率连续监控防瞌睡表按键6，可以按APP界面手动输出设置参数启动低频电脉冲模块3开与关；按定时设置进入APP定时设置界面，按设置组1，设置设置组1的相关参数，按输出功率设置设置组1的低频电脉冲模块3的电脉冲输出功率，按输出时间，设置设置组1的低频电脉冲模块3输出时间点，按输出时长，设置设置组1的低频电脉冲模块3输出多长时间，按模式选择设置低频电脉冲模块3工作模式，按自动输出开或关，设置设置组1的开或关，按设置组1的设置参数手心率连续监控防瞌睡表的低频电脉冲模块3到时间按设置的时间点、时间长短、设置的输出功率、设置的工作模块，自动开、自动关，按设置组2的设置重复上述设置心率连续监控防瞌睡表，按设置组1、2的设置参数心率连续监控防瞌睡表的低频电脉冲模块3自动工作；按APP主界面检测设置3进入检测设置界面，按检测时间调节设置光电检测模块4的工作时间点与下一次工作时间点的时长，按检测记录设置光电检测模块4的检测数据存储保存时间，按检测显示设置光电测模块的检测数据的显示形式，数据显示或者波形显示，按检测显示按设置的参数显示检测结果，按检测关联提醒调节设置光电检测模块4的检测参数的数据点关联低频电脉冲模块的工作启动提醒，按提醒强度调节设置低频电脉冲模块3在提醒工作时的输出强度的参数设置，按提醒延长时间设置低频电脉冲模块3在提醒强度后的工作时间设置，按检测设置开/关，心率连续监控防瞌睡表的光电检测模块4按设置参数工作或关闭；按APP主界面显示设置进入心率连续监控防瞌睡表的显示屏16的显示内容设置，按短信显示开/关，设置智能手机短信提醒的相关信息，按来电显示开/关设置智能手机来电信息的相关参数设置，按震动提醒设置心率连续监控防瞌睡表相关功能模块的提示及低频电脉冲模块3工作提醒。

与第一个实施例不同的是，本发明第二个实施例采用一个壳体结构，将上述实施例中壳体Ⅰ和壳体Ⅱ中的所有电路及部件均集中于该壳体内，低频电脉冲模块发生1Hz的低频电脉冲，此外，中央处理器（MCU）与蓝牙模块未采用内置有MCU中央处理器的由美国德州生产的蓝牙4.0模块。

图4-8分别给出各模块单元的电原理图，本领域技术人员按图即可再现出本实施例，对于本领域技术人员而言，在对照上述电原理图的情形下，其工作原理应能完全清楚了解，这里就不一一描述了。

当然，在本发明的构思下，有多种实施及表达形式，如增加治疗模块或减少治疗模块功能，调整终端设备参数，就能扩展使用。以上这些，对本领域技术人员而言，阅读本说明书后毋需付出创造性劳动即可再现出，在此就不详述了。采用上述等同替代方案当然落入了本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种心率连续监控防瞌睡表，其特征在于：它包括表带、装有显示屏的壳体、底盖，安装于壳体一侧的按键、安装于壳体内的由光电检测模块、蓝牙模块、中央处理器、低频电脉冲模块、外围管理电路、电源、电源管理电路及提示震动装置组成的机芯；

所述壳体内侧设置有便于光电检测模块工作的检测窗口，所述电源管理电路连接电源，并与各电路、模块及中央处理器连接，为上述各电路、模块及中央处理器提供电源；

上述各电路、模块分别连接中央处理器的各对应端口，用于将数据信号输入中央处理器或接受中央处理器的指令；

所述按键完成心率连续监控防瞌睡表的开关机及各参数值、参考值和设定值的手动设定，并将以上数据信号输入中央处理器；

所述蓝牙模块的信号输出端接入中央处理器的相对应的信号输入端，用于将智能终端或智能手机上设定的各参数包括上述低频电脉冲的模式、输出功率、时间，通过蓝牙模块实现无线传输，并最终接入中央处理器；

所述光电检测模块采用反射式光路测量的方式，由一个可发射波长630nm的LED光源、一个可发射波长940nm的LED光源、光敏器件、跨阻放大器组成，LED光源发出的光源经上述检测窗口照射人体，光敏器件安装于上述检测窗口内可接受到的经人体反射回的光的适当位置；

光敏器件接受到的经人体反射回的光信号转换为光电容积脉搏波信号经跨阻放大器放大并输出至中央处理器；

所述低频电脉冲模块与中央处理器连接，用于发生低频电脉冲；它还包括至少一个与人体接触的电极或一个用于接入与人体相接触的电极的端口，上述低频电脉冲模块发生的低频电脉冲最终接入上述与人体接触的电极或电极的端口；

所述提示震动装置包括至少一个大功率的贴片马达，其信号输入端接入中央处理器的相对应的信号输出端；

所述显示屏连接中央处理器的相应信号输出端口，将相关数值及心率连续监控防瞌睡表的工作状态在显示屏上显示，上述数值包括但不限于所有有关的参数值、参考值和设定值。

2.根据权利要求1所述的心率连续监控防瞌睡表，其特征在于：所述的蓝牙模块优选采用德州仪器蓝牙4.0，蓝牙模块内置无线微控制器模块。

3.根据权利要求2所述的心率连续监控防瞌睡表，其特征在于：所述低频电脉冲模块采用工作频率为1-1000Hz。

4.根据权利要求3所述的心率连续监控防瞌睡表，其特征在于：所述光敏器件为光电二极管。

5.根据权利要求4所述的心率连续监控防瞌睡表，其特征在于：所述的按键为机械按键。

6.根据权利要求1-5任一所述的心率连续监控防瞌睡表，其特征在于：所述电源管理保护电路至少包括电量检测、稳压电路、具有过流保护、过欠压保护电路，它还包括至少一个外接充电电源接口，所述电源输出端与电源管理保护电路的信号输入端相连接，电源管理保护电路的信号输出端与MCU相应输入端相连接。