CN106341750A - 一种具备监测驾驶员疲劳状态和疲劳预警的蓝牙耳机 - Google Patents

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吴超仲
张晋崇
张晖
张琦
陈杨
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    • H04R1/10—Earpieces; Attachments therefor ; Earphones; Monophonic headphones
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Abstract

本发明公开了一种具备监测驾驶员疲劳状态和疲劳预警的蓝牙耳机，包括：脉搏传感器，用于采集耳朵附近颞浅动脉的脉搏波信号，所述脉搏传感器镶嵌在蓝牙耳机压迫于颞浅动脉处的耳挂内；处理装置，用于对接收的脉搏波信号进行编码处理；数据库，用于备份储存处理后的脉搏信号信息；控制中心，用于分析处理后的脉搏信号，判断驾驶员是否处于疲劳状态；报警模块，用于根据控制中心的判断结果提醒驾驶员注意驾驶安全。本发明装置原理相对简单,易于实现；体积小，易与通用蓝牙耳机集成；成本低,便于推广应用。

Description

一种具备监测驾驶员疲劳状态和疲劳预警的蓝牙耳机
技术领域
本发明涉及汽车驾驶安全技术，尤其涉及一种具备监测驾驶员疲劳状态和疲劳预警的蓝牙耳机。
背景技术
据世界卫生组织2009年的统计交通事故数据表明，由疲劳驾驶引起的交通事故占到总交通事故的37.91％。其中一个很重要的原因就是，驾驶员的过度疲劳驾驶。驾驶员在疲劳的状态下，会导致精力不集中，不能很好的控制车辆行驶的速度和方向。据统计，在我国因疲劳驾驶而造成的交通事故约占总数的20％，特大交通事故的40％～80％，以及交通死亡率的83％。疲劳驾驶已和违章行驶、恶劣路况、超载、制动性能及缺少乘客安全带并称为汽车驾驶安全的六大杀手，直接或间接导致大量人员伤亡和巨额经济损失。
现在我国各地交通管理部门普遍禁止开车时驾驶员接打电话,而蓝牙耳机以其小巧灵便,方便接打电话,深受人们喜欢,尤其是开车的驾驶员。在现有蓝牙耳机基础上开发出一种新型的、廉价的、具有磕睡提醒功能的蓝牙耳机，那么既可以有效防止疲劳驾驶的问题，也便于推广普及，同时也可以应用到其它需要的场所。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种具备监测驾驶员疲劳状态和疲劳预警的蓝牙耳机，采集驾驶员的脉搏信号,并通过蓝牙技术将数据发送给智能手机或者车载电脑的控制中心,经过特征提取和分类,监测驾驶员是否疲劳驾驶,最后再将疲劳信息及时反馈给蓝牙耳机进行报警提醒。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具备监测驾驶员疲劳状态和疲劳预警的蓝牙耳机，包括：
脉搏传感器，用于采集耳朵附近颞浅动脉的脉搏波信号，所述脉搏传感器镶嵌在蓝牙耳机压迫于颞浅动脉处的耳挂内；
处理装置，用于对接收的脉搏波信号进行编码处理；
数据库，用于备份储存处理后的脉搏信号信息；
控制中心，用于分析处理后的脉搏信号，判断驾驶员是否处于疲劳状态；
报警模块，用于根据控制中心的判断结果提醒驾驶员注意驾驶安全。
按上述方案，所述处理装置对接收的脉搏感应器监测信号进行编码处理的具体过程如下：
使用零相位滤波算法对脉搏传感器采集的脉搏波信号y0(n)进行去基线漂移和工频干扰的处理后得到脉搏波信号y1(n)，然后采用平滑滤波对信号y1(n)进一步处理，可得到去除高频脉冲噪声、窄带噪声和工频干扰的脉搏信号y2(n)。
按上述方案，所述控制中心判断驾驶员是否处于疲劳状态的方法具体如下：
首先对收到的信号进行解码处理，得到解码后的脉搏信号y2(n)，对脉搏信号y2(n)中的特征进行提取，所述特征包括波峰、波谷和脉搏频率；将各个特征分别进行归一化，使用支持向量机进行特征分类；采用SVM算法对疲劳状态进行识别，把驾驶员分为清醒，轻微疲劳和疲劳三个状态。
按上述方案，所述报警模块中，当判断结果为驾驶员有疲劳趋势时，进入预警准备阶段，此时不做预警处理；当判断结果为驾驶员处于轻微疲劳状态时，耳机发出较轻的声音提醒驾驶员；当判断结果为驾驶员处于疲劳状态时，发出急促的警报，对驾驶员进行疲劳驱除。
本发明产生的有益效果是：本发明装置原理相对简单,易于实现；体积小,易与通用蓝牙耳机集成；成本低,便于推广应用；把疲劳预警装置集成在日常佩戴的蓝牙耳机上，不会对驾驶造成额外负担，可接受度高；不受光照影响，可适用于夜间驾驶；不仅适用于驾驶防磕睡,且适用于各种防疲劳场合。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明实施例的工作流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种具备监测疲劳状态和预警功能的蓝牙耳机，图1为本发明装置的系统结构图，包括用于监测耳朵附近脉搏(颞浅动脉)的光电式脉搏传感器模块，用于接收脉搏感应器监测信号的处理器，普通的蓝牙耳机原有的模块，用于接收和分析蓝牙耳机传输脉搏信号的控制中心，以及耳机中的声音报警模块。
本发明可在蓝牙耳机原蓝牙通信模块上,另加光电式脉搏传感器模块,也可以将光电式脉搏传感器模块集成于蓝牙通信模块,以利于蓝牙耳机整体在外观、尺寸、重量上更加符合人体工学要求。
光电式脉搏传感器模块，用于监测耳朵附近脉搏(颞浅动脉)的脉搏信号，并将信号传送至耳机内部的信号处理模块。
脉搏信号的处理器，位于蓝牙耳机内部的芯片上，用于接收脉搏感应器监测的脉搏信号，并对信号并进行滤波处理，除去信号中的噪声。
普通的蓝牙耳机原有的模块，包含天线、麦克风、蜂鸣器、电源、音频处理器、音频编解码器、晶振、闪存和电源等。
该发明中耳机部分的模块均由蓝牙耳机原电源进行供电。
控制中心，该模块可以是手机APP或者车载电脑内置软件，兼容性好。用于接收和分析蓝牙耳机传输来的脉搏信号，判断驾驶员是否处于疲劳状态；并在驾驶疲劳状态向蓝牙耳机发出指令，使蓝牙耳机发出报警；
数据库，具有备份存储功能，可以把驾驶员驾驶过程中的脉搏信号存储下来。
本发明装置工作的具体过程如下：
1)光电脉搏传感器进行脉搏信号的提取，得到脉搏信号y0(n)；
2)脉搏信号的处理器对脉搏信号进行预处理：使用零相位滤波算法对脉搏波信号y0(n)进行去基线漂移和工频干扰的处理后得到脉搏波信号y1(n)，然后采用平滑滤波对信号y1(n)进一步处理，可得到去除高频脉冲噪声、窄带噪声和工频干扰的脉搏信号y2(n)；
3)控制中心对脉搏信号y2(n)中的特征进行提取，如波峰、波谷和脉搏频率等。将各个特征分别进行归一化，使用支持向量机(SVM)进行特征分类。采用SVM算法对疲劳状态进行识别，把驾驶员分为清醒，轻微疲劳和极度疲劳三个状态；
本发明是个开放的系统，还接受其他监测所得到的疲劳信息，如呼吸、脑电和汽车偏离车道等。可以对驾驶员的疲劳状态进行综合的科学的评估，具体为：根据已有的综合评估标准确定不同信号测量指标的权重，得到综合疲劳状态评估值K＝k1s1+k2s2+…+knsn。其中ki为第i种疲劳信号所占的权重，该权重可从现有的文献中获得；si为第i种疲劳信号用量化的方法所得的疲劳值，疲劳值为1～10，其中10代表驾驶员处于极度疲劳状态，1代表驾驶员处于清醒状态。综合疲劳状态评估值K处于1～3时，驾驶员处于清醒状态；当K处于4～7时，驾驶员处于轻微疲劳状态；当K处于8～10时，驾驶员处于极度疲劳状态。通过权重分配的方法可把多种疲劳信息监测信号进行综合，进而进行量化，通过最终的综合疲劳状态评估值K进行定性，判断驾驶员的疲劳等级。
耳机中的声音报警模块，如果驾驶员处于疲劳驾驶状态，控制中心会发出信号，激活该模块，发出声音警报，驱除驾驶员疲劳，提醒驾驶员注意驾驶安全。
本发明提出的一种具备监测疲劳状态和预警功能的蓝牙耳机主要用于监测驾驶人疲劳状态并能够发出声音预警，在一定程度上可以减少由于疲劳驾驶带来的交通隐患。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种具备监测驾驶员疲劳状态和疲劳预警的蓝牙耳机，其特征在于，包括：
脉搏传感器，用于采集耳朵附近颞浅动脉的脉搏波信号，所述脉搏传感器镶嵌在蓝牙耳机压迫于颞浅动脉处的耳挂内；
处理装置，用于对接收的脉搏波信号进行编码处理；
数据库，用于备份储存处理后的脉搏信号信息；
控制中心，用于分析处理后的脉搏信号，判断驾驶员是否处于疲劳状态；
报警模块，用于根据控制中心的判断结果提醒驾驶员注意驾驶安全。
2.根据权利要求1所述的蓝牙耳机，其特征在于，所述处理装置对接收的脉搏感应器监测信号进行编码处理的具体过程如下：
使用零相位滤波算法对脉搏传感器采集的脉搏波信号y0(n)进行去基线漂移和工频干扰的处理后得到脉搏波信号y1(n)，然后采用平滑滤波对信号y1(n)进一步处理，可得到去除高频脉冲噪声、窄带噪声和工频干扰的脉搏信号y2(n)。
3.根据权利要求1所述的蓝牙耳机，其特征在于，所述控制中心判断驾驶员是否处于疲劳状态的方法具体如下：
对脉搏信号y2(n)中的特征进行提取，所述特征包括波峰、波谷和脉搏频率；将各个特征分别进行归一化，使用支持向量机进行特征分类；采用SVM算法对疲劳状态进行识别，把驾驶员分为清醒，轻微疲劳和疲劳三个状态。
4.根据权利要求1所述的蓝牙耳机，其特征在于，所述报警模块中，当判断结果为驾驶员有疲劳趋势时，进入预警准备阶段，此时不做预警处理；当判断结果为驾驶员处于轻微疲劳状态时，耳机发出较轻的声音提醒驾驶员；当判断结果为驾驶员处于疲劳状态时，发出急促的警报，对驾驶员进行疲劳驱除。
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