CN106650602A - 一种基于心率识别技术的安防系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于心率识别技术的安防系统和方法。硬件包括次声波接收器、电路板、继电开关、电机、电线、蓄电池；次声波接收器包含移动极板、固定极板、前腔、后腔、声波进入孔、毛细管这些结构，移动极板和固定极板上分别接有电线与电路板连接。电路板包含A/D转换电路、MCU、存储器。继电开关为常开继电开关，线圈通电后开关闭合。电机通过继电开关与电路板相连；蓄电池通过继电开关与电机相连，同时蓄电池与电路板直接连接，给电路板提供持续电能。人体走近次声波接收器时，次声波接收器捕获心率数据，在MCU判定与存储器中的身份信息一致后，MCU关闭某管脚，继电开关线圈用电，常开开关闭合，电机通电后开动，安全门被开启，人体顺利通过安全门。
Description
技术领域
本发明涉及安全防控系统领域，特别是涉及一种基于心率识别技术的安防系统和方法。
背景技术
安防系统（Security & Protection System，SPS）是以维护社会公共安全为目的，运用安全防范产品和其它相关产品所构成的入侵报警系统、视频安防监控系统、出入口控制系统、防爆安全检查等的系统；或是由这些系统为子系统组合或集成的电子系统或网络。
据《中国安防行业“十二五”发展规划》(以下简称《规划》)显示，“十一五”期间我国安防产业规模迅速扩大，截至2010年，行业总产值达到2300多亿元，年均增长23%以上；其中安防产品产值约为1000亿元，尤以安防电子产品发展较快，年均增长25%左右。这些安防系统的人体识别技术主要分为三大类：指纹识别、人脸识别和虹膜识别。
指纹识别是现有应用最广泛的人体识别技术，其缺点是对手指的湿度、清洁度等都很敏感，脏、油、水都会造成识别不了或影响到识别的结果；某些人或某些群体的指纹特征少，甚至无指纹，所以难以成像；对于脱皮、有伤痕等低质量指纹存在识别困难、识别率低的问题，对于一些手上老茧较多的体力劳动者等部分特殊人群的注册和识别困难较大；每一次使用指纹时都会在指纹采集头上留下用户的指纹印痕，而这些指纹痕迹很容易被用来复制指纹。
人脸识别技术是利用摄像头采集人脸图像与记忆存储对比以识别不同人身份的技术，其缺点是由于人的容貌会改变，表情会变，胖瘦会变，拍摄环境会变，所以在用户不配合、采集条件不理想的情况下，现有系统的识别率会陡然下降。在人脸识别时，与系统中存储的人脸有出入，例如剃了胡子、换了发型、多了眼镜、双胞胎等因素都会引起识别失败。
虹膜识别技术是基于眼睛黑色瞳孔和白色巩膜之间的圆环状部分，总体上呈现一种由里到外的放射状结构。其缺点是需要昂贵的摄像头聚焦，一个这样的摄像头的最低价为7000美元，并且对于黑眼睛极难读取。
上述这些识别技术均需要人的极力配合，走到专门的信息采集设备前，进行指纹、人脸或虹膜的信息采集。其实人们具备的唯一的身份特征不止于此，人的心脏有左心房、左心室、右心房、右心室四个腔体，每个腔体在搏动时均会发出独特频率的次声波，这些信息综合起来就相当于一组人体密码。
随着传感器精度的迅速提高和成本的下降，利用次声波传感器接收人体律动信息不再是难题。市场上亟需这种不需要人体专门配合的识别手段，在不影响人们正常活动的条件下，系统自动捕获人体生理特征，实现身份识别。
发明内容
因此，本发明为了实现身份特征自动获知识别的安防技术，提供一种基于心率识别技术的安防系统，不需要人体专门的配合，自动捕捉人体心率特征，完成身份识别，进而启动安全门开启等动作。
本发明提供一种基于心率识别技术的安防系统，硬件包括次声波接收器、电路板、继电开关、电机、电线、蓄电池；
所述次声波接收器包含移动极板、固定极板、前腔、后腔、声波进入孔、毛细管这些结构，移动极板和固定极板上分别接有电线与电路板连接。
所述电路板包含A/D转换电路、MCU、存储器。
所述继电开关为常开继电开关，线圈通电后常开开关闭合。
所述电机通过继电开关与电路板相连；所述蓄电池通过继电开关与电机相连，同时蓄电池与电路板直接连接，给电路板提供持续电能。
人体走近次声波接收器时，次声波接收器捕获心率数据，在MCU判定与存储器中的身份信息一致后，MCU关闭某管脚，继电开关线圈用电，常开开关闭合，电机通电后开动，安全门被开启，人体顺利通过安全门。
本发明还提供一种心率识别方法：一个完整周期的脉搏波形包含四个波峰和四个波谷，其中的两个波谷振幅相似，以这两个相似波谷的振幅中间值为水平起始零轴，记录四个波峰和两个较深波谷的数据。数据分别包含四个波峰的峰值，两个深波谷的峰值，第一个波峰与第一个深波谷的时间差，第一个深波谷与第二个波峰的时间差，第二个波峰与第二个深波谷的时间差，第二个深波谷与第三个波峰的时间差，第三个波峰和第四个波峰的时间差。这些数据组成一串数字，作为人体的心率身份数据。
心率身份数据包含两组，一组是人体在平静状态下的心率身份数据，另一组是人体在深呼吸状态下的心率身份数据。
本发明的原理为：心脏的四个腔体在律动时，向周围发射出低频次声波。次声波从次声波接收器中的声波进入孔进入，冲击移动极板，移动极板和固定极板组成一副平行电容板，移动极板在振动时，移动极板和固定极板之间的间距变化，引起这副平行电容板的电容量的变化。
A/D转换电路将电容信号转换为数字信号，MCU对这组数字与存储器中的身份数据进行对比，在匹配成功后MCU控制开启安全门等设施。
本发明具有的有益效果是：
（1）利用人体唯一心率特征进行身份识别，突破人体必须靠近传感器的局限；
（2）将心率波形合理划分后数据化，保证身份识别的准确度；
（3）利用继电器，实现微电流控制大电流的目的。
所以，这种基于心率识别技术的安防系统和方法，不影响人们的正常活动，系统自动捕获人体生理特征，实现身份识别，对于推进安防系统领域科技的发展和保障社会公共安全具有重要意义。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制。
图1是本发明中各部件的整体连接示意图。
图2是本发明中次声波接收器的剖视图。
图3是本发明中一个完整周期的心跳图的示意图。
图4是本发明中电路板内各元件的连接示意图。
图5是本发明的安全监控控制原理流程图。
图中标号：1-次声波接收器，11-移动极板，12-固定极板，13-前腔，14-后腔，15-声波进入孔，16-毛细管，2-电路板，3-继电开关，4-电机，5-电线，6-蓄电池。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明基于心率识别技术的安防系统和方法作进一步的详细描述。
如图1所示，一种基于心率识别技术的安防系统，其硬件主要包括：次声波接收器1、电路板2、继电开关3、电机4、电线5、蓄电池6。
所述次声波接收器1包含移动极板11、固定极板12、前腔13、后腔14、声波进入孔15、毛细管16这些结构，移动极板11和固定极板12上分别接有电线5与电路板2连接。
所述电路板2包含A/D转换电路、MCU、存储器。
所述继电开关3为常开继电开关，线圈通电后常开开关闭合。
所述电机4通过继电开关3与电路板2相连；所述蓄电池6通过继电开关3与电机4相连，同时蓄电池6与电路板2直接连接，给电路板2提供持续电能。
人体走近次声波接收器1时，次声波接收器1捕获心率数据，在MCU判定与存储器中的身份信息一致后，MCU关闭某管脚，继电开关线圈用电，常开开关闭合，电机4通电后开动，安全门被开启，人体顺利通过安全门。
进一步讲，在本实施例中，次声波接收器1外形为圆柱状，整体分为前腔13和后腔14，前端设有声波进入孔15，前腔13和后腔14中间设有移动极板11和固定极板12，其中移动极板11可移动，固定极板12不可移动。
进一步讲，次声波接收器1内的移动极板11和固定极板12组成一副平行电容板，移动极板11在振动时，移动极板11和固定极板12之间的间距变化，引起这副平行电容板的电容量的变化。
进一步讲，次声波接收器1内的毛细管16将前腔13和后腔14相连通，保证后腔14内的气压与外界大气压相平衡。
进一步将，电路板2内的存储器内储存有安防系统准许人员的心率数据和身份信息，心率数据和身份信息相匹配。
进一步讲，本系统的能源不限定为蓄电池6，外接市电等能源方式均可。
本实施例的心率识别方法为：
一个完整周期的脉搏波形包含四个波峰和四个波谷，其中的两个波谷振幅相似，以这两个相似波谷的振幅中间值为水平起始零轴，记录四个波峰和两个深波谷的数据。在本实施例中，如图3所示，心率数据分别包含四个波峰的峰值，两个深波谷的峰值：
第一个波峰标记为P，设峰值为H1；
第二个波峰标记为R，设峰值为H2；
第三个波峰标记为T，设峰值为H3；
第四个波峰标记为U，设峰值为H4；
第一个深波谷标记为Q，设峰值为H5；
第二个深波谷标记为S，设峰值为H6；
设第一个波峰P与第一个深波谷Q的时间差为T1，第一个深波谷Q与第二个波峰R的时间差为T2，第二个波峰R与第二个深波谷S的时间差为T3，第二个深波谷S与第三个波峰T的时间差为T4，第三个波峰T和第四个波峰U的时间差为T5。这些数据组成一串数字H1H2H3H4H5H6T1T2T3T4T5，作为人体的心率身份数据。
心率身份数据包含两组，一组是人体在平静状态下的心率身份数据，另一组是人体在连续深呼吸状态下的心率身份数据。管理员在录入某人的心率数据时，分别录入这人在平静状态下的心率数据和连续深呼吸状态下的心率，两组数据均与此人身份相匹配，当后面这人走近次声波接收器1时，不管当时状态如何，电机均会启动控制安全门开启。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于心率识别技术的安防系统，其特征在于，包括次声波接收器(1)、电路板(2)、继电开关(3)、电机(4)、电线(5)、蓄电池(6)；
所述次声波接收器(1)包含移动极板(11)、固定极板(12)、前腔(13)、后腔(14)、声波进入孔(15)、毛细管(16)这些结构，移动极板(11)和固定极板(12)上分别接有电线(5)与电路板(2)连接；
所述电路板(2)包含A/D转换电路、MCU、存储器；
所述继电开关(3)为常开继电开关，线圈通电后常开开关闭合；
所述电机(4)通过继电开关(3)与电路板(2)相连；所述蓄电池(6)通过继电开关(3)与电机(4)相连，同时蓄电池(6)与电路板(2)直接连接，给电路板(2)提供持续电能。
2.根据权利要求1所述的基于心率识别技术的安防系统，其特征在于，在所述次声波接收器(1)内的移动极板(11)和固定极板(12)组成一副平行电容板，移动极板(11)在振动时，移动极板(11)和固定极板(12)之间的间距变化，引起这副平行电容板的电容量的变化。
3.根据权利要求1所述的基于心率识别技术的安防系统，其特征在于，所述次声波接收器(1)内的毛细管(16)将前腔(13)和后腔(14)相连通，保证后腔(14)内的气压与外界大气压相平衡。
4.根据权利要求1所述的基于心率识别技术的安防系统，其特征在于，电路板(2)内的存储器内储存有安防系统准许人员的心率数据和身份信息，心率数据和身份信息相匹配。
5.一种心率识别方法，其特征在于，一个完整周期的脉搏波形包含四个波峰和四个波谷，其中的两个波谷振幅相似，以这两个相似波谷的振幅中间值为水平起始零轴，记录四个波峰和两个较深波谷的数据；数据分别包含四个波峰的峰值，两个深波谷的峰值，第一个波峰与第一个深波谷的时间差，第一个深波谷与第二个波峰的时间差，第二个波峰与第二个深波谷的时间差，第二个深波谷与第三个波峰的时间差，第三个波峰和第四个波峰的时间差；这些数据组成一串数字，作为人体的心率身份数据；
心率身份数据包含两组，一组是人体在平静状态下的心率身份数据，另一组是人体在深呼吸状态下的心率身份数据。
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