CN204500736U - 一种疲劳驾驶脑电监控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种疲劳驾驶脑电监控装置，包括对驾驶员的脑电波信号进行采集及预处理的脑电信号获取装置、布设在驾驶员所驾驶车辆内的脑电信号监测终端、与脑电信号监测终端相接的无线收发模块和布设在上位监控室内的上位机，上位机通过无线收发模块与脑电信号监测终端进行双向通信，且无线收发模块为GPRS模块；脑电信号监测终端包括外壳和电子线路板，电子线路板上设置有与脑电信号获取装置相接的主控芯片，外壳上设置有语音提示单元；脑电信号获取装置为Mindwave Mobile脑立方耳机。本实用新型结构简单、设计合理且使用操作简便、使用效果好，能对驾驶员的脑电波信号进行实时监测，并能对驾驶员进行语音提示。

Description

一种疲劳驾驶脑电监控装置

技术领域

本实用新型涉及一种监控装置，尤其是涉及一种疲劳驾驶脑电监控装置。

背景技术

近年来，随着汽车保有量的增加和公路建设规模的扩大，交通事故等问题日益突出。中国是世界上人口最多的国家，道路交通事故死亡人数也是全世界最高的国家，连续数年一直居世界第一位。司机冒险疲劳驾驶，无疑会对自己和乘客的安全带来隐患。驾驶疲劳的研究分为主观和客观两种方法，主观的研究方法有主观调查表、驾驶员自我记录、睡眠习惯调查表、斯坦福睡眠尺度表四种。客观的研究方法有脑电图、眼电图、肌电图、呼吸气流、呼吸效果、动脉血液氧饱和时的温度和心电图等测量方法。尽管上述方法的驾驶疲劳判定结果是比较准确的，但由于上述方法一般是在驾驶前或驾驶后进行测量的，因而是超前或滞后的，而非实时的，况且在驾驶室有限的空间内安置复杂的检测仪器也是十分困难的；而且，驾驶员脱离驾驶室或未进入驾驶室的精神状态是不同的，再精确的仪器的测量结果也会大受影响。

脑电波控制技术在生物医学，计算机等领域成为近年来的热点研究之一。传统的皮下脑波采集方法，既复杂，又不方便，因此很难推广到其它领域。目前，在国内脑机接口技术正处于发展起步阶段，相关的研究还比较少。TGAM(ThinkGear AM)模块是美国NeuroSky(神念科技)公司为大众市场应用所设计的脑波传感器ASIC模块，也称TGAM脑电模块。此TGAM(ThinkGear AM)模块可以处理并输出脑波频率谱、脑电信号质量、原始脑电波和三个Neurosky的eSense参数：专注度，放松度和眨眼侦测。TGAM(ThinkGear AM)模块和人体的界面只需一个简单的干接触点，所以可以很容易的运用于玩具、视频游戏和健康设备中，又由于能耗小，适合用在以电池供电的便携式消费产品的应用上。为使用操作简便，美国NeuroSky公司推出一款的Mindwave Mobile脑立方耳机，它可以输出脑电图原始数据、8个波段的脑波能量值和2个生物反馈值，2个生物反馈值分别为专注度和放松度。因此，需开发一种结构简单、设计合理且使用操作简便、使用效果好的疲劳驾驶脑电监控装置，能对驾驶员的脑电波信号进行实时监测，并能对驾驶员进行语音提示。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种疲劳驾驶脑电监控装置，其结构简单、设计合理且使用操作简便、使用效果好，能对驾驶员的脑电波信号进行实时监测，并能对驾驶员进行语音提示。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种疲劳驾驶脑电监控装置，其特征在于：包括对驾驶员的脑电波信号进行采集及预处理的脑电信号获取装置、布设在驾驶员所驾驶车辆内的脑电信号监测终端、与脑电信号监测终端相接的无线收发模块和布设在上位监控室内的上位机，所述无线收发模块为GPRS模块；所述脑电信号监测终端包括外壳和布设在所述外壳内的电子线路板，所述电子线路板上设置有供电单元和与脑电信号获取装置相接的主控芯片，所述外壳上设置有对驾驶员进行报警提示的语音提示单元，所述供电单元分别与主控芯片和语音提示单元相接，所述语音提示单元由主控芯片进行控制且其与主控芯片相接，上位机通过无线收发模块与主控芯片进行双向通信；所述脑电信号获取装置为Mindwave Mobile脑立方耳机，且主控芯片与所述Mindwave Mobile脑立方耳机之间以无线通信方式进行通信；所述主控芯片为芯片STM32F100C8。

上述一种疲劳驾驶脑电监控装置，其特征是：所述脑电信号监测终端还包括参数输入单元和显示器，所述参数输入单元和显示器均与主控芯片相接且二者均布设在所述外壳的外侧壁上。

上述一种疲劳驾驶脑电监控装置，其特征是：所述GPRS模块为GTM-900模块。

上述一种疲劳驾驶脑电监控装置，其特征是：所述GTM-900模块包括GTM900-B芯片和与GTM900-B芯片相接的SIM卡，所述GTM900-B芯片与主控芯片相接。

上述一种疲劳驾驶脑电监控装置，其特征是：所述脑电信号监测终端还包括与主控芯片相接的第一无线通信模块和与所述Mindwave Mobile脑立方耳机相接的第二无线通信模块，所述第一无线通信模块和第二无线通信模块均为蓝牙无线通信模块；所述主控芯片通过第一无线通信模块和第二无线通信模块与所述Mindwave Mobile脑立方耳机进行通信。

上述一种疲劳驾驶脑电监控装置，其特征是：所述第一无线通信模块与所述芯片STM32F100C8之间通过串行接口进行通信，且所述第一无线通信模块的两个输出端分别与所述芯片STM32F100C8的PA9/UART_TX管脚和PA10/UART_RX管脚相接。

上述一种疲劳驾驶脑电监控装置，其特征是：所述芯片STM32F100C8的P11管脚与语音提示单元相接。

上述一种疲劳驾驶脑电监控装置，其特征是：所述供电单元包括稳压芯片U2和电压转换芯片U3，所述稳压芯片U2为开关型集成稳压芯片LM2596，所述电压转换芯片U3为芯片AS1117；所述开关型集成稳压芯片LM2596的VOUT管脚经电感L1后接芯片AS1117的VIN管脚，芯片AS1117的VOUT管脚为+3.3V电压输出端，电感L1与芯片AS1117的VIN管脚之间的接线点为+5V电压输出端。

上述一种疲劳驾驶脑电监控装置，其特征是：所述脑电信号监测终端还包括布设在所述外壳底部的支座。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、结构简单、设计合理且使用操作简便，投入成本较低。

2、所采用的脑电信号监测终端电路简单、设计合理、接线方便且使用操作简便，投入成本较低。

3、所采用的脑电信号监测终端结构简单、体积小，便于携带且接线简便，安装布设简便。

3、使用效果好且实用价值高，能简便对驾驶员的疲劳驾驶状态进行实时监测，行车过程中，通过脑电信号获取装置实时对驾驶员的脑电波信号进行采集并自动输出当前状态下所测试驾驶员的专注度D，且将专注度D传送至主控芯片，实现对驾驶员驾驶状态的实时监测，且当主控芯片接收到Mindwave Mobile脑立方耳机所传送的专注度D小于预先设定的阈值时，控制语音提示单元进行语音报警，让驾驶员实时处于清晰状态，减少车祸的发生，因而具有实时性，监测效果好。与此同时，主控芯片接收到Mindwave Mobile脑立方耳机所传送的专注度D后，通过GTM-900模块将所接收到的专注度D同步上传至上位机，实现在上位监控室对驾驶员的驾驶状态进行实时监测，同时能通过上位机对主控芯片的比较阈值进行设定。

综上所述，本实用新型结构简单、设计合理且使用操作简便、使用效果好，能对驾驶员的脑电波信号进行实时监测，并能对驾驶员进行语音提示，能有效解决现有疲劳驾驶装置存在的结构复杂、不易操作、存在超前或滞后性、使用效果较差等问题。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理框图。

图2为本实用新型所采用主控芯片与JTAG接口的电路原理图。

图3为本实用新型所采用供电单元与电源指示电路的电路原理图。

图4为本实用新型所采用GTM900-B芯片的电路原理图。

图5为本实用新型所采用SIM卡的电路原理图。

附图标记说明:

1—脑电信号获取装置；    2—供电单元；          3—主控芯片；

4—语音提示单元；        5—第一无线通信模块；  7—显示器；

8—电源指示电路；        9—参数输入单元；

10—脑电信号监测终端；   11—无线收发模块；     12—上位机。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括对驾驶员的脑电波信号进行采集及预处理的脑电信号获取装置1、布设在驾驶员所驾驶车辆内的脑电信号监测终端10、与脑电信号监测终端10相接的无线收发模块11和布设在上位监控室内的上位机12，所述无线收发模块11为GPRS模块。所述脑电信号监测终端10包括外壳和布设在所述外壳内的电子线路板，所述电子线路板上设置有供电单元2和与脑电信号获取装置1相接的主控芯片3，所述外壳上设置有对驾驶员进行报警提示的语音提示单元4，所述供电单元2分别与主控芯片3和语音提示单元4相接，所述语音提示单元4由主控芯片3进行控制且其与主控芯片3相接，上位机12通过无线收发模块11与主控芯片3进行双向通信。所述脑电信号获取装置1为Mindwave Mobile脑立方耳机，且主控芯片3与所述Mindwave Mobile脑立方耳机之间以无线通信方式进行通信。如图2所示，所述主控芯片3为芯片STM32F100C8。

本实施例中，所述脑电信号监测终端10还包括参数输入单元9和显示器7，所述参数输入单元9和显示器7均与主控芯片3相接且二者均布设在所述外壳的外侧壁上。

并且，所述参数输入单元9为输入按键，所述显示器7为数码管显示器。

实际使用时，所述主控芯片3也可以采用其它类型的控制器芯片，能输出两个数字信号0和1的芯片均可作为主控芯片3。其中，当主控芯片3输出数字信号1时，控制语音提示单元4进行语音报警；当主控芯片3输出数字信号0时，控制语音提示单元4停止报警。

本实施例中，所述脑电信号监测终端10还包括布设在所述外壳底部的支座。

本实施例中，所述脑电信号监测终端10还包括与供电单元2相接的电源指示电路8，所述电源指示电路8布设在所述外壳的外侧壁上。

如图3所示，所述供电单元2包括稳压芯片U2和电压转换芯片U3，所述稳压芯片U2为开关型集成稳压芯片LM2596，所述电压转换芯片U3为芯片AS1117；所述开关型集成稳压芯片LM2596的VOUT管脚经电感L1后接芯片AS1117的VIN管脚，芯片AS1117的VOUT管脚为+3.3V电源端，电感L1与芯片AS1117的VIN管脚之间的接线点为+5V电源端。

实际接线时，开关型集成稳压芯片LM2596的VIN管脚(即第1管脚)接24V电源且其VIN管脚分别经电容C1和C2后接地，开关型集成稳压芯片LM2596的第3、第5和第6管脚均接地且其VOUT管脚(即第2管脚)与稳压管D1的阴极相接，稳压管D1的阳极接地；开关型集成稳压芯片LM2596的FB管脚(即第4管脚)与芯片AS1117的VIN管脚连接且其FB管脚分别经电容C3和C4后接地，芯片AS1117的VIN管脚分别经电容C5和C6后接地且其VOUT管脚分别经电容C7和C8后接地。

本实施例中，所述电源指示电路8包括发光二极管D2和发光二极管D3，所述供电单元2中的+5V电源端经发光二极管D2和电阻R1后接地，且所述供电单元2中的+3.3V电源端经发光二极管D3和电阻R2后接地。

同时，本实用新型还包括与主控芯片3相接的第一无线通信模块5和与所述Mindwave Mobile脑立方耳机相接的第二无线通信模块，所述第一无线通信模块5和第二无线通信模块均为蓝牙无线通信模块；所述主控芯片3通过第一无线通信模块5和第二无线通信模块与所述MindwaveMobile脑立方耳机进行通信。所述第二无线通信模块为Mindwave Mobile脑立方耳机自带的蓝牙无线通信模块。

本实施例中，所述第一无线通信模块5与所述芯片STM32F100C8之间通过串行接口进行通信，且所述第一无线通信模块5的两个输出端分别与所述芯片STM32F100C8的PA9/UART_TX管脚和PA10/UART_RX管脚相接。

本实施例中，所述芯片STM32F100C8的P11管脚与语音提示单元4相接。

实际接线时，所述芯片STM32F100C8的OSC_IN管脚和OSC_OUT管脚分别与晶振Y1的两个接线端连接，且芯片STM32F100C8的OSC_IN管脚和OSC_OUT管脚分别经电容C12和C14后接地。所述芯片STM32F100C8的VSSA、VSS_1、VSS_2和VSS_3管脚均接地，所述芯片STM32F100C8的VDDA、VDD_1、VDD_2和VDD_3管脚均接+3.3V电源端。

另外，本实用新型还包括JTAG接口，所述JTAG接口的第1管脚和第2管脚均接+3.3V电源端且其第8管脚和第10管脚均接地，所述JTAG接口的第3、第4、第5、第6、第7和第9管脚分别接所述芯片STM32F100C8的第40、第7、第38、第39、第34和第37管脚。

所述Mindwave Mobile脑立方耳机为美国NeuroSky(中文名：神念科技)公司研发的脑立方耳机。所述脑立方耳机从被测试者的额头处采集脑电信号(也称脑波数据)，所述脑立方耳机包括脑电电极和与脑电电极相接的脑电采集芯片(如TGAM脑电模块)。所述脑立方耳机能对所采集脑电信号进行去伪波、放大、FFT(快速傅里叶变换)等处理，并能对50Hz工频干扰信号进行滤除。同时，所述脑立方耳机还能根据当前所采集的脑电信号相应给出专心度和放松度的数值。因而，该脑立方耳机的功能完善，且使用操作简便。

本实施例中，所述GPRS模块为GTM-900模块

如图4、图5所示，所述GTM-900模块包括GTM900-B芯片和与GTM900-B芯片相接的SIM卡，所述GTM900-B芯片与主控芯片3相接。

实际接线时，GTM900-B芯片的第22管脚和第23管脚分别与所述芯片STM32F100C8的第13管脚和第12管脚连接，GTM900-B芯片的第12管脚接地且其第13管脚接VCC电源端，GTM900-B芯片的第14、第15和第16管脚分别接SIM卡的第1、第4和第2管脚，GTM900-B芯片的第17管脚分两路，一路经电阻R11后接SIM卡的第3管脚，另一路经电阻R12后接地。所述SIM卡的第3管脚接VCC电源端，且所述SIM卡的第3管脚经电容C11后接地，所述SIM卡的第1管脚经电容C12后接地且其第6管脚经电阻R13后接地。所述GTM900-B芯片的第26管脚分两路，一路经电阻R3后接地+3.3V电源端，另一路经电容EC1后接地；所述GTM900-B芯片的第28管脚经电阻R5后接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极经电阻R7后接发光二极管LED1的阴极，发光二极管LED1的阳极接+4.3V电源端；所述GTM900-B芯片的第9管脚经电阻R6后接三极管Q2的基极，三极管Q1的集电极经电阻R8后接发光二极管LED2的阴极，发光二极管LED2的阳极接+4.3V电源端；三极管Q1和Q2的集电极均接地。

实际使用过程中，通过Mindwave Mobile脑立方耳机对驾驶员的脑电波信号进行采集并自动输出当前状态下所测试驾驶员的专注度D，并将专注度D传送至主控芯片3；所述主控芯片3接收到Mindwave Mobile脑立方耳机所传送的专注度D后，通过显示器7进行直观显示并对当前状态下的关注度进行阈值比较，并输出数字信号0或1，对语音提示单元4进行控制：当主控芯片3接收到Mindwave Mobile脑立方耳机所传送的专注度D小于通过参数输入单元9或上位机12预先设定的阈值时，主控芯片3输出数字信号1，控制语音提示单元4进行语音报警，让驾驶员实时处于清晰状态，减少车祸的发生；当主控芯片3接收到Mindwave Mobile脑立方耳机所传送的专注度D不小于预先设定的阈值时，主控芯片3输出数字信号0，语音提示单元4停止报警。实际使用时，所述主控芯片3为一个比较控制器，因而任何具有数值比较功能的比较器或控制芯片均可对主控芯片3进行替代。

另外，所述主控芯片3接收到Mindwave Mobile脑立方耳机所传送的专注度D后，通过所述GTM-900模块将所接收到的专注度D同步上传至上位机12，实现在上位监控室对驾驶员的驾驶状态进行实时监测，同时能通过上位机12对主控芯片3的比较阈值进行设定。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种疲劳驾驶脑电监控装置，其特征在于：包括对驾驶员的脑电波信号进行采集及预处理的脑电信号获取装置(1)、布设在驾驶员所驾驶车辆内的脑电信号监测终端(10)、与脑电信号监测终端(10)相接的无线收发模块(11)和布设在上位监控室内的上位机(12)，所述无线收发模块(11)为GPRS模块；所述脑电信号监测终端(10)包括外壳和布设在所述外壳内的电子线路板，所述电子线路板上设置有供电单元(2)和与脑电信号获取装置(1)相接的主控芯片(3)，所述外壳上设置有对驾驶员进行报警提示的语音提示单元(4)，所述供电单元(2)分别与主控芯片(3)和语音提示单元(4)相接，所述语音提示单元(4)由主控芯片(3)进行控制且其与主控芯片(3)相接，上位机(12)通过无线收发模块(11)与主控芯片(3)进行双向通信；所述脑电信号获取装置(1)为Mindwave Mobile脑立方耳机，且主控芯片(3)与所述Mindwave Mobile脑立方耳机之间以无线通信方式进行通信；所述主控芯片(3)为芯片STM32F100C8。

2.按照权利要求1所述的一种疲劳驾驶脑电监控装置，其特征在于：所述脑电信号监测终端(10)还包括参数输入单元(9)和显示器(7)，所述参数输入单元(9)和显示器(7)均与主控芯片(3)相接且二者均布设在所述外壳的外侧壁上。

3.按照权利要求1或2所述的一种疲劳驾驶脑电监控装置，其特征在于：所述GPRS模块为GTM-900模块。

4.按照权利要求3所述的一种疲劳驾驶脑电监控装置，其特征在于：所述GTM-900模块包括GTM900-B芯片和与GTM900-B芯片相接的SIM卡，所述GTM900-B芯片与主控芯片(3)相接。

5.按照权利要求1或2所述的一种疲劳驾驶脑电监控装置，其特征在于：所述脑电信号监测终端(10)还包括与主控芯片(3)相接的第一无线通信模块(5)和与所述Mindwave Mobile脑立方耳机相接的第二无线通信模块，所述第一无线通信模块(5)和第二无线通信模块均为蓝牙无线通信模块；所述主控芯片(3)通过第一无线通信模块(5)和第二无线通信模块与所述Mindwave Mobile脑立方耳机进行通信。

6.按照权利要求5所述的一种疲劳驾驶脑电监控装置，其特征在于：所述第一无线通信模块(5)与所述芯片STM32F100C8之间通过串行接口进行通信，且所述第一无线通信模块(5)的两个输出端分别与所述芯片STM32F100C8的PA9/UART_TX管脚和PA10/UART_RX管脚相接。

7.按照权利要求1或2所述的一种疲劳驾驶脑电监控装置，其特征在于：所述芯片STM32F100C8的P11管脚与语音提示单元(4)相接。

8.按照权利要求1或2所述的一种疲劳驾驶脑电监控装置，其特征在于：所述供电单元(2)包括稳压芯片U2和电压转换芯片U3，所述稳压芯片U2为开关型集成稳压芯片LM2596，所述电压转换芯片U3为芯片AS1117；所述开关型集成稳压芯片LM2596的VOUT管脚经电感L1后接芯片AS1117的VIN管脚，芯片AS1117的VOUT管脚为+3.3V电压输出端，电感L1与芯片AS1117的VIN管脚之间的接线点为+5V电压输出端。

9.按照权利要求1或2所述的一种疲劳驾驶脑电监控装置，其特征在于：所述脑电信号监测终端(10)还包括布设在所述外壳底部的支座。