KR102267948B1 - Driver's Health Status Diagnostic System using Noncontact Bio-signal - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 운전자 건강 상태 진단 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 UWB(ULTRA WIDE BAND) 무선 주파수 전파를 활용하여 생체 신호인 심박수 및 호흡수를 비접촉 방법으로 인식하고 이를 통해 실시간으로 운전자의 심박수 및 호흡수를 계산하여 기 저장된 기준 심박수 및 호흡수와 비교 판단하여 운전자의 건강 상태를 판별하여 운전자에게 경고함으로써, 운전자의 건강 상태 이상으로 인한 차량사고를 미연에 방지할 수 있는 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 운전자 건강 상태 진단 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a driver's health condition diagnosis system using non-contact bio-signal detection, and more particularly, by utilizing UWB (ULTRA WIDE BAND) radio frequency radio waves to recognize heart rate and respiration rate, which are bio-signals, in a non-contact method, and through this, real-time It calculates the driver's heart rate and respiration rate and compares it with the pre-stored reference heart rate and respiration rate to determine the driver's health condition and warns the driver, thereby preventing vehicle accidents due to the driver's health condition in advance. The present invention relates to a system for diagnosing a driver's health condition using biosignal detection.

Description

비접촉 생체 신호 검출을 이용한 운전자 건강 상태 진단 시스템{Driver's Health Status Diagnostic System using Noncontact Bio-signal}Driver's Health Status Diagnostic System using Noncontact Bio-signal

본 발명은 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 운전자 건강 상태 진단 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 UWB(ULTRA WIDE BAND) 무선 주파수 전파를 활용하여 외부 환경 노이즈가 제거된 생체 신호를 통해 심박수 및 호흡수를 비접촉 방법으로 인식하며, 이를 통해 실시간으로 운전자의 심박수 및 호흡수를 계산하여 기 저장된 기준 심박수 및 호흡수와 비교 판단함에 따라 운전자의 건강 상태를 판별하고 이를 외부로 알리도록 함으로써, 운전자의 건강 상태 이상으로 인한 차량사고를 미연에 방지할 수 있는 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 운전자 건강 상태 진단 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a driver's health condition diagnosis system using non-contact bio-signal detection, and more particularly, non-contact heart rate and respiration rate through bio-signals from which external environmental noise has been removed using UWB (ULTRA WIDE BAND) radio frequency radio waves. method, it calculates the driver's heart rate and respiration rate in real time, compares it with the pre-stored reference heart rate and respiration rate, determines the driver's health condition and informs the outside of the driver's health condition. It relates to a driver's health condition diagnosis system using non-contact bio-signal detection that can prevent vehicle accidents in advance.

현대인들은 차량 수 증가 및 활용성 증가에 따라 차량에서 보내는 시간이 길어지고 있다. 또한 차량에서의 장기간 운행으로 인한 운전자의 건강관리 문제와 사고발생을 초래한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 일부 자동차에서는 운전자의 운전습관, 감정상태 정보, 건강상태 정보, 음주측정, 등을 수집하여 데이터 분석을 통해 건강관리 및 운전자 맞춤형 서비스를 제공하고 있다.Modern people are spending more time in vehicles as the number of vehicles increases and utilization increases. In addition, long-term driving in a vehicle causes health care problems and accidents. In order to solve these problems, some automobiles collect driver's driving habits, emotional state information, health state information, breathalyzer, etc., and provide health management and customized services through data analysis.

특히, 장시간의 운전으로 인해 발생하는 운전피로는 운전자의 건강을 위협하고 교통사고를 발생시키는 주요 원인으로 작용하기에 운전자, 탑승자 및 보행자 모두에게 위험하다. 운전자의 심박변동신호(heart rate variability, HRV)를 분석한 연구에 따르면, 운전한지 1시간이 경과된 이후부터 피로도가 가시적으로 나타나기에, 이 시간을 기준으로 운전자에게 일정한 휴식이 필요하다고 권고하고 있다. 따라서 차량의 운전 중 운전자의 건강 상태를 실시간으로 진단하여, 건강 상태에 따라 후속 조치를 취하여 운전자의 안전을 도모하고, 운전자의 건강 상태로 인한 차량 사고를 예방하도록 해야 한다.In particular, driving fatigue caused by driving for a long time threatens the health of the driver and acts as a major cause of traffic accidents, so it is dangerous for all drivers, passengers and pedestrians. According to a study analyzing the driver's heart rate variability (HRV), fatigue is visible after one hour of driving, so it is recommended that drivers need a certain rest based on this time. . Therefore, it is necessary to diagnose the driver's health state in real time while driving the vehicle, take follow-up measures according to the health state, promote driver safety, and prevent vehicle accidents due to the driver's health state.

이를 위하여 대한민국 등록특허공보 제10-0774118호를 참조하면, 차량에서 GSR 센서, 체온센서, 심박센서 및 압력 센서를 이용하여 운전자의 생체 신호를 검출하고, 검출된 운전자의 생체신호를 정형화시키며, 이를 기초로 졸음운전의 예방, 경고, 자동차 사고 분석 및 자동차의 실내환경 제어 등을 연구할 수 있도록 하고 있다.For this purpose, referring to Korean Patent Publication No. 10-0774118, the vehicle uses a GSR sensor, a body temperature sensor, a heart rate sensor, and a pressure sensor to detect the driver's bio-signals, standardize the detected driver's bio-signals, and As a basis, it is possible to study prevention of drowsy driving, warning, analysis of automobile accidents, and control of the indoor environment of automobiles.

그러나 이러한 종래 기술은 스티어링 휠을 감싸는 핸들 커버에 GSR 센서, 체온 센서, 심장 박동 센서 및 압력센서를 구비하는바, 운전자가 핸들커버를 파지해야지만 운전자의 생체신호를 검출할 수 있어, 운전자가 핸들커버를 파지하기 전에는 운전자의 상태를 파악할 수 없는 문제점이 있다. 또한, 운전자가 장갑을 낀 경우에도 운전자의 생체신호를 검출할 수 없는 문제점이 있다.However, in this prior art, a GSR sensor, a body temperature sensor, a heart rate sensor, and a pressure sensor are provided in a handle cover surrounding the steering wheel, and the driver's bio-signals can be detected only when the driver grips the handle cover, so that the driver can control the steering wheel. There is a problem in that the driver's condition cannot be grasped before the cover is gripped. In addition, even when the driver wears gloves, there is a problem in that the driver's bio-signals cannot be detected.

대한민국 등록특허공보 제10-0774118호Republic of Korea Patent Publication No. 10-0774118

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 UWB(ULTRA WIDE BAND) 무선 주파수 전파를 활용하여 운전자의 신체 상태를 비 접촉 방식으로 검출하고, 검출한 운전자의 생체신호가 운잔에 적합한 상태인지 여부를 판단하여, 운전에 적합한 상태가 아닌 경우, 이를 운전자에게 알리도록 하여 운전자의 건강 상태에 따른 차량사고를 미연에 방지할 수 있는 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 운전자 건강 상태 진단 시스템을 제공하는 것이다.The present invention has been devised in view of the above problems, and an object of the present invention is to detect the driver's physical condition in a non-contact manner using UWB (ULTRA WIDE BAND) radio frequency radio waves, and the detected driver's bio-signals are Driver health condition diagnosis system using non-contact bio-signal detection that can prevent vehicle accidents due to the driver's health condition in advance by determining whether the condition is suitable for driving and notifying the driver if the condition is not suitable for driving is to provide

아울러 본 발명은 운전자가 없는 환경에서 발생되는 다수 회의 배경 노이즈를 계속적으로 저장하였다가 운전자의 생체 신호 검출 시 저장된 배경 노이즈의 평균 노이즈 신호 또는 패턴별 평균 노이즈 신호를 검출된 생체 신호에서 차분함으로써 보다 정확한 현재 운전자의 생체 신호 데이터 판단이 가능한 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 운전자 건강 상태 진단 시스템을 제공하는 것이다.In addition, the present invention continuously stores a plurality of background noises generated in an environment without a driver and differentiates the average noise signal of the stored background noise or the average noise signal for each pattern from the detected bio-signals when the driver's bio-signal is detected. An object of the present invention is to provide a driver health condition diagnosis system using non-contact bio-signal detection capable of determining the driver's bio-signal data.

본 발명의 다른 목적은 실시간으로 계산되는 운전자의 심박수 및 호흡수 등의 생체 신호 데이터로부터 수면 상태뿐만 아니라, 실시간으로 측정되는 심박수에 따라 심장 기능 장애를 판단할 수 있을 뿐만 아니라 무호흡 상태도 함께 비교하여 판단하고 이를 통신부를 통해 외부의 의료기관 등에 무선통신으로 제공하여 관리할 수 있도록 하여 운전자 무호흡 상태 및 심장 박동 이상 증상에 따른 사고를 미연에 대처할 수 있고 명확한 사고 원인 규명에도 적합한 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 운전자 건강 상태 진단 시스템을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to determine not only the sleep state from biosignal data such as the driver's heart rate and respiration rate calculated in real time, but also to determine the cardiac function disorder according to the heart rate measured in real time, as well as compare the apnea state together. A driver using non-contact bio-signal detection that is suitable for determining the cause of an accident is also suitable for determining the cause of an accident and providing it to an external medical institution through the communication unit to manage it by wireless communication, so that accidents caused by driver apnea and heartbeat abnormality symptoms can be dealt with in advance. It is to provide a health condition diagnosis system.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 운전자 건강 상태 진단 시스템은, 운전자의 가슴 방향으로 무선 주파수(radio frequency) 전파를 송신하고, 운전자 가슴으로부터 운전자의 심장 및 폐의 운동 변위에 따른 반사 신호를 검출하기 위한 생체신호검출부; 상기 생체신호검출부로부터 검출된 운전자의 심장 및 폐의 운동 변위에 따른 반사 신호를 토대로 실시간으로 운전자의 심박수 및 호흡수를 계산하는 생체신호계산부; 상기 생체신호계산부으로 계산된 실시간으로 운전자의 심박수 및 호흡수와 기 저장된 기준 심박수 및 호흡수를 비교하는 생체신호비교부; 및 상기 생체신호비교부로부터 실시간으로 운전자의 심박수 및 호흡수가 기준 심박수 및 호흡수로부터 벗어나 신체 이상 상태인 것으로 판단되는 경우, 운전자에게 경고하도록 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 생체신호계산부는, 차량 내 운전자가 없는 경우 상기 생체신호검출부가 검출하는 반사 신호를 배경 노이즈 신호로 저장하는 배경 노이즈 저장부 및; 상기 생체신호검출부로부터 획득된 운전자의 심장 및 폐의 운동 변위에 따른 반사 신호를 전달받으며 상기 배경 노이즈 저장부로부터 배경 노이즈 신호를 전달받아 상기 반사 신호에서 상기 배경 노이즈 신호를 차분한 배경 노이즈 제거신호를 생성하는 배경 노이즈 추출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.A driver's health condition diagnosis system using non-contact bio-signal detection according to the present invention for achieving the above objects, transmits radio frequency waves in the direction of the driver's chest, and movement displacement of the driver's heart and lungs from the driver's chest a biosignal detection unit for detecting a reflected signal according to a biosignal calculator configured to calculate the driver's heart rate and respiration rate in real time based on the reflected signal according to the movement displacement of the driver's heart and lungs detected by the biosignal detector; a bio-signal comparison unit that compares the driver's heart rate and respiration rate in real time calculated by the bio-signal calculation unit with a pre-stored reference heart rate and respiration rate; and a control unit that controls to warn the driver when the driver's heart rate and respiration rate deviates from the reference heart rate and respiration rate in real time from the biosignal comparison unit and it is determined that the body is in an abnormal state. a background noise storage unit for storing the reflected signal detected by the biosignal detection unit as a background noise signal when there is no driver; Receives a reflected signal according to the movement displacement of the driver's heart and lungs obtained from the biosignal detection unit, receives a background noise signal from the background noise storage unit, and generates a background noise removal signal by subtracting the background noise signal from the reflected signal It is characterized in that it includes a background noise extraction unit.

또한, 상기 배경 노이즈 저장부는 상기 배경 노이즈 추출부로 배경 노이즈 신호를 전달할 시에 차량 내 운전자가 없는 경우 발생되는 배경 노이즈 신호를 설정 시간에 따라 수십 내지 수 천회 저장한 후 이들의 평균 노이즈 신호를 생성한 후 이를 전송하거나, 저장된 배경 노이즈 신호들 중 패턴이 유사한 것으로 판단되는 신호들을 그룹별로 수 개 내지 수십 개로 그룹핑을 수행한 후 그룹별 평균 노이즈 신호를 전달하는 것을 특징으로 한다.In addition, the background noise storage unit stores the background noise signal that is generated when there is no driver in the vehicle when delivering the background noise signal to the background noise extractor tens to thousands of times according to a set time, and then generates the average noise signal. It is characterized in that the signal is then transmitted, or the average noise signal for each group is transmitted after grouping several to tens of signals determined to have similar patterns among the stored background noise signals.

또한, 운전자의 정상 상태에서의 심박수 및 호흡수를 나타내는 상기 기준 심박수 및 기준 호흡수에 대한 생체 신호 데이터를 저장하는 데이터 베이스부; 및 상기 제어부의 제어에 따라 신체 이상 상태인 것으로 판단되는 경우, 운전자에게 경고음을 출력하는 경고부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, a database unit for storing biosignal data for the reference heart rate and reference respiration rate indicating the heart rate and respiration rate in a normal state of the driver; and a warning unit that outputs a warning sound to the driver when it is determined that the body is in an abnormal state under the control of the controller.

또한, 상기 생체신호검출부는, UWB(ULTRA WIDE BAND)를 이용한 무선 주파수 대역폭을 갖는 임펄스 레이더를 상기 운전자에게 송신하는 임펄스 레이더 송신부; 및 상기 임펄스 레이더 송신부로부터 반사된 반사 임펄스 레이더를 수신하는 임펄스 레이더 수신부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the biosignal detection unit may include: an impulse radar transmitter configured to transmit an impulse radar having a radio frequency bandwidth using UWB (ULTRA WIDE BAND) to the driver; and an impulse radar receiver configured to receive the reflected impulse radar reflected from the impulse radar transmitter.

또한, 상기 생체신호검출부는, 상기 UWB(ULTRA WIDE BAND)를 이용하여 무선 주파수 대역폭을 갖는 임펄스를 발생시키기 위한 임펄스 발생기; 상기 임펄스 발생기로부터 발생된 신호를 출력 신호로 증폭하여 상기 임펄스 레이더 송신부로 전송하는 임펄스 출력 신호 증폭기; 상기 임펄스 레이더 수신부로 수신된 반사 임펄스 레이더에 포함된 신호로부터 잡음을 제거하기 위한 필터; 및 상기 필터에서 잡음이 제거된 반사 임펄스 레이더 신호를 증폭하기 위한 반사 임펄스 레이더 증폭기를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the biosignal detection unit may include: an impulse generator for generating an impulse having a radio frequency bandwidth using the ULTRA wide band (UWB); an impulse output signal amplifier amplifying the signal generated from the impulse generator into an output signal and transmitting the amplified signal to the impulse radar transmitter; a filter for removing noise from a signal included in the reflected impulse radar received by the impulse radar receiver; and a reflected impulse radar amplifier for amplifying the reflected impulse radar signal from which noise has been removed from the filter.

또한, 차량 내 운전자가 있는지 여부를 감지하여 운전자 감지 신호를 생성하는 운전자감지부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 운전자감지부로부터 운전자 감지 신호를 전달받는 경우, 상기 배경 노이즈 저장부는 활성화 시키되, 상기 배경 노이즈 추출부는 비 활성화 시키고, 상기 운전자감지부로부터 운전자 감지 신호를 전달받지 않는 경우, 상기 배경 노이즈 저장부는 비활성화 시키되, 상기 배경 노이즈 추출부는 활성화 시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the vehicle further includes a driver detection unit that generates a driver detection signal by detecting whether there is a driver in the vehicle, wherein the control unit activates the background noise storage unit when receiving the driver detection signal from the driver detection unit, the background noise storage unit is activated. The noise extraction unit is deactivated, and when the driver detection signal is not received from the driver detection unit, the background noise storage unit is deactivated, but the background noise extraction unit is activated.

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상술한 본 발명에 따른 본 발명에 따른 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 운전자 건강 상태 진단 시스템에 의하면, UWB(ULTRA WIDE BAND) 기술을 이용하여 무선 주파수 전파가 운전자의 가슴으로 송출되고, 송출된 전파에 따라 폐의 움직임 및 심장의 움직임을 통하여 반사된 신호를 분석하여 인체의 심박수 및 호흡수를 측정하여 운전자의 건강 이상을 조기에 판단하여 운전자의 건강 상태 이상으로 인한 차량사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.According to the driver's health condition diagnosis system using non-contact biosignal detection according to the present invention according to the present invention, a radio frequency radio wave is transmitted to the driver's chest using UWB (ULTRA WIDE BAND) technology, and according to the transmitted radio wave The effect of analyzing the signals reflected through the movement of the lungs and the heart to measure the heart rate and respiration rate of the human body to determine the driver's health condition early, thereby preventing vehicle accidents due to the driver's health condition in advance there is

아울러 운전자의 생체 신호에서 함께 취합되는 다양한 외부 환경 노이즈를 배경 노이즈 저장부 및 배경 노이즈 추출부를 통해 제거함으로써 생체신호비교부에서 운전자의 건강 이상 여부를 판단할 때 보다 정확한 판단 데이터의 생성이 가능하여 전체 시스템의 신뢰도가 향상되는 효과가 있다. In addition, by removing various external environmental noises collected together from the driver's bio-signals through the background noise storage unit and the background noise extraction unit, it is possible to generate more accurate judgment data when the bio-signal comparison unit determines whether the driver's health is abnormal. There is an effect that the reliability of the system is improved.

또한, 운전자감지부를 이용하여 현재 운전석에 운전자가 있는지 여부를 판단한 후, 운전석에 운전자가 없는 경우, 배경 노이즈 저장부에 배경 노이즈 신호를 저장하고, 운전석에 운전자가 있는 경우, 배경 노이즈 추출부가 배경 노이즈 저장부에 기 저장된 배경 노이즈 신호를 이용하여 배경 노이즈 제거 신호를 생성하도록 구성되므로, 배경 노이즈 신호를 정확하게 저장 및 이용할 수 있는 효과가 있다.In addition, after determining whether or not there is a driver in the driver's seat using the driver detection unit, if there is no driver in the driver's seat, the background noise signal is stored in the background noise storage unit, and if there is a driver in the driver's seat, the background noise extracting unit is the background noise Since it is configured to generate a background noise removal signal using the background noise signal previously stored in the storage unit, it is possible to accurately store and use the background noise signal.

또한, 실시간으로 계산되는 운전자의 심박수 및 호흡수 등의 생체 신호 데이터로부터 수면 상태뿐만 아니라. 실시간으로 측정되는 심박수에 따라 심장 기능 장애를 판단할 수 있을 뿐만 아니라 무호흡 상태도 함께 비교하여 판단하고 이를 통신부를 통해 외부의 의료기관 등에 무선통신으로 제공하여 관리할 수 있도록 하여 운전자 무호흡 상태 및 심장 박동 이상 증상에 따른 사고를 미연에 대처할 수 있고 사고 규명에도 도움이 되는 효과도 있다.In addition, it is not only the sleep state from bio-signal data such as the driver's heart rate and respiration rate that is calculated in real time. In addition to judging cardiac dysfunction according to the heart rate measured in real time, it also compares and judges the apnea state, and provides it through wireless communication to an external medical institution through the communication unit to manage the driver's apnea state and heart rate abnormality. Accidents according to symptoms can be dealt with in advance, and it has the effect of helping to identify accidents.

또한, 운전자의 현재 상태가 주의를 요하는 상태인 경우, 주의 신호를 생성하여 운전자의 건강이 심각하진 않으나, 졸음운전 가능성 등 주의를 요해야 함을 외부로 알리도록 하고, 운전자의 현재 상태가 주의를 넘어선 심각한 상태인 경우, 경고 신호를 생성하고, 운전자가 현재 심각한 상태임을 즉각 외부로 알리도록 하여, 운전자의 건강 이상으로 인한 교통사고를 사전에 방지하고, 교통사고가 발생한 경우, 구급차가 신속하게 현장에 도착할 수 있도록 안내하는 효과가 있다.In addition, when the driver's current state requires attention, a caution signal is generated to inform the outside that the driver's health is not serious but needs attention, such as the possibility of drowsy driving, and the driver's current state requires attention. In the case of a serious condition exceeding the above, a warning signal is generated and the driver immediately informs the outside that the current condition is serious to prevent a traffic accident due to the driver's health abnormality in advance. It has the effect of guiding you to arrive at the site.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 운전자 건강 상태 진단 시스템의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 운전자 건강 상태 진단 시스템에 구비되는 생체신호검출부의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 운전자 건강 상태 진단 시스템에 구비되는 생체신호계산부의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 운전자 건강 상태 진단 시스템에 구비되는 경고부의 구성도이다.
1 is an overall configuration diagram of a system for diagnosing a driver's health condition using non-contact bio-signal detection according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of a biosignal detection unit provided in a driver health condition diagnosis system using non-contact biosignal detection according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram of a biosignal calculator provided in a driver health condition diagnosis system using non-contact biosignal detection according to an embodiment of the present invention.
4 is a configuration diagram of a warning unit provided in a system for diagnosing a driver's health condition using non-contact bio-signal detection according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안된다.The present invention may be embodied in various other forms without departing from its technical spirit or main characteristics. Accordingly, the embodiments of the present invention are merely illustrative in all respects and should not be construed as limiting.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. Terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it is understood that the other component may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in between. it should be

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.On the other hand, when it is mentioned that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다", "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, terms such as "comprise" or "comprising", "have" and the like are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one It should be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of or more other features or numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the most preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to describe in detail enough that a person of ordinary skill in the art can easily practice the present invention. .

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 운전자 건강 상태 진단 시스템의 전체 구성도이다.1 is an overall configuration diagram of a system for diagnosing a driver's health condition using non-contact bio-signal detection according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 운전자 건강 상태 진단 시스템은 예를 들어 차량의 룸미러에 장착되어 종래와 같이 접촉식이 아니라 비접촉식으로 적용되어 운전자를 주시할 수 있도록 구성된다. 즉, 차량의 안전 운행과 직접적인 연관성을 갖는 운전자의 생체 신호 중 호흡수 및 심박수를 지속적으로 검출하여, 깨어 있을 때와 졸릴 때의 운전자의 호흡 패턴 및 심박 패턴의 차이를 검출하고 검출된 데이터를 기초로 하여 응급 상황을 예방할 수 있게 된다. 이러한 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 운전자 건강 상태 진단 시스템의 구성은 생체신호검출부(100), 생체신호계산부(200), 운전자감지부(250), 생체신호비교부(300), 제어부(700), 데이터 베이스부(400) 및 경고부(500)를 포함한다.Referring to FIG. 1 , a driver health condition diagnosis system using non-contact bio-signal detection according to an embodiment of the present invention is mounted on, for example, a vehicle's rearview mirror, and is applied in a non-contact manner, rather than in a conventional manner, to keep an eye on the driver. configured to be able to That is, by continuously detecting the respiration rate and heart rate among the driver's biosignals that are directly related to the safe driving of the vehicle, the difference between the driver's breathing pattern and heart rate pattern when awake and drowsy is detected and based on the detected data This can prevent emergencies. The configuration of the driver's health condition diagnosis system using the non-contact bio-signal detection includes the bio-signal detection unit 100, the bio-signal calculation unit 200, the driver detection unit 250, the bio-signal comparison unit 300, the control unit 700, It includes a database unit 400 and a warning unit 500 .

생체신호검출부(100)는 운전중에 있는 운전자의 가슴으로 무선 주파수(radio frequency) 전파를 송신하고, 상기 운전자 가슴으로부터 운전자의 심장 및 폐의 운동 변위에 따른 반사 신호를 검출한다.The biosignal detection unit 100 transmits radio frequency waves to the driver's chest while driving, and detects a reflected signal according to movement displacement of the driver's heart and lungs from the driver's chest.

생체신호계산부(200)는 상기 생체신호검출부(100)로부터 검출된 운전자의 심장 및 폐의 운동 변위에 따른 반사 신호를 토대로 실시간으로 운전자의 심박수 및 호흡수를 계산한다.The biosignal calculator 200 calculates the driver's heart rate and respiration rate in real time based on the reflected signal according to the movement displacement of the driver's heart and lungs detected by the biosignal detector 100 .

운전자감지부(250)는 차량 내 운전자가 있는지 여부를 감지하여 운전자 감지 신호를 생성하는 것으로, 예를 들면 차량의 운전석 시트에 구비되어, 운전자의 중량을 감지하는 무게센서를 포함할 수 있다. 그리고 운전자감지부(250)가 감지한 운전자 감지 신호는 제어부로 전달한다. 제어부는 운전자감지부(250)로부터 운전자 감지 신호를 전달받는 경우, 후술하는 배경 노이즈 저장부(210: 도 3 도시)를 활성화 시킨다.The driver detection unit 250 generates a driver detection signal by detecting whether there is a driver in the vehicle, and may include, for example, a weight sensor provided on a driver's seat seat of the vehicle to detect the weight of the driver. The driver detection signal detected by the driver detection unit 250 is transmitted to the control unit. When receiving the driver detection signal from the driver detection unit 250 , the controller activates a background noise storage unit 210 (shown in FIG. 3 ), which will be described later.

생체신호비교부(300)는 상기 생체신호계산부(200)으로 계산된 실시간으로 운전자의 심박수 및 호흡수와 기저장된 기준 심박수 및 호흡수를 비교한다.The bio-signal comparison unit 300 compares the driver's heart rate and respiration rate calculated by the bio-signal calculation unit 200 with a pre-stored reference heart rate and respiration rate.

제어부(700)는 생체신호비교부(300)로부터 실시간으로 운전자의 심박수 및 호흡수가 기준 심박수 및 호흡수로부터 벗어나 신체 이상 상태인 것으로 판단되는 경우 운전자에게 경고하도록 구성된다.The control unit 700 is configured to warn the driver when it is determined that the driver's heart rate and respiration rate deviates from the reference heart rate and respiration rate in real time from the biosignal comparison unit 300 and it is determined that the body is in an abnormal state.

데이터 베이스부(400)는 운전자의 정상 상태에서의 심박수 및 호흡수를 나타내는 기준 심박수 및 호흡수 등의 생체 신호 데이터를 저장하도록 구성된다. 그리고 제어부(700)는 상기 생체신호비교부(300)에서 실시간으로 운전자의 심박수 및 호흡수와 상기 데이터 베이스부(400)에 기저장된 기준 심박수 및 호흡수를 비교할 수 있도록 되어 있다.The database unit 400 is configured to store biosignal data such as a reference heart rate and respiration rate indicating the heart rate and respiration rate in a normal state of the driver. In addition, the control unit 700 is configured to compare the driver's heart rate and respiration rate with the reference heart rate and respiration rate stored in the database unit 400 in real time in the bio-signal comparison unit 300 .

경고부(500)는 예를 들면 제어부(700)로부터 경고 신호를 전달받아 운전자에게 경고음을 출력한다. 즉, 제어부(700)에서 실시간으로 운전자의 심박수 및 호흡수가 기준 심박수 및 호흡수로부터 벗어나 신체 이상 상태인 것으로 판단되는 경우, 제어부(700)는 경고부(500)로 경고신호를 전달하고, 경고부(500)는 즉각적으로 운전자에게 경고하여 운전자의 건강에 이상이 생겼음을 알릴 수 있도록 한다. 경고부(500)는 장치 내에 경고음 출력하는 스피커(510: 도 4 도시)일 수도 있으며, 차량에 설치된 전자 제어기를 통해 차량 스피커를 활용할 수도 있음은 물론이다.The warning unit 500 receives, for example, a warning signal from the control unit 700 and outputs a warning sound to the driver. That is, when the controller 700 determines in real time that the driver's heart rate and respiration rate deviates from the reference heart rate and respiration rate and is in an abnormal state, the controller 700 transmits a warning signal to the warning unit 500 and the warning unit 500 immediately warns the driver so that the driver can be informed that an abnormality has occurred in the driver's health. The warning unit 500 may be a speaker 510 (shown in FIG. 4 ) that outputs a warning sound in the device, and of course, the vehicle speaker may be utilized through an electronic controller installed in the vehicle.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 운전자 건강 상태 진단 시스템에 구비되는 생체신호검출부의 구성도이다.2 is a block diagram of a biosignal detection unit provided in a driver health condition diagnosis system using non-contact biosignal detection according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 생체신호검출부(100)는 운전중에 있는 운전자의 가슴으로 무선 주파수(radio frequency) 전파, 예를 들면 3.1~4.8GHz의 UWB(ULTRA WIDE BAND)의 무선주파수를 운전자에게 송신하고, 상기 운전자 가슴으로부터 운전자의 심장 및 폐의 운동 변위에 따른 반사 신호를 검출한다. 이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 생체신호검출부(100)는 UWB(ULTRA WIDE BAND)를 이용하여 소정의 주파수 대역폭(예를 들면 3.1~4.8GHz)을 갖는 임펄스 레이더를 송신하는 임펄스 레이더 송신부(Tx; 110) 및 상기 임펄스 레이더 송신부(110)에서 송신(반사)된 반사 임펄스 레이더를 수신하는 임펄스 레이더 수신부(Rx; 120)로 이루어진다. 즉, 심장 또는 허파가 수축할 때와 심장 또는 허파가 팽창할 때 임펄스 레이더 송신부(Tx; 110) 또는 임펄스 레이더 수신부(Rx; 120)와 심장 또는 허파까지의 거리가 달라지게 된다. 따라서 임펄스 레이더 송신부(110)에서 발신한 임펄스 레이더가 인체에 의해 반사되어 임펄스 레이더 수신부(120)에서 수신될 때까지의 시간을 측정하고, 측정한 값을 이용하여 생체신호계산부(200)를 통해 심박수 및/또는 호흡수를 산출한다.Referring to FIG. 2 , the biosignal detection unit 100 transmits a radio frequency (radio frequency) radio wave to the driver's chest while driving, for example, a UWB (ULTRA WIDE BAND) radio frequency of 3.1 to 4.8 GHz to the driver. , detects a reflected signal according to movement displacement of the driver's heart and lungs from the driver's chest. To explain this in more detail, the biosignal detection unit 100 uses an ULTRA wide band (UWB) to transmit an impulse radar having a predetermined frequency bandwidth (eg, 3.1 to 4.8 GHz) using an impulse radar transmitter (Tx). 110) and an impulse radar receiver (Rx) 120 that receives the reflected impulse radar transmitted (reflected) from the impulse radar transmitter 110 . That is, when the heart or lungs contract and the heart or lungs expand, the distance between the impulse radar transmitter Tx 110 or the impulse radar receiver Rx 120 and the heart or lungs varies. Therefore, the time until the impulse radar transmitted from the impulse radar transmitter 110 is reflected by the human body and received by the impulse radar receiver 120 is measured, and using the measured value, the biosignal calculator 200 is used. Calculate heart rate and/or respiration rate.

한편, 상기 생체신호검출부(100)는 UWB(ULTRA WIDE BAND)를 이용하여 소정의 주파수 대역폭(예를 들면 3.1~4.8GHz)을 갖는 임펄스를 발생시키기 위한 임펄스 발생기(130), 및 상기 임펄스 발생기(130)로부터 발생된 신호를 출력 신호로 증폭하여 임펄스 레이더 송신부(110)로 전송하는 임펄스 출력 신호 증폭기(160)를 더 포함하여 이루어진다.On the other hand, the biosignal detection unit 100 includes an impulse generator 130 for generating an impulse having a predetermined frequency bandwidth (for example, 3.1 to 4.8 GHz) using UWB (ULTRA WIDE BAND), and the impulse generator ( 130) and further includes an impulse output signal amplifier 160 for amplifying the signal as an output signal and transmitting the amplified signal to the impulse radar transmitter 110.

아울러, 상기 생체신호검출부(100)는 상기 임펄스 레이더 수신부( 120)로부터 수신된 반사 임펄스 레이더에 포함된 신호로부터 잡음을 제거하기 위한 필터(140), 및 상기 필터(140)에서 잡음이 제거된 반사 임펄스 레이더 신호를 증폭하기 위한 반사 임펄스 레이더 증폭기(150)를 더 포함하여 이루어진다.In addition, the biosignal detector 100 includes a filter 140 for removing noise from a signal included in the reflected impulse radar received from the impulse radar receiver 120 , and a reflection from which noise is removed from the filter 140 . It further comprises a reflected impulse radar amplifier 150 for amplifying the impulse radar signal.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 운전자 건강 상태 진단 시스템에 구비되는 생체신호계산부의 구성도이다.3 is a block diagram of a biosignal calculator provided in a driver health condition diagnosis system using non-contact biosignal detection according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 생체신호계산부(200)는 생체신호검출부(100)로부터 검출된 운전자의 심장 및 폐의 운동 변위에 따른 반사 신호를 토대로 실시간으로 운전자의 심박수 및 호흡수를 계산하는 역할을 수행한다. 이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 생체신호계산부(200)는 상기 생체신호검출부(100)에 의하여 획득되어 상기 필터(140)에서 잡음이 제거된 후, 상기 반사 임펄스 레이더 증폭기(150)를 통해 증폭된 반사 임펄스 레이더 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기(210), 및 상기 아날로그 디지털 변환기(210)를 통해 변환된 디지털 신호를 예를 들면, 디지털 필터와 코리레이션(correlation)기능을 갖는 DSP(Digital signal processor)에 의하여, 호흡 신호 및 심박 신호를 추출해 내고, 이를 기초로 다시 실시간으로 운전자의 심박수 및 호흡수를 산출하는 심박수 및 호흡수 추출부(220), 차량 내 운전자가 없는 경우 발생되는 배경 노이즈 신호를 저장하는 배경 노이즈 저장부(230) 및 상기 생체신호검출부(100)로부터 획득된 운전자의 심장 및 폐의 운동 변위에 따른 반사 신호를 전달받으며 상기 배경 노이즈 저장부(230)로부터 배경 노이즈 신호를 전달받아 상기 반사 신호에서 상기 배경 노이즈 신호를 차분한 배경 노이즈 제거신호를 생성하는 배경 노이즈 추출부(240)로 이루어진다. 1 to 3 , the biosignal calculator 200 calculates the driver's heart rate and respiration rate in real time based on the reflected signal according to the movement displacement of the driver's heart and lungs detected by the biosignal detector 100 . perform the role To explain this in more detail, the bio-signal calculator 200 is obtained by the bio-signal detector 100 and the noise is removed from the filter 140, and then through the reflected impulse radar amplifier 150 . An analog-to-digital converter 210 for converting the amplified reflected impulse radar signal into a digital signal, and a digital signal converted through the analog-to-digital converter 210, for example, a DSP having a digital filter and a correlation function (Digital signal processor), extracts the respiratory signal and heart rate signal, based on this, the heart rate and respiration rate extractor 220 that calculates the driver's heart rate and respiration rate again in real time, generated when there is no driver in the vehicle The reflected signal according to the movement displacement of the driver's heart and lungs obtained from the background noise storage unit 230 for storing the background noise signal and the biosignal detection unit 100 is received, and the background noise storage unit 230 receives the background noise. and a background noise extracting unit 240 that receives the signal and generates a background noise removal signal by subtracting the background noise signal from the reflected signal.

여기서 상기 배경 노이즈 저장부(230)는 운전자가 없을 때 발생될 수 있는 다양한 노이즈를 설정 시간에 따라 수십 내지 수천 회 저장하여 이들의 평균 노이즈 신호를 생성하고 이를 배경 노이즈 추출부(220)로 전송하여 배경 노이즈 추출부(220)가 생체신호검출부(100)로부터 전달받은 반사 신호에서 상기 배경 노이즈 저장부(230)로부터 전달받은 평균 노이즈 신호를 차분하여 배경 노이즈 제거신호를 생성할 수 있도록 한다. Here, the background noise storage unit 230 stores various noises that may be generated when the driver is not present tens to thousands of times according to a set time, generates an average noise signal thereof, and transmits it to the background noise extraction unit 220. The background noise extraction unit 220 may generate a background noise removal signal by differentiating the average noise signal received from the background noise storage unit 230 from the reflected signal received from the biosignal detection unit 100 .

이는 운전자가 없는 상황에서 여러 가지 반복적이거나 유사하게 발생되는 다양한 외부 환경 노이즈를 저장하였다가 운전자가 있는 경우에 생체신호검출부(100)가 생체 신호를 수집시에 운전자로부터 획득되는 생체 신호와 함께 취합되어 외부 환경 노이즈를 추출하여 제거하기 위함이다. It stores various external environmental noises repeatedly or similarly generated in the absence of a driver, and when there is a driver, the biosignal detection unit 100 collects the biosignals together with the biosignals obtained from the driver. This is to extract and remove external environmental noise.

따라서 이러한 외부 환경 노이즈 신호는 배경 노이즈 저장부(230)에서 전술한 바와 같이 수십 회 내지 수천 회 계속적으로 저장하여 이들의 평균 노이즈 신호를 생성하여 이를 배경 노이즈 추출부(220)로 전달할 수 있으며, 다른 실시예로는 저장된 배경 노이즈 신호를 신호 패턴별로 수개 내지 수십개의 그룹화를 구성하고 각 그룹별로 평균 노이즈 신호를 생성하여 이들을 배경 노이즈 추출부(220)로 전달할 수 있다. Accordingly, the external environmental noise signal may be continuously stored tens or thousands of times as described above in the background noise storage unit 230 to generate an average noise signal thereof and transmit it to the background noise extraction unit 220, and another In an embodiment, several to tens of stored background noise signals may be grouped for each signal pattern, an average noise signal may be generated for each group, and these may be transmitted to the background noise extractor 220 .

이때 배경 노이즈 추출부(220)는 각 그룹별 평균 노이즈 신호들 중 현재 생체신호검출부(100)로부터 전달받은 생체 신호에서 가장 신호 패턴이 유사한 것으로 판단되는 평균 노이즈 신호를 추출하고 이를 상기 생체 신호에서 차분하여 배경 노이즈 제거신호를 생성하게 된다. At this time, the background noise extracting unit 220 extracts the average noise signal determined to have the most similar signal pattern from the biosignals received from the biosignal detection unit 100 among the average noise signals for each group, and differentiates them from the biosignals. Thus, a background noise removal signal is generated.

이와 같이 운전자가 없는 경우에 다양한 형태의 배경 노이즈 저장을 통해 운전자가 있는 경우 운전자로부터 획득되는 생체 신호에 함께 취합된 외부 환경 노이즈를 신호 차분을 통해 제거할 수 있어 보다 정확한 운전자의 현재 생체 신호 추출이 가능해진다. As described above, through the storage of various types of background noise in the absence of the driver, external environmental noise collected together with the bio-signals obtained from the driver in the presence of the driver can be removed through signal difference, resulting in more accurate extraction of the driver’s current bio-signals. it becomes possible

한편, 본 발명은 차량 내 운전자가 있는지 여부를 감지하여 운전자 감지 신호를 생성하는 운전자감지부(250)를 더 포함하므로, 제어부(700)는 상기 운전자감지부(250)로부터 운전자 감지 신호를 전달받는 경우 상기 배경 노이즈 저장부(230)를 활성화 시킨다. 이를 상세하게 설명하면, 운전자가 없는 상태에서, 생체신호검출부(100)가 검출한 반사 신호 즉, 운전자의 심박수 및 호흡수는 배경 노이즈 계산에 사용되는 것이므로, 제어부(700)는 운전자감지부(250)로부터 운전자 감지 신호를 전달받는 경우 상기 배경 노이즈 저장부(230)를 활성화하여, 생체신호검출부(100)가 검출한 운전자의 심박수 및 호흡수는 배경 노이즈 저장부(230)에 저장되도록 한다. 이때, 제어부(700)는 배경 노이즈 추출부(240)는 비 활성화 시켜서, 배경 노이즈 추출부(240)가 불필요하게 작동되는 것을 차단한다.On the other hand, since the present invention further includes a driver detection unit 250 that generates a driver detection signal by detecting whether there is a driver in the vehicle, the control unit 700 receives the driver detection signal from the driver detection unit 250 . In this case, the background noise storage unit 230 is activated. In detail, since the reflected signals detected by the biosignal detection unit 100, ie, the driver's heart rate and respiration rate, are used to calculate the background noise in the absence of the driver, the control unit 700 controls the driver detection unit 250 ), the background noise storage unit 230 is activated to store the driver's heart rate and respiration rate detected by the biosignal detection unit 100 in the background noise storage unit 230 . At this time, the control unit 700 deactivates the background noise extraction unit 240 to block the unnecessary operation of the background noise extraction unit 240 .

반면, 운전자가 있는 상태에서, 생체신호검출부(100)가 검출한 반사 신호 즉, 운전자의 심박수 및 호흡수는 실시간으로 계산된 진짜 운전자의 심박수 및 호흡수이므로, 제어부(700)는 운전자감지부(250)로부터 운전자 감지 신호를 전달받지 않은 경우, 배경 노이즈 추출부(240)를 활성화 하여, 상기 반사 신호에서 상기 배경 노이즈 신호를 차분한 배경 노이즈 제거신호를 생성한다. 이때, 제어부(700)는 배경 노이즈 저장부(230)는 비 활성화 시켜서, 배경 노이즈 저장부(230)가 불필요하게 작동되는 것을 차단한다. On the other hand, in the presence of the driver, the reflected signal detected by the biosignal detection unit 100, that is, the driver's heart rate and respiration rate, is the real driver's heart rate and respiration rate calculated in real time. When the driver detection signal is not received from 250), the background noise extractor 240 is activated to generate a background noise removal signal that is differentiated from the background noise signal from the reflected signal. At this time, the control unit 700 deactivates the background noise storage unit 230 to prevent unnecessary operation of the background noise storage unit 230 .

이처럼 본 발명은 운전자감지부(250)를 이용하여 현재 운전석에 운전자가 있는지 여부를 판단한 후, 운전석에 운전자가 없는 경우, 배경 노이즈 저장부(230)에 배경 노이즈 신호를 저장하고, 운전석에 운전자가 있는 경우, 배경 노이즈 추출부(240)가 배경 노이즈 저장부(230)에 기 저장된 배경 노이즈 신호를 이용하여 배경 노이즈 제거 신호를 생성하도록 구성되므로, 배경 노이즈 신호를 정확하게 저장 및 이용할 수 있는 효과가 있다.As such, in the present invention, after determining whether or not there is a driver in the driver's seat using the driver detection unit 250 , if there is no driver in the driver's seat, the background noise signal is stored in the background noise storage unit 230 , and the driver in the driver's seat If there is, since the background noise extraction unit 240 is configured to generate a background noise removal signal using the background noise signal previously stored in the background noise storage unit 230 , there is an effect that the background noise signal can be accurately stored and used. .

생체신호비교부(300)는 상기 생체신호계산부(200)가 계산한 실시간으로 운전자의 심박수 및 호흡수와 기 저장된 기준 심박수 및 호흡수를 비교하는 역할을 수행한다. 즉, 상기 생체신호비교부(300)는 상기 생체 신호 데이터 계산부(200)로부터 배경 노이즈 제거신호를 전달받아 이를 통해 계산된 실시간으로 운전자의 심박수 및 호흡수와 상기 데이터 베이스부(400)에 기저장된 기준 심박수 및 호흡수를 비교하는 역할을 수행하여 상기 제어부(700)의 제어에 따라 이상 여부를 판단할 수 있도록 한다.The bio-signal comparison unit 300 compares the driver's heart rate and respiration rate in real time calculated by the bio-signal calculation unit 200 with a pre-stored reference heart rate and respiration rate. That is, the bio-signal comparator 300 receives the background noise removal signal from the bio-signal data calculation unit 200 and stores the heart rate and respiration rate of the driver in real time and the database unit 400 calculated through it. It serves to compare the stored reference heart rate and respiration rate to determine whether there is an abnormality under the control of the controller 700 .

한편, 상기 생체신호비교부(300)는 응급상황분석부(310)를 포함하여 실시간으로 운전자의 호흡수가 기준 호흡수에 비해 불안정해지거나, 실시간으로 운전자의 심박수가 기준 심박수보다 적어지는 것을 응급 상황의 시작으로 판단하는 알고리즘으로 분석할 수 있도록 되어 상기 제어부(700)에 의해 응급 상황의 시작으로 판단하는 시점을 확인하여 운전자에게 경고하는 시스템을 구축할 수 있도록 한다. 물론, 상기 생체신호비교부(300)는 수면 상태뿐만 아니라. 실시간으로 측정되는 심박수에 따라 심장 기능 장애를 판단할 수 있을 뿐만 아니라 무호흡 상태도 함께 비교하여 판단하는 것도 가능함은 물론이다. 여기서 운전자의 호흡수가 기준 호흡수에 비해 불안정해진다는 것은 기준 호흡수로부터 벗어나 신체 이상 상태인 것을 의미한다.On the other hand, the bio-signal comparison unit 300 includes the emergency situation analysis unit 310 to detect that the driver's respiration rate becomes unstable compared to the reference respiration rate in real time, or that the driver's heart rate becomes smaller than the reference heart rate in real time in an emergency situation It is possible to analyze with an algorithm that determines the start of , so that a system for warning the driver can be built by checking the time when the controller 700 determines the start of an emergency situation. Of course, the bio-signal comparison unit 300 is not only in the sleep state. It goes without saying that not only can the heart function failure be determined according to the heart rate measured in real time, but also the apnea state can be compared and determined. Here, when the driver's respiration rate becomes unstable compared to the reference respiration rate, it means that the driver's respiration rate is deviating from the reference respiration rate and the body is in an abnormal state.

그리고 응급상황분석부(310)는, 실시간으로 운전자의 호흡수가 기준 호흡수에 비해 비응급범위 이내로 불안정해지거나 실시간으로 운전자의 심박수가 기준 심박수보다 비응급범위 이내로 적어지는 경우, 비 응급 상황으로 판단한다. 제어부(700)는 상기 응급상황분석부(310)가 비응급상황으로 판단한 경우, 주의신호를 경고부로 출력한다. 이는, 운전자의 건강 상태가 위급할 정도로 심각한 상태는 아니나, 졸음운전, 건강 이상 전조 증상 등 주의를 요하는 상황이므로, 이에 따른 주의신호를 출력하는 것이다.In addition, the emergency situation analysis unit 310 determines that it is a non-emergency situation when the driver's respiration rate in real time becomes unstable within the non-emergency range compared to the reference respiration rate or when the driver's heart rate decreases within the non-emergency range than the reference heart rate in real time. do. When the emergency situation analysis unit 310 determines that it is a non-emergency situation, the control unit 700 outputs a caution signal to the warning unit. This is a situation that requires attention, such as drowsy driving, a symptom of health abnormality, etc., although the driver's health condition is not critically serious. Accordingly, a caution signal is output.

또한, 상기 응급상황분석부(310)는, 실시간으로 운전자의 호흡수가 기준 호흡수에 비해 응급범위 이내로 불안정해지거나 실시간으로 운전자의 심박수가 기준 심박수보다 응급범위 이내로 적어지는 경우, 응급 상황으로 판단한다. 상기 제어부(700)는 상기 응급상황분석부(310)가 비 응급상황으로 판단한 경우, 경고신호를 경고부로 출력한다. 이는, 운전자의 견강상태가 위급할 정도로 심각한 상태이므로, 이에 따른 경고신호를 출력하는 것이다.In addition, the emergency situation analysis unit 310 determines that it is an emergency situation when the driver's respiration rate becomes unstable within the emergency range compared to the reference respiration rate in real time or when the driver's heart rate decreases within the emergency range than the reference heart rate in real time . The control unit 700 outputs a warning signal to the warning unit when the emergency situation analysis unit 310 determines that it is a non-emergency situation. This is to output a warning signal according to the driver's shoulder state is a serious enough state to be critical.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 운전자 건강 상태 진단 시스템에 구비되는 경고부의 구성도이다.4 is a configuration diagram of a warning unit provided in a system for diagnosing a driver's health condition using non-contact bio-signal detection according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 제어부(700)는 응급상황분석부(310)가 판단한 비 응급상황 또는 응급 상황 여부에 따라, 주의신호 또는 경고신호를 생성하여 경고부로 전송한다. 1 to 4 , the control unit 700 generates a caution signal or a warning signal according to the non-emergency situation or the emergency situation determined by the emergency situation analysis unit 310 and transmits it to the warning unit.

경고부(500)는 스피커(510)를 포함하고, 차량환경변경부(520) 및 응급상황알림부(530)를 더 포함할 수 있다. 스피커(510)는 제어부(700)로부터 주의신호 또는 경고신호를 전달받아 외부로 소리를 출력하는 것으로, 청각적으로 운전자에게 비 응급상황 또는 응급 상황 여부에 따라, 서로 다른 경고음을 통해 주의 또는 경고할 수 있도록 한다.The warning unit 500 includes a speaker 510 , and may further include a vehicle environment change unit 520 and an emergency notification unit 530 . The speaker 510 receives a caution signal or a warning signal from the control unit 700 and outputs a sound to the outside, and depending on whether the driver is in a non-emergency or emergency situation, it can be used to give attention or warning through different warning sounds. make it possible

차량환경변경부(520)는 제어부(700)로부터 전달되는 제어 신호, 즉, 주의신호에 따라 운전자가 기 설정한 음악 장르에 대응하는 음악을 자동으로 디스플레이할 수 있다. 또한, 차량환경변경부(520)는 제어부(700)로부터 전달되는 주의신호에 따라 에어컨, 히터 등의 공조장치를 자동으로 제어하여, 차량의 내부 환경을 변화시켜서, 졸음 운전 등을 미연에 방지하도록 한다.The vehicle environment change unit 520 may automatically display music corresponding to a music genre preset by the driver according to a control signal transmitted from the control unit 700 , that is, an attention signal. In addition, the vehicle environment change unit 520 automatically controls the air conditioner, such as an air conditioner, a heater, etc. according to the caution signal transmitted from the control unit 700 to change the internal environment of the vehicle to prevent drowsy driving in advance. do.

응급상황알림부(530)는 제어부(700)로부터 전달되는 제어 신호 즉, 경고신호에 따라 무선 통신을 이용하여 운전자의 현재 상태를 기 등록된 의료기관으로 전송하여, 신속하게 후속 조치가 이루어지도록 한다. 예를 들어, 운전자의 현재 상태가 위급한 상황인 경우, 의료기관은 전화 등으로 현재 상태를 운전자에게 알릴 수도 있고, 구급차를 보내 운전자를 병원으로 신속하게 이동시킬 수도 있을 것이다. 이처럼 응급상황알림부(530)를 이용하여 실시간으로 운전자의 심박수 및 호흡수에 따른 운전자 무호흡 상태 및 심장 박동 이상을 외부에 통지할 수 있도록 하여 외부에서 의료기관 등에서 관리할 수 있도록 하여 운전자 무호흡 상태 및 심장 박동 이상 증상에 따른 사고를 미연에 대처하거나, 사고 발생에 대한 사고 원인의 규명에도 일조를 하게 된다.The emergency notification unit 530 transmits the current state of the driver to a pre-registered medical institution using wireless communication according to a control signal, ie, a warning signal, transmitted from the control unit 700, so that a follow-up action is performed promptly. For example, when the driver's current state is an emergency, the medical institution may notify the driver of the current state by phone or the like, or send an ambulance to quickly move the driver to a hospital. In this way, by using the emergency alert unit 530 to notify the outside of the driver's apnea condition and heartbeat abnormality according to the driver's heart rate and respiration rate in real time, the driver's apnea condition and cardiac It also helps to prevent accidents caused by abnormal heartbeat symptoms or to identify the cause of accidents.

본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It will be understood that the present invention is not limited to the forms recited in the above detailed description. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims. Moreover, it is to be understood that the present invention covers all modifications, equivalents and substitutions falling within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

100: 생체신호검출부
110: 임펄스 레이더 송신부 120: 임펄스 레이더 수신부
130: 임펄스 발생기 160: 임펄스 출력 신호 증폭기
140: 필터 150: 반사 임펄스 레이더 증폭기
200: 생체신호계산부
210: 아날로그 디지털 변환기 220: 심박수 및 호흡수 추출부
230: 배경 노이즈 저장부 240: 배경 노이즈 추출부
250: 운전자감지부
300: 생체신호비교부 310: 응급상황분석부
400: 데이터 베이스부
500: 경고부
510: 스피커 520: 차량환경변경부
530: 응급상황알림부
600: 통신부
700: 제어부
100: biosignal detection unit
110: impulse radar transmitter 120: impulse radar receiver
130: impulse generator 160: impulse output signal amplifier
140: filter 150: reflected impulse radar amplifier
200: biosignal calculator
210: analog-to-digital converter 220: heart rate and respiration rate extractor
230: background noise storage unit 240: background noise extraction unit
250: driver detection unit
300: bio-signal comparison unit 310: emergency situation analysis unit
400: database unit
500: warning unit
510: speaker 520: vehicle environment change unit
530: emergency notification unit
600: communication department
700: control unit

Claims (7)

운전자의 가슴 방향으로 무선 주파수(radio frequency) 전파를 송신하고, 운전자 가슴으로부터 운전자의 심장 및 폐의 운동 변위에 따른 반사 신호를 검출하기 위한 생체신호검출부;
상기 생체신호검출부로부터 검출된 운전자의 심장 및 폐의 운동 변위에 따른 반사 신호를 토대로 실시간으로 운전자의 심박수 및 호흡수를 계산하는 생체신호계산부;
상기 생체신호계산부으로 계산된 실시간으로 운전자의 심박수 및 호흡수와 기 저장된 기준 심박수 및 호흡수를 비교하는 생체신호비교부; 및
상기 생체신호비교부로부터 실시간으로 운전자의 심박수 및 호흡수가 기준 심박수 및 호흡수로부터 벗어나 신체 이상 상태인 것으로 판단되는 경우, 운전자에게 경고하도록 제어하는 제어부를 포함하되,
상기 생체신호계산부는,
차량 내 운전자가 없는 경우 상기 생체신호검출부가 검출하는 반사 신호를 배경 노이즈 신호로 저장하는 배경 노이즈 저장부 및;
상기 생체신호검출부로부터 획득된 운전자의 심장 및 폐의 운동 변위에 따른 반사 신호를 전달받으며 상기 배경 노이즈 저장부로부터 배경 노이즈 신호를 전달받아 상기 반사 신호에서 상기 배경 노이즈 신호를 차분한 배경 노이즈 제거신호를 생성하는 배경 노이즈 추출부를 포함하고,
상기 배경 노이즈 저장부는
상기 배경 노이즈 추출부로 배경 노이즈 신호를 전달할 시에 차량 내 운전자가 없는 경우 발생되는 배경 노이즈 신호를 설정 시간에 따라 수십 내지 수 천회 저장한 후 이들의 평균 노이즈 신호를 생성한 후 이를 전송하거나, 저장된 배경 노이즈 신호들 중 패턴이 유사한 것으로 판단되는 신호들을 그룹별로 수 개 내지 수십 개로 그룹핑을 수행한 후 그룹별 평균 노이즈 신호를 전달하고,
차량 내 운전자가 있는지 여부를 감지하여 운전자 감지 신호를 생성하는 운전자감지부를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 운전자감지부로부터 운전자 감지 신호를 전달받는 경우, 상기 배경 노이즈 저장부는 활성화 시키되, 상기 배경 노이즈 추출부는 비 활성화 시키고,
상기 운전자감지부로부터 운전자 감지 신호를 전달받지 않는 경우, 상기 배경 노이즈 저장부는 비활성화 시키되, 상기 배경 노이즈 추출부는 활성화 시키고,
상기 배경 노이즈 추출부는 각 그룹별 평균 노이즈 신호들 중 현재 생체신호검출부로부터 전달받은 생체 신호에서 가장 신호 패턴이 유사한 것으로 판단되는 평균 노이즈 신호를 추출하고 이를 상기 생체 신호에서 차분하여 배경 노이즈 제거신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 운전자 건강 상태 진단 시스템.
a biosignal detector for transmitting radio frequency waves in the direction of the driver's chest and detecting a reflected signal according to movement displacement of the driver's heart and lungs from the driver's chest;
a biosignal calculator configured to calculate the driver's heart rate and respiration rate in real time based on the reflected signal according to the movement displacement of the driver's heart and lungs detected by the biosignal detector;
a bio-signal comparison unit that compares the driver's heart rate and respiration rate in real time calculated by the bio-signal calculation unit with a pre-stored reference heart rate and respiration rate; and
a control unit that controls to warn the driver when it is determined that the driver's heart rate and respiration rate deviates from the reference heart rate and respiration rate in real time from the bio-signal comparison unit
The biosignal calculator,
a background noise storage unit for storing the reflected signal detected by the biosignal detection unit as a background noise signal when there is no driver in the vehicle;
Receives a reflected signal according to the movement displacement of the driver's heart and lungs obtained from the biosignal detection unit, receives a background noise signal from the background noise storage unit, and generates a background noise removal signal by subtracting the background noise signal from the reflected signal Including a background noise extraction unit,
The background noise storage unit
When transmitting the background noise signal to the background noise extractor, the background noise signal generated when there is no driver in the vehicle is stored tens to thousands of times depending on the set time, and then the average noise signal is generated and transmitted, or the stored background After grouping signals determined to have similar patterns among noise signals into several to tens for each group, the average noise signal for each group is transmitted,
Further comprising a driver detection unit for generating a driver detection signal by detecting whether there is a driver in the vehicle,
When receiving the driver detection signal from the driver detection unit, the control unit activates the background noise storage unit, deactivates the background noise extractor,
When the driver detection signal is not received from the driver detection unit, the background noise storage unit is deactivated, the background noise extraction unit is activated,
The background noise extractor extracts an average noise signal determined to have the most similar signal pattern from the biosignal currently received from the biosignal detector among the average noise signals for each group, and differentiates it from the biosignal to generate a background noise removal signal Driver health condition diagnosis system using non-contact bio-signal detection, characterized in that.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
운전자의 정상 상태에서의 심박수 및 호흡수를 나타내는 상기 기준 심박수 및 기준 호흡수에 대한 생체 신호 데이터를 저장하는 데이터 베이스부; 및
상기 제어부의 제어에 따라 신체 이상 상태인 것으로 판단되는 경우, 운전자에게 경고음을 출력하는 경고부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 운전자 건강 상태 진단 시스템.
The method of claim 1,
a database unit configured to store biosignal data for the reference heart rate and reference respiration rate indicating the heart rate and respiration rate in a normal state of the driver; and
and a warning unit that outputs a warning sound to the driver when it is determined that the body is in an abnormal state under the control of the controller.
제 1 항에 있어서,
상기 생체신호검출부는,
UWB(ULTRA WIDE BAND)를 이용한 무선 주파수 대역폭을 갖는 임펄스 레이더를 상기 운전자에게 송신하는 임펄스 레이더 송신부; 및
상기 임펄스 레이더 송신부로부터 반사된 반사 임펄스 레이더를 수신하는 임펄스 레이더 수신부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 운전자 건강 상태 진단 시스템.
The method of claim 1,
The biosignal detection unit,
an impulse radar transmitter for transmitting an impulse radar having a radio frequency bandwidth using UWB (ULTRA WIDE BAND) to the driver; and
and an impulse radar receiver receiving the reflected impulse radar reflected from the impulse radar transmitter.
제 4 항에 있어서,
상기 생체신호검출부는,
상기 UWB(ULTRA WIDE BAND)를 이용하여 무선 주파수 대역폭을 갖는 임펄스를 발생시키기 위한 임펄스 발생기;
상기 임펄스 발생기로부터 발생된 신호를 출력 신호로 증폭하여 상기 임펄스 레이더 송신부로 전송하는 임펄스 출력 신호 증폭기;
상기 임펄스 레이더 수신부로 수신된 반사 임펄스 레이더에 포함된 신호로부터 잡음을 제거하기 위한 필터; 및
상기 필터에서 잡음이 제거된 반사 임펄스 레이더 신호를 증폭하기 위한 반사 임펄스 레이더 증폭기를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 운전자 건강 상태 진단 시스템.
5. The method of claim 4,
The biosignal detection unit,
an impulse generator for generating an impulse having a radio frequency bandwidth using the UWB (ULTRA WIDE BAND);
an impulse output signal amplifier amplifying the signal generated from the impulse generator into an output signal and transmitting the amplified signal to the impulse radar transmitter;
a filter for removing noise from a signal included in the reflected impulse radar received by the impulse radar receiver; and
Driver health condition diagnosis system using non-contact biosignal detection, characterized in that it further comprises a reflected impulse radar amplifier for amplifying the reflected impulse radar signal from which noise has been removed from the filter.
삭제delete 삭제delete
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