用于监测生理信号的方向盘制造技术

本发明专利技术提供了一种用于监测生理信号的方向盘，该方向盘通过一侧握柄处的肌电检测传感器获取驾驶员的肌电信号，通过另一侧握柄处的血氧心率检测传感器获取驾驶员的血氧与心率信号，通过方向盘中心处的摄像头获取人眼睁闭状态，并将这些信息进行整合，从而成功监测驾驶员的健康状态与驾驶状态，避免疲劳驾驶及突发疾病导致的严重后果。发疾病导致的严重后果。发疾病导致的严重后果。

【技术实现步骤摘要】
用于监测生理信号的方向盘


[0001]本专利技术涉及生理信号监测
，具体地，涉及一种用于监测生理信号的方向盘。

技术介绍

[0002]目前汽车为人们最常用的交通工具，现代人们对于自己的健康越来越关注，却没有足够时间去频繁体检，更是难发现自身身体健康问题。以下人群对车载医疗仪器是有需求的：长途汽车驾驶员、出租车司机、公交车司机，他们都是久坐亚健康人群，常用的智能运动手环并非这类人群的监控健康的设备。本专利技术提出的方向盘对于长期驾驶的司机是有需求的，身体状况不佳的驾驶者容易在行驶中发生交通事故，造成生命和财产损失。因此将多种检测生理信号的医学传感器于车辆上应用，其新使用场景及相应性能开发具有一定创新性。
[0003]专利文献CN105243789A(申请号：CN201510549054.8)公开了一种融合心电信号和手握方向盘压力的疲劳驾驶检测方法，其特征在于包括a、心电信号采集、手握方向盘压力信号采集；b、根据手握方向盘压力变换以及心率变异性特征建立的疲劳评价融合算法；c、通过采集心电信号以及手握方向盘压力信号导入到步骤b中疲劳评价算法来判定驾驶员是否疲劳驾驶。然而该专利没有对人眼进行识别，无法直接监测疲劳驾驶的情况。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种用于监测生理信号的方向盘。
[0005]根据本专利技术提供的用于监测生理信号的方向盘，包括：方向盘、肌电信号采集模块、人眼识别模块、血氧心率采集模块、警报器控制模块和电源控制模块；
[0006]所述肌电信号采集模块安装在方向盘的一侧握柄处，所述血氧心率采集模块安装在方向盘的另一侧握柄处，所述人眼识别模块安装在方向盘中部，所述警报器控制模块与电源控制模块安装在方向盘的内部；
[0007]所述肌电信号采集模块、人眼识别模块和血氧心率采集模块这三个模块均与警报器控制模块和电源控制模块连接。
[0008]优选的，所述人眼识别模块包括摄像头和人眼识别控制模块，通过摄像头获取驾驶员的实时面部特征并发送给人眼识别控制模块，经人眼识别控制模块识别后，将驾驶员的眼睛睁闭情况传输给警报器控制模块处理。
[0009]优选的，所述肌电信号采集模块包括干电极肌电传感器和肌电信号控制模块，干电极肌电传感器埋于方向盘的一侧中部，监测驾驶员的手肌肉收缩舒张情况，将其转化为模拟量信号来反映驾驶员的专注程度。
[0010]优选的，所述血氧心率采集模块包括干电极血氧心率传感器和血氧心率信号控制模块，埋于方向盘一侧中部的血氧心率信号控制模块接收干电极血氧心率传感器的模拟量信号，并根据预设算法处理，然后将处理结果发送至警报器控制模块。
[0011]优选的，所述警报器控制模块同时接收来自肌电信号采集模块、人眼识别模块及血氧心率采集模块发出的信号，在综合处理肌电信号采集模块与人眼识别模块的发出的信号后，通过警报器控制模块发出警报来警告驾驶员疲劳驾驶，同时在处理血氧心率采集模块发出的信号后，实时监测驾驶员的基本健康状况。
[0012]优选的，人眼识别的工作过程为：
[0013]导入计算距离、视频流处理、图像处理所需的库和模块；
[0014]定义纵横比函数，输入一个包含六个点的眼睛坐标集合，返回纵横比；
[0015]定义检测函数，输入参数为眼睛纵横比阈值和持续帧数；
[0016]检测函数执行以下步骤：
[0017]a.定义参数，包括纵横比阈值、持续帧数和检测帧次数；
[0018]b.使用dlib库加载人脸68个特征点的预测模型；
[0019]c.根据预测模型返回的坐标集合，提取左右眼的坐标；
[0020]d.打开摄像头并捕获视频流；
[0021]e.循环处理视频帧，对每一帧图像执行以下操作：调整图像大小，转换为灰度图，并进行图像增强处理；使用dlib库的检测器找到图像中的人脸；如果未检测到人脸，将帧数计数器递增，如果计数器超过阈值，显示警告信息；如果检测到人脸，对每个人脸执行以下操作：获取68个特征点坐标，计算左右眼的纵横比，将左右眼的纵横比取平均值，判断眼睛纵横比是否低于阈值：如果纵横比低于阈值，帧数计数器递增，如果计数器超过阈值，则将该指令传入警告器控制模块；
[0022]f.关闭视频流和窗口：退出循环后，关闭视频流和窗口。
[0023]优选的，肌电信号处理的工作过程为：
[0024]收集并监测肌肉收缩产生的峰值信号；
[0025]记录峰值信号之间的时间间隔；
[0026]设定时间间隔阈值和连续超过阈值的次数；
[0027]检查时间间隔是否连续超过设定的阈值；
[0028]如果时间间隔连续超过阈值，记录连续超过阈值的次数；
[0029]当连续超过阈值的次数达到设定的次数时，生成警报指令，传入警报器控制模块。
[0030]优选的，血氧心率处理的工作过程为：
[0031]由PPG电路接收信号产生脉搏波，并传送到单片机，利用算法处理得到心率与血氧饱和度，具体为：计算预设时间内PPG信号的波峰个数，从而推出心率值；
[0032]或对信号进行FFT计算，在频域找到1Hz附近突出的点，从而得到心率；
[0033]血氧饱和度是利用红光和接近IR的光，分别检测HbO2和Hb的PPG信号，计算需要从PPG信号中提取波形的峰值和谷值，然后通过算法来计算出血氧饱和度参数的值，从而实现血氧饱和度浓度的计算。
[0034]优选的，利用数据结构遍历方法计算脉搏波峰值和谷值，具体为：
[0035]步骤1：将采集的数据分为6个一组；
[0036]步骤2：通过冒泡排序求得数组最大值与最小值与剩下数据的均值；
[0037]步骤3：计算最值之差x，以及平均值与最小值之差y；
[0038]步骤4：判断x是否大于6y，若是则用平均值代替最大值，否则返回步骤1继续执行。
[0039]优选的，当警报器控制模块同时接收到来自人眼识别模块与肌电信号采集模块的警告指令，警报器控制模块发出疲劳驾驶警告，提醒驾驶员及时休息，避免疲劳驾驶；
[0040]若人眼识别模块与肌电信号采集模块只有一个模块发出警告指令或均无警告指令，则不发出疲劳驾驶警告；
[0041]当警报器控制模块接收到来自血氧心率采集模块的血氧饱和度与心率后，与正常人的指标进行比较，若存在异常，则发出健康状况警告。
[0042]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0043]本专利技术的方向盘通过一侧握柄处的肌电检测传感器获取驾驶员的肌电信号，通过灵异侧握柄处的血氧心率检测传感器获取驾驶员的血氧与心率信号，通过方向盘中心处的摄像头获取人眼睁闭状态，并将这些信息进行整合，从而成功监测驾驶员的健康状态与驾驶状态，避免疲劳驾驶及突发疾病导致的严重后果。
附图说明
[0044]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于监测生理信号的方向盘，其特征在于，包括：方向盘、肌电信号采集模块、人眼识别模块、血氧心率采集模块、警报器控制模块和电源控制模块；所述肌电信号采集模块安装在方向盘的一侧握柄处，所述血氧心率采集模块安装在方向盘的另一侧握柄处，所述人眼识别模块安装在方向盘中部，所述警报器控制模块与电源控制模块安装在方向盘的内部；所述肌电信号采集模块、人眼识别模块和血氧心率采集模块这三个模块均与警报器控制模块和电源控制模块连接。2.根据权利要求1所述的用于监测生理信号的方向盘，其特征在于，所述人眼识别模块包括摄像头和人眼识别控制模块，通过摄像头获取驾驶员的实时面部特征并发送给人眼识别控制模块，经人眼识别控制模块识别后，将驾驶员的眼睛睁闭情况传输给警报器控制模块处理。3.根据权利要求1所述的用于监测生理信号的方向盘，其特征在于，所述肌电信号采集模块包括干电极肌电传感器和肌电信号控制模块，干电极肌电传感器埋于方向盘的一侧中部，监测驾驶员的手肌肉收缩舒张情况，将其转化为模拟量信号来反映驾驶员的专注程度。4.根据权利要求1所述的用于监测生理信号的方向盘，其特征在于，所述血氧心率采集模块包括干电极血氧心率传感器和血氧心率信号控制模块，埋于方向盘一侧中部的血氧心率信号控制模块接收干电极血氧心率传感器的模拟量信号，并根据预设算法处理，然后将处理结果发送至警报器控制模块。5.根据权利要求1所述的用于监测生理信号的方向盘，其特征在于，所述警报器控制模块同时接收来自肌电信号采集模块、人眼识别模块及血氧心率采集模块发出的信号，在综合处理肌电信号采集模块与人眼识别模块的发出的信号后，通过警报器控制模块发出警报来警告驾驶员疲劳驾驶，同时在处理血氧心率采集模块发出的信号后，实时监测驾驶员的基本健康状况。6.根据权利要求1所述的用于监测生理信号的方向盘，其特征在于，人眼识别的工作过程为：导入计算距离、视频流处理、图像处理所需的库和模块；定义纵横比函数，输入一个包含六个点的眼睛坐标集合，返回纵横比；定义检测函数，输入参数为眼睛纵横比阈值和持续帧数；检测函数执行以下步骤：a.定义参数，包括纵横比阈值、持续帧数和检测帧次数；b.使用dlib库加载人脸68个特征点的预测模型；c.根据预测模型返回的坐标集合，提取左右眼的坐标；d.打开摄像头并捕获视频流；e.循环处理视频帧，对每一帧图像执行以下操作：调整图像大小，转换为灰度图，...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚怡飞，于骢，陈文辉，胡思贤，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：