一種檢測駕駛員狀態的耳夾裝置的制作方法

本發明涉及一種信號采集裝置，尤其是涉及一種檢測駕駛員狀態的耳夾裝置。

背景技術：

道路交通的高速發展，帶給人們的是快速、便捷、舒適，與此同時，交通事故已經成為人們關注的嚴重社會問題，它被公認為當今世界危害人類與安全的第一大公害，事故中人的因素占的比例最大，而疲勞駕駛是交通事故的主要原因。在道路交通日益復雜的今天，人、車、路三者之間的矛盾愈來愈突出。駕駛員在這樣復雜的交通環境中行車，每時每刻都要對前方錯綜復雜的交通情況進行識別、判斷并作出決策。如果人處于正常狀態，即使交通環境中信息發生突變，也可通過人的主觀努力化險為夷。疲勞駕駛會在導致駕駛員注意力不集中，是極端危險的。因為人在疲勞時中樞神經幾乎接近于麻木，處于一種半休眠狀態，對突發情況認識失去準確性，從而做出錯誤判斷。以致采取錯誤的行為措施。隨著車輛駕駛安全問題逐漸被人們接受、重視，有關駕駛者疲勞駕駛的話題也已成為了大家關注的焦點。

公告號為cn203588426u的中國專利公開了一種防疲勞駕駛的耳夾，包括夾體、旋轉器和驅動報警裝置，通過感應駕駛員的頭部姿勢來控制報警電路的斷開和閉合，并使駕駛者的耳朵產生痛，起到防止疲勞駕駛的作用。然而該裝置僅通過駕駛員頭部角度來進行姿勢判斷，容易造成誤判引起駕駛員的不適和反感。

技術實現要素：

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種檢測駕駛員狀態的耳夾裝置，利用多種傳感器來獲取駕駛員的脈搏、加速度、角速度以及姿態角特征參數來判斷駕駛員的狀態，具有抗干擾強、低成本等特點。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種檢測駕駛員狀態的耳夾裝置，該裝置包括一體化連接的掛耳架、耳塞和主體，所述的主體中集成了依次連接的采集模塊、測控模塊和通信模塊，所述的采集模塊包括姿態傳感器和脈搏傳感器，所述的測控模塊包括微處理器，所述的通信模塊包括無線信號發射器，使用時，所述的姿態傳感器與駕駛員耳根相對靜止，所述的脈搏傳感器與駕駛員耳垂貼合，所述的采集模塊將駕駛員的加速度、角速度、姿態角和脈搏參數發送給測控模塊，測控模塊進行特征提取和信號處理，判斷駕駛員狀態，并將結果通過通信模塊發送至adas系統(高級駕駛輔助系統)或云端服務器。

所述的主體底部設有可轉動耳夾，所述的可轉動耳夾通過微型轉軸與主體底部連接，所述的脈搏傳感器集成在耳夾中。

所述的掛耳架為塑料掛耳架。

所述的通信模塊包括藍牙芯片和/或wifi芯片。

所述的測控模塊采用內置dsp芯片的stm32l476低功耗單片機。

所述的脈搏傳感器為son1303傳感器。

所述的姿態傳感器為mpu6050傳感器。

所述的微處理器對脈搏信號濾波，計算各頻率段的頻譜能量，將1-1.67hz作為基頻，將2-10hz作為高次頻，計算高次頻譜能量與基頻頻譜能量的比值，若比值大于1，則判斷駕駛員狀態為緊張；若比值介于0.5與1之間，則判斷駕駛員狀態為良好；若比值介于0與1之間，則判斷駕駛員狀態為疲勞。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

(1)采用一體化掛耳架、耳塞和主體，將采集、測控和通信集成在主體中，使用方便，與人類佩戴耳機方式相同，不會引起駕駛員不適；可采集加速度、速度、姿態角和脈搏，數據全面，有利于正確判斷駕駛員狀態。

(2)采用耳夾的方式采集耳垂位置的脈搏，耳夾與主體底部轉動連接，結構靈活，在駕駛員頭部轉動時不影響數據的采集。

(3)掛耳架為塑料掛耳架，重量輕，佩戴舒適。

(4)wifi和藍牙通訊功耗低，抗干擾性強。

(5)傳感器和單片機成本低，可以廣泛應用于駕駛員狀態檢測，推廣adas技術。

附圖說明

圖1為本實施例耳夾裝置主視圖；

圖2為本實施例耳夾裝置側視圖；

圖3為本實施例的模塊連接框圖；

圖4為本實施例的狀態判斷流程圖。

附圖標記：

1為掛耳架；2為主體；3為耳塞；4為微型轉軸；5為可轉動耳夾；6為耳塞底座。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。本實施例以本發明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。

實施例

如圖1～3所示，一種檢測駕駛員狀態的耳夾裝置，該裝置包括一體化連接的掛耳架1、耳塞3和主體2，主體2中集成了依次連接的采集模塊、測控模塊和通信模塊，采集模塊包括姿態傳感器和脈搏傳感器，測控模塊包括微處理器，通信模塊包括無線信號發射器，使用時，姿態傳感器與駕駛員耳根相對靜止，脈搏傳感器與駕駛員耳垂貼合，采集模塊將駕駛員的加速度、角速度、姿態角和脈搏參數發送給測控模塊，測控模塊進行特征提取和信號處理，判斷駕駛員狀態，并將結果通過通信模塊發送至adas系統或云端服務器。

掛耳架1為塑料掛耳架，用于將此裝置掛在耳朵上，其和耳塞兩個部件將此裝置可靠地固定在耳朵上。

主體2底部設有可轉動耳夾5，可轉動耳夾5通過類似筆記本上的微型轉軸4與主體2底部連接，脈搏傳感器集成在耳夾中。配合可轉動耳夾5可在一定范圍內任意旋轉角度，用于穩定可靠舒適的夾住駕駛員的耳垂，以便采集模塊采集駕駛員的脈搏信號。

通信模塊包括藍牙芯片和/或wifi芯片，測控模塊采用內置dsp芯片的stm32l476低功耗單片機，脈搏傳感器為son1303傳感器，姿態傳感器為mpu6050傳感器。

如圖4所示，首先設定脈搏、姿態傳感器的a/d采樣初始化，然后定時器中斷開始，完成脈搏、姿態、加速度等狀態參數采樣，通過調用通過內置的dsp的256點的fft子函數對所采集的脈搏信號進行頻譜分析；通過比譜能量比區分，若比值大于1，則判斷駕駛員狀態為緊張；若比值介于0.5與1之間，則判斷駕駛員狀態為良好；若比值介于0與1之間，則判斷駕駛員狀態為疲勞；最后，融合加速度、角速度、姿態角等信息來判定人的疲勞狀態、分心等不同情緒的狀態。

脈搏計算任務周期地采集、濾波、計算心率值。為了避免因采集干擾，采用防脈沖干擾10點平均濾波法進行原始信號預處理。通過采樣設定選用時間序列為x(n),n＝0,1,...,n-1脈搏信號，設x(n)的fft變換為x(ω)，再利用fft計算各頻率段的功率譜為p(ω)。選用調用stm32l4官方提供的dsp庫中的fft函數，可以高效執行計算各頻率段的脈搏信號的幅值譜。程序設中調用cr4_fft_256_stm32函數，可實現對256個數據點的fft運算，運算得到各次頻率分量的幅值、實部、虛部等信息將保存在ibufmagarray[i]數組中。上述n＝256點快速傅立葉變換然后對各頻率段幅值平方為頻譜能量si(k)＝|xi(k)|²。

通過實驗可知99％以上的能量集中在10hz之內，利用切比雪夫窗口設計數字濾波器。通過工具箱fdatool獲得數字濾波器系數后在stm32l476運行arm_fir_f32函數，完成數字濾波。

為了避免單一特征造成數據不準確以及突發情況造成系統的誤判，通過融合脈搏、姿態角加速度、加速度等多特征信息更準確反饋信息。實驗可知正常的人的脈搏60-100次，所以合理的基頻在1-1.67hz之間，本文定義基頻為第一主峰符號b，不同狀態，主峰不一致；本文定義頻譜量比為高次頻譜能量能量和與第一主峰的頻譜能量比值k來確定駕駛員的狀態。

如果出現指標異常，系統就會通過提醒駕駛員，提醒相關人員采取措施，防止意外情況的二次傷害、搶救時間不及時等。