[发明专利]基于人体呼吸信号的汽车驾驶员疲劳实时监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于人体呼吸信号的汽车驾驶员疲劳监测系统，尤其涉及一种人体呼吸信号的采集装置和一种呼吸信号处理方法。

背景技术

疲劳驾驶导致的交通事故在所有道路交通事故中占有非常高的比例，如何控制疲劳驾驶以及对产生疲劳的驾驶员进行及时的提醒，对降低道路交通事故的发生具有非常重要的意义。国内外对汽车驾驶员疲劳驾驶的研究取得了一定成果，主要是通过监测驾驶员的生理信号，对车辆控制以及车辆行驶方面的信号等信息判断驾驶员是否是疲劳驾驶，同时通过一定装置对处于疲劳状态的驾驶员进行及时提醒。但是目前这些研究还存在很多问题，主要表现在接触式测量方法，会影响驾驶员的驾驶舒适度；采用基于视觉的监测方法，会受到天气状况的影响，同时监测设备价格一般比较高；采用基于多元信号的信息融合技术，系统太复杂，同时经常出现误判。基于以上考虑，开发一种不影响驾驶员正常驾驶，设备简单，价格便宜，具有一定准确性的驾驶员疲劳监测系统具有非常重要意义。

发明内容

本发明目的在于提供一种结构简单，操作方便，能够实时，准确的监测汽车驾驶员疲劳状况并对已疲劳驾驶员进行提醒的系统。

本发明提出一种基于人体呼吸信号的汽车驾驶员疲劳监测系统，该系统包括依次相连的电源模块、呼吸信号采集模块、微处理器模块和报警模块，其中电源模块为车载电源；呼吸信号采集模块包括专门用于监测驾驶员呼吸状况的腰带和与腰带相连接的处理电路。

根据本发明的优选实施方式，专门用于监测驾驶员呼吸状况的腰带由两层金属电极以及中间的弹性绝缘物质组成。

根据本发明的优选实施方式，专门用于监测驾驶员呼吸状况的腰带带有腰带接口，该腰带接口与车座上的车座接口相连。

根据本发明的优选实施方式，微处理器模块采用DSP控制芯片。

根据本发明的优选实施方式，报警模块采用声光报警形式。

本发明还提出一种利用所述的系统监测汽车驾驶员疲劳的方法，包括以下步骤：

A.将采集到的呼吸信号经AD转换，转化为数字信号；

B.将呼吸数字信号经过经验模态分解，去除白噪声信号，得到包含较少干扰信号的呼吸信号；

C.对上述经过处理的呼吸信号进行时域分析，提取呼吸信号的周期、幅值以及打哈欠情况；

D.实时计算呼吸信号的周期、幅值及打哈欠个数，根据这三个量的变化情况判断驾驶员是否疲劳。

本系统的电源模块采用将车载的12V直流电转化为5V，使用带USB的车载点烟器，所提供的电源平稳，滤波效果好，将该5V电源再经过滤波处理，作为整个控制系统的供电电源。

呼吸信号采集模块使用专门用于呼吸监测的智能腰带。该腰带的结构是由两侧金属电极以及一层绝缘弹性物质组成，组成变极距型电容传感器，当驾驶员呼吸时，电极中间的绝缘物质受力收缩，两电极之间的距离发生变化，导致电容值发生变化，通过监测电容值的变化来监测驾驶员的呼吸状况。

信号处理模块采用DSP作为控制芯片，运算速度快，能够实现实时对采集到的信号进行处理。

报警模块采用声光报警，当驾驶员正常驾驶时，系统亮绿灯，当判定驾驶员处于疲劳临界状态时，亮黄灯。当判断驾驶员处于疲劳状态，亮红灯，同时蜂鸣器发出声音，及时提醒驾驶员安全驾驶。

呼吸信号的组成成分非常复杂，对其进行时域分析时，呼吸间隔提取很容易存在误差，因此该系统对采集到的呼吸信号进行经典模态分解，将原始信号分解为白噪声信号和呼吸信号和，去除噪声信号得到呼吸信号，然后进行时域分析。采用波形法，对采集到的信号寻极值，判定波峰，波谷。再根据一定的阈值条件判定有效地波形，根据有效的波形计算波形周期，得到呼吸频率，同时求得有效呼吸波形的幅值。打哈欠是疲劳的重要表现，通过分析呼吸信号中哈欠信号的个数来判断打哈欠情况。通过计算呼吸周期、幅值以及打哈欠个数来判定驾驶员的疲劳状态。

附图说明

图1为基于人体呼吸信号的汽车驾驶员疲劳实时监测系统组成示意图；

图2为专用于监测驾驶员呼吸状况的腰带原理结构；

图3为基于人体呼吸信号的汽车驾驶员疲劳实时监测系统结构示意图；

图4为呼吸信号原始输出波形；

图5为经过处理的呼吸信号输出波形；

图6呼吸信号经验模态分解结果；

图7呼吸信号时域分析；

图8含有哈欠的呼吸信号波形。

具体实施方式