基于心生理信号的驾驶警示方向盘套装置及信号检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于心生理信号的驾驶警示方向盘套装置及信号检测方法。包括信号检测模块，数据传输模块，数据处理模块三大部分，信号检测模块中的传感器根据驾驶员置于方向盘上的双手检测其心生理信号，并将采集的心生理信号发送给数据传输模块，数据传输模块将心生理信号传输给数据处理模块，数据处理模块对接收的信号数据进行存储、分析和预警，同时提出一种检测异常状态的方法，即构建自适应神经网络，实时判定当前驾驶状态与正常状态的差异大小和异常值鉴定，根据误差值做出分级预警决策。本发明专利技术实用性高，辅助数据判别奇异，准确性高，检测结果可靠性高，智能性高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于智慧交通领域，具体是一种基于心生理信号的驾驶警示的方向盘套装置及信号检测方法。
技术介绍
作为道路交通系统的信息处理者、决策者、调节者和控制者，驾驶员是人一车一路-环境系统中最关键、最复杂的组成部分。各国所有交通事故完全由人因引起的比例，联邦德国为82％、巴西75％、匈牙利74％、意大利41％、波兰96％；考虑人因与车-路-环境的共同作用，直接或间接由人因引起的交通事故比例高达92.7％。因此，人因(包含驾驶员)已成为各国交通安全研究的热点与重点。在诸多人因中，驾驶员的异常状态或行为，如超速、疲劳、酒驾、分心、路怒、心生理疾病等，是道路交通事故的主要致因。对于超速和酒驾，易于检测并取证，通过完善交通安全管理立法与执法，已经得到较好的管控效果。随着汽车出行半径增大，长途驾驶疲劳问题加剧；智能手机及其与车辆的互联功能，在增强了驾驶娱乐性同时，增加了分心驾驶的概率。但是，对于疲劳、分心、路怒或心生理疾病等异态或行为，其“症状”具有强隐蔽性，通过非接触式检测设备难以监测，且“症状”恢复快，人为执法取证困难。这类难以监测取证的驾驶员异态或行为，虽然具有公认潜在危险性，但目前对其管理与预警手段相对匮乏。随着科技的发展，各国出现了对驾驶员疲劳、酒驾、分心等异常行为进行检测或者进行人车交互的仪器设备或者，如疲劳预警仪、可穿戴智能设备、生理健康检测仪等。除部分基于图像处理的疲劳预警仪外，其它驾驶员状态或行为监测手段存在共同的缺陷：特定实验条件，需穿戴或与人体接触，难以实现对驾驶员自然驾驶状态的无干扰实时检测功能。因此，自然驾驶状态下的驾驶员状态监测及其成果利用成为学者和车企研发的重点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于心生理信号的驾驶警示的方向盘套装置及其心生理信号检测方法。通过驾驶员置于方向盘的双手检测驾驶员心电、皮电、肌电等心生理指标，使第一时间判断驾驶员驾驶状态，若出现异常则分级预警。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于心生理信号的驾驶警示方向盘套装置，包括信号检测模块，数据传输模块，数据处理模块三大部分；其中，信号检测模块与数据传输模块相连，检测模块将采集的心生理信号发送给数据传输模块；数据传输模块与数据处理模块相连，数据传输模块将心生理信号传输给数据处理模块，数据处理模块再对信号数据进行存储、分析和预警；信号检测模块包括传感器、放大器、A/D转换和微处理控制模块，其中，传感器与放大器相连，放大器将传感器原始输出信号放大；放大器与A/D转换相连，A/D转换将放大的模拟信号转换为数字信号；A/D转换与微处理控制模块相连，微处理控制模块对获取信号进行预处理；数据传输模块为PDA通信蓝牙模块；数据处理模块包括数据存储模块，数据分析模块，安全预警模块；数据存储模块，存储采集到的心生理信号数据；数据分析模块，根据获取的心生理信号数据进行驾驶员心生理状态分析，并作出决策；安全预警模块，根据不同决策进行分级预警。传感器根据驾驶员置于方向盘上的双手检测其心生理信号，包括固态压阻传感器(型号Dynisco)，光电血氧饱和度传感器(型号EPM2001)，贴片式心电电极(型号HKD-10A)，温度传感器(型号MS12)，皮肤电反应电极(型号yh-1)，血压传感器(型号BPS-BTA)，肌电传感器(型号IC621)；其中，固态压阻传感器，检测脉搏波；光电血氧饱和度传感器，检测血氧饱和度；贴片式心电电极，检测心电参数；温度传感器，检测体温；皮肤电反应电极，检测皮电参数；血压传感器，检测血压值；肌电传感器，检测皮肤表面肌电参数；传感器检测心生理信号数据参数，包括关键参数和辅助参数；其中，关键参数根据显著性差异判别驾驶员是否处于异常驾驶状态，包括脉搏、心电、皮电、肌电；辅助参数辅助参考检测结果是否为异常值，包括血氧饱和度、体温、血压。一种基于心生理信号的检测方法，利用传感器采集到的驾驶员心生理信号数据，进行驾驶状态检测，当检测到驾驶员处于异常驾驶状态时，针对不同的异常状态对驾驶员进行分等级的安全预警；具体执行过程如下：步骤一：数据预处理，获取开始一段时间T的心生理信号数据，T一般在10～20分钟之间，采样间隔为t，采样点的总个数为N＝T/t；分别对传感器获取的脉搏波、血氧饱和度、心电参数、体温、皮电参数、血压和肌电参数进行预处理，获取各参数均值E与方差D； E = 1 N Σ i = 1 N | X i | ]]> D = 1 N - 1 Σ i = 1 N ( X i - 1 N Σ i = 1 N X i ) 2 ]]>其中，N为采样点的总个数；Xi分别为第i次采样点的脉搏波速度、血氧饱和度、心电、体温、皮电参数、血压和肌电参数。步骤二：模拟信号转换为数字信号；A/D转换模块将所采集的脉搏波速度、血氧饱和度、心电、体温、皮电参数、血压和肌电参数等模拟信号从介于Vmin和Vmax的正比于原始信号的电压信号转换为数字信号，具体转换表达式为： V i = D ( V r + - V r - ) 2 n - 1 + V r - ]]>其中，Vi为输入模拟电压信号，包括所采集的脉搏波速度、血氧饱和度、心电、体温、皮电参数、血压和肌电参数等；Vr-为参考低电平；Vr+为参考高电平；D为转换后的数字量；n为模拟转换的位数。步骤三：构建基于关键参数的自适应RBP神经网络；输入向量为：Xm＝{D1,D2,D3,D4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于心生理信号的驾驶警示方向盘套装置，其特征在于：包括信号检测模块、数据传输模块和数据处理模块三大部分；信号检测模块与数据传输模块相连，将采集的心生理信号发送给数据传输模块；数据传输模块与数据处理模块相连，将心生理信号传输给数据处理模块；数据处理模块，对接收的信号数据进行存储、分析和预警。

【技术特征摘要】
1.一种基于心生理信号的驾驶警示方向盘套装置，其特征在于：包括信号检测模块、数据传输模块和数据处理模块三大部分；信号检测模块与数据传输模块相连，将采集的心生理信号发送给数据传输模块；数据传输模块与数据处理模块相连，将心生理信号传输给数据处理模块；数据处理模块，对接收的信号数据进行存储、分析和预警。2.根据权利要求1所述的基于心生理信号的驾驶警示方向盘套装置，其特征在于：所述信号检测模块包括传感器、放大器、A/D转换和微处理控制模块；传感器与放大器相连，将传感器原始输出信号放大；放大器与A/D转换相连，将放大的模拟信号转换为数字信号；A/D转换与微处理控制模块相连，对获取信号进行预处理。3.根据权利要求1所述的基于心生理信号的驾驶警示方向盘套装置，其特征在于：所述数据传输模块为PDA通信蓝牙模块。4.根据权利要求1所述的基于心生理信号的驾驶警示方向盘套装置，其特征在于：所述数据处理模块包括数据存储模块、数据分析模块和安全预警模块；数据存储模块，存储采集到的心生理信号数据；数据分析模块，根据获取的心生理信号数据进行驾驶员心生理状态分析，并作出决策；安全预警模块，根据不同决策进行分级预警。5.根据权利要求1或4所述的基于心生理信号的驾驶警示方向盘套装置，其特征在于：所述数据分析模块利用信号检测模块获取的关键参数构建自适应RBP神经网络，通过实时比对平均绝对相对误差判别驾驶状态，并利用信号检测模块获取的辅助参数进行异常值分析，将预警决策发送给安全预警模块。6.根据权利要求1或4所述的基于心生理信号的驾驶警示方向盘套装置，其特征在于：所述的安全预警模块接收数据分析模块指令，根据所得平均绝对相对误差值进行分级预警，所述等级由高到低分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三等。7.根据权利要求2所述的基于心生理信号的驾驶警示方向盘套装置，其特征在于：所述传感器根据驾驶员置于方向盘上的双手检测其心生理信号，包括固态压阻传感器、光电血氧饱和度传感器、贴片式心电电极、温度传感器、皮肤电反应电极、血压传感器和肌电传感器，安装于方向盘套圆周内；固态压阻传感器，用于检测脉搏波；光电血氧饱和度传感器，用于检测血氧饱和度；贴片式心电电极，用于检测心电参数；温度传感器，用于检测体温；皮肤电反应电极，用于检测皮电参数；血压传感器，用于检测血压值；肌电传感器，用于检测皮肤表面肌电参数。8.根据权利要求7所述的基于心生理信号的驾驶警示方向盘套装置，其特征在于：所述传感器检测心生理信号数据参数包括关键参数和辅助参数；关键参数，根据显著性差异判别驾驶员是否处于异常驾驶状态，包括脉搏、心电、皮电、肌电；辅助参数，辅助参考检测结果是否为异常值，包括血氧饱和度、体温、血压。9.一种基于权利要求1所述的基于心生理信号的驾驶警示方向盘套装置的心生理信号检测方法，其特征在于：利用传感器采集到的驾驶员心生理信号数据，进行驾驶状态检测，当检测到驾驶员处于异常驾驶状态时，针对不同的异常状态对驾驶员进行分等级的安全预警；具体执行过程如下：步骤一：数据预处理，获取开始一段时间T的心生理信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭唐仪，姜雪娇，郭进，朱周，葛徐婷，朱云霞，邵飞，刘康，吴中山，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32