基于多传感器融合的人体生理状态检测智能头盔及系统技术方案

本发明专利技术涉及基于多传感器融合的人体生理状态检测智能头盔及系统，所述头盔设有：用于检测人体的加速度、速度以及位移的运动轨迹检测单元；用于采集人体肌电信号的肌电传感传感器；用于采集人体体温的体温传感器；用于采集人体脉搏波信号放热脉搏波传感器以及中央处理单元；中央处理单元用于根据肌电信号、体温以及脉搏波信号计算人体生理参数，根据加速度、速度以及位移计算人体运动轨迹，并将人体生理参数和运动轨迹发送给智能终端进行报警。户外运动者佩戴本发明专利技术的智能头盔能够随时根据智能头盔进行精确跟踪定位和生理参数的检测，及时上传数据到智能终端，当生理参数出现异常变化时，能触发预警并且第一时间让其他人收到定位和异常信息。

Intelligent helmet and system based on multi-sensor fusion for human physiological state detection

The present invention relates to the human physiological state of multi-sensor fusion detection system based on intelligent helmet and the helmet, is: for the detection of the acceleration, velocity and displacement of the motion detection unit for sensing sensor; EMG acquisition human EMG signals for temperature sensor acquisition; body temperature; used for collecting the pulse wave signal exothermic pulse wave the sensor and the central processing unit; the central processing unit is used for calculating the physiological parameters according to the EMG signal, body temperature and pulse wave signal, according to the acceleration, velocity and displacement calculation of human motion trajectory, and transmits the human physiological parameters and trajectory to the intelligent terminal alarm. Intelligent outdoor sports wear helmet of the invention can accurately tracking the location and physiological parameters based on the intelligent helmet, timely upload data to the intelligent terminal, when the abnormal changes in physiological parameters, can trigger early warning and the first time to let other people receive location and abnormal information.

【技术实现步骤摘要】
基于多传感器融合的人体生理状态检测智能头盔及系统
本专利技术属于体域网
，具体涉及一种基于多传感器融合的人体生理状态检测智能头盔及系统。
技术介绍
智能头盔属于可穿戴设备范畴，是一种由电子技术，计算机技术，网络通信技术和信号处理技术融合而成的体域网技术智能设备。智能头盔最早起源于GPS定位系统，当时为了给用户解决具体工程需求，在原有定位功能基础上，系统附加提供位置信息，安全判定，服务帮助判断和语音通讯等功能。智能头盔不仅简单的提供用户实时GPS信息及用户周围图像信息，还提供所采集信息的深度计算，自动获取周围道路情况，环境情况等功能。目前，智能头盔主要应用于运动健康、抢险救灾、车辆安全、工程施工和军事等领域。主要起到防护人体头部、视频采集、导航提示和佩戴者心率及血氧数据等作用。在不同的垂直应用领域，对智能头盔的功能需求有较大差别。在运动健康领域，主要关注头盔的运动防护，人体生理参数检测，导航指示，语音提示等功能。在抢险救灾领域，智能头盔主要提供头部防护，照明，通讯，防护等功能。在工程施工领域，智能头盔主要提供头部防护，施工图像采集和语音对讲功能。运动健康领域的智能头盔主要提供心率监测，血氧监测，视频采集，道路交通预警，语音通讯，导航指示，情感分析，卡路里消耗等功能。现有专利及产品主要针对头盔周围环境信息及头盔使用者生理信息进行采集，采集信息种类不全，无法对使用者当前状态进行有效评价，并且未对所采集的数据进行深层次分析及理解。运动健康领域的核心研究对象是人体本身，研究重点为人体体域内当前状态检测和未来状态评估、人与所处环境状态、人与环境交互情况。人体与周围环境均为复杂时变系统，单一传感器或者少数传感器，很难对人体状态及周围环境状态做出尽可能的准确评估。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于多传感器融合的人体生理状态检测智能头盔及系统，可同时对多种生理参数进行采集和计算、有效的分析生理状态、判断运动疲劳状态。本专利技术提供一种基于多传感器融合的人体生理状态检测智能头盔，所述智能头盔设有：运动轨迹检测单元，用于检测人体的加速度、速度以及位移；肌电传感器，用于采集人体肌电信号；体温传感器，用于采集人体体温；脉搏波传感器，用于采集人体脉搏波信号；中央处理单元，用于根据肌电信号、体温以及脉搏波信号计算人体生理参数；用于根据加速度、速度以及位移计算人体运动轨迹，并将人体生理参数和运动轨迹发送给智能终端进行报警。在本专利技术的基于多传感器融合的人体生理状态检测智能头盔中，所述中央处理单元包括：中央处理器，用于根据肌电信号、体温以及脉搏波信号计算人体生理参数；根据加速度、速度以及位移计算人体运动轨迹；蓝牙模块，与所述中央处理器相连接，用于实现与智能终端通信；GPRS模块，与所述中央处理器相连接，用于实现佩戴者定位。在本专利技术的基于多传感器融合的人体生理状态检测智能头盔中，所述运动轨迹检测单元包括：三轴加速度计，与中央处理器相连接用于检测人体的加速度；磁传感器，与中央处理器相连接用于检测人体的速度；三轴陀螺仪，与中央处理器相连接用于检测人体的位移。在本专利技术的基于多传感器融合的人体生理状态检测智能头盔中，所述生理参数包括：心率、呼吸率、心率变异性、心搏出量、心输出量、血压、平均压以及外周阻力。在本专利技术的基于多传感器融合的人体生理状态检测智能头盔中，所述智能头盔内侧设有两个脉搏波传感器，分别设置于头盔的前端的左右两侧，以贴合人体额头皮肤。在本专利技术的基于多传感器融合的人体生理状态检测智能头盔中，所述体温传感器和肌电传感器设置于两个脉搏波传感器之间。在本专利技术的基于多传感器融合的人体生理状态检测智能头盔中，所述智能头盔还设有与所述中央处理器相连接的用于播报路径导航信息和人体运动状态的语音传感器。在本专利技术的基于多传感器融合的人体生理状态检测智能头盔中，所述智能头盔还设有与所述中央处理器相连接的两个用于接收语音播报信息的骨传导耳机，分别贴合头骨设置于左右两个脉搏波传感器的外侧。在本专利技术的基于多传感器融合的人体生理状态检测智能头盔中，所述智能头盔后部还设有摄像头，所述摄像头与所述中央处理器相连接，用于拍摄佩戴者后方的实时视频。本专利技术还提供一种基于多传感器融合的人体生理状态检测系统，包括：运动轨迹检测单元，用于检测人体的加速度、速度以及位移；肌电传感器，用于采集人体肌电信号；体温传感器，用于采集人体体温；脉搏波传感器，用于采集人体脉搏波信号；中央处理单元，用于根据肌电信号、体温以及脉搏波信号计算人体生理参数；用于根据加速度、速度以及位移计算人体运动轨迹，并将人体生理参数和运动轨迹发送给智能终端进行报警；智能终端，用于接收人体生理参数和运动轨迹，当生理参数出现异常时进行报警。本专利技术的一种基于多传感器融合的人体生理状态检测智能头盔及系统，可同时对多种生理参数进行采集和计算、有效的分析生理状态、判断运动疲劳状态。佩戴本专利技术智能头盔的户外运动者能够根据摄像头了解背后是否存在危险，随时根据智能头盔进行精确跟踪定位和生理参数的检测，及时上传数据到智能手机上，当生理参数出现异常变化时，能触发预警并且第一时间让其他人收到定位和异常信息。该智能头盔具有结构简单、计算量小、实时性高、能耗小等特点。附图说明图1是本专利技术的基于多传感器融合的人体生理状态检测智能头盔的框图；图2是本专利技术的基于多传感器融合的人体生理状态检测智能头盔的左视图；图3是本专利技术的基于多传感器融合的人体生理状态检测智能头盔的俯视图；图4为坐标系转换图；图5a为原始脉搏波图；图5b为去噪后的脉搏波图；图5c为基线图；图5d为去基线漂移之后的脉搏波图；图6为加速度脉搏波图；图7分段幅值阈值法获取主峰图。具体实施方式如图1所示本专利技术提供了一种基于多传感器融合的人体生理状态检测智能头盔，智能头盔设有：运动轨迹检测单元、肌电传感器9、体温传感器10、脉搏波传感器11以及中央处理单元。运动轨迹检测单元，用于检测人体的加速度、速度以及位移。肌电传感器9，用于采集人体肌电信号。体温传感器10，用于采集人体体温。脉搏波传感器11，用于采集人体脉搏波信号。中央处理单元，用于根据肌电信号、体温以及脉搏波信号计算人体生理参数；根据加速度、速度以及位移计算人体运动轨迹，并将人体生理参数和运动轨迹发送给智能终端进行报警。中央处理单元包括：中央处理器12、蓝牙模块5以及GPRS模块6。中央处理器12，用于根据肌电信号、体温以及脉搏波信号计算人体生理参数。生理参数具体包括：心率、呼吸率、心率变异性、心搏出量、心输出量、血压、平均压以及外周阻力。中央处理器12还用于根据加速度、速度以及位移计算人体运动轨迹。中央处理器12每10秒采集一次各传感器的数据，并计算人体生理参数和运动轨迹。蓝牙模块5与中央处理器12相连接，用于实现与智能终端通信。GPRS模块6与中央处理器12相连接，用于实现佩戴者定位。运动轨迹检测单元包括：三轴加速度计1、磁传感器2和三轴陀螺仪3。三轴加速度计1与中央处理器12相连接用于检测人体的加速度。磁传感器2与中央处理器12相连接用于检测人体的速度。三轴陀螺仪3与中央处理器12相连接用于检测人体的位移。具体实施时，如图2和图3所示，智能头盔内侧设有两个脉搏波传感器11，分别与中央处理器12相连接，设置于头盔的前端的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多传感器融合的人体生理状态检测智能头盔，其特征在于，所述智能头盔设有：运动轨迹检测单元，用于检测人体的加速度、速度以及位移；肌电传感器，用于采集人体肌电信号；体温传感器，用于采集人体体温；脉搏波传感器，用于采集人体脉搏波信号；中央处理单元，用于根据肌电信号、体温以及脉搏波信号计算人体生理参数；用于根据加速度、速度以及位移计算人体运动轨迹，并将人体生理参数和运动轨迹发送给智能终端进行报警。

【技术特征摘要】
1.一种基于多传感器融合的人体生理状态检测智能头盔，其特征在于，所述智能头盔设有：运动轨迹检测单元，用于检测人体的加速度、速度以及位移；肌电传感器，用于采集人体肌电信号；体温传感器，用于采集人体体温；脉搏波传感器，用于采集人体脉搏波信号；中央处理单元，用于根据肌电信号、体温以及脉搏波信号计算人体生理参数；用于根据加速度、速度以及位移计算人体运动轨迹，并将人体生理参数和运动轨迹发送给智能终端进行报警。2.如权利要求1所述的基于多传感器融合的人体生理状态检测智能头盔，其特征在于，所述中央处理单元包括：中央处理器，用于根据肌电信号、体温以及脉搏波信号计算人体生理参数；根据加速度、速度以及位移计算人体运动轨迹；蓝牙模块，与所述中央处理器相连接，用于实现与智能终端通信；GPRS模块，与所述中央处理器相连接，用于实现佩戴者定位。3.如权利要求2所述的基于多传感器融合的人体生理状态检测智能头盔，其特征在于，所述运动轨迹检测单元包括：三轴加速度计，与中央处理器相连接用于检测人体的加速度；磁传感器，与中央处理器相连接用于检测人体的速度；三轴陀螺仪，与中央处理器相连接用于检测人体的位移。4.如权利要求1所述的基于多传感器融合的人体生理状态检测智能头盔，其特征在于，所述生理参数包括：心率、呼吸率、心率变异性、心搏出量、心输出量、血压、平均压以及外周阻力。5.如权利要求1所述的基于多传感器融合的人体生理状态检测智能头盔，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵海，陈星池，江理成，司帅宗，邵士亮，王进法，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21