專利名稱：基于面部皮膚伸縮的疲勞測(cè)試方法與測(cè)試用傳感器及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于人體疲勞狀態(tài)檢測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種疲勞測(cè)試方法與裝置。
背景技術(shù)：
人處于疲勞狀態(tài)不僅工作效率低，而且易出現(xiàn)安全問(wèn)題。尤其是機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)藛T和 高空作業(yè)人員，在疲勞狀態(tài)操作的危險(xiǎn)性更大，輕者造成財(cái)產(chǎn)損失，重者造成人身傷殘， 甚至喪失生命。
關(guān)于人體疲勞狀態(tài)的檢測(cè)，現(xiàn)有技術(shù)主要集中在對(duì)機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)藛T疲勞狀態(tài)的檢 領(lǐng)U，有腦電圖監(jiān)測(cè)法、心率血壓監(jiān)測(cè)法、眼睛閉合時(shí)間監(jiān)測(cè)法、瞳孔測(cè)量法、頭部位移 測(cè)量法、方向盤運(yùn)動(dòng)監(jiān)視等方法(見《機(jī)動(dòng)車駕駛員駕駛狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法研究》，科技情 報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2008年第18巻第3期，李曉明，岳春芳)，其中，腦電圖監(jiān)測(cè)法和心 率血壓監(jiān)測(cè)法屬于對(duì)各類人群普遍適用的方法，研究者也較多，但腦電、心率的變化過(guò) 程極其復(fù)雜，很難構(gòu)建數(shù)學(xué)模型來(lái)準(zhǔn)確表達(dá)其變化規(guī)律，致使檢測(cè)效果的準(zhǔn)確性不能得 到保證。與上述方法對(duì)應(yīng)的疲勞檢測(cè)裝置有專用照相機(jī)、腦電圖儀(見《疲勞駕駛預(yù)警 系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)》，青島理工大學(xué)學(xué)報(bào)，第28巻第3期，2007，孫顯彬、唐 洪偉、文妍)等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于面部皮膚伸縮的疲勞測(cè)試方法與裝置，此種方法和 裝置不僅測(cè)試精度較高，而且使用方便，成本低，便于推廣使用。
人體疲勞時(shí)，有"眼睛眨動(dòng)頻率增高"和"頻繁打哈欠"的生理特征，眼睛頻繁眨 動(dòng)會(huì)牽引眼角皮膚的伸縮，打哈欠會(huì)牽引額部、臉頰皮膚的伸縮。而上述面部皮膚的伸 縮將導(dǎo)致所述皮膚處安裝的傳感器電感值的變化，因而，分析安裝在所述面部皮膚處傳 感器的電感值的變化，就可以判斷人體是否處于疲勞狀態(tài)。
本發(fā)明所述基于面部皮膚伸縮的疲勞測(cè)試方法，根據(jù)上述人體疲勞特征和原理設(shè) 計(jì)，包括以下步驟-
(1)在被測(cè)者的額部或/和眼角或/和臉頰安裝皮膚伸縮測(cè)量傳感器，采集被測(cè)者的 面部皮膚使皮膚伸縮測(cè)量傳感器產(chǎn)生的電感值；(2)分析所述皮膚伸縮測(cè)量傳感器的電感值變化，通過(guò)被測(cè)者的面部皮膚使皮膚 伸縮測(cè)量傳感器產(chǎn)生的電感值變化確定被測(cè)者面部皮膚的伸縮變化，根據(jù)被測(cè)者面部皮 膚的伸縮變化判斷被測(cè)者是否處于疲勞狀態(tài)。
上述方法中，皮膚伸縮測(cè)量傳感器在被測(cè)者額部或/和眼角或/和臉頰的安裝方式優(yōu) 選粘貼。
本發(fā)明所述的皮膚伸縮測(cè)量傳感器由漆包線和膠布組成，漆包線固定在膠布上。
本發(fā)明所述基于面部皮膚伸縮的疲勞測(cè)試裝置，包括至少一組皮膚伸縮前端檢測(cè)電 路、可編程邏輯器件、微處理器和報(bào)警器；皮膚伸縮前端檢測(cè)電路由皮膚伸縮測(cè)量傳感 器、電感測(cè)量電路和比較器組成，皮膚伸縮測(cè)量傳感器的輸出端與電感測(cè)量電路的輸入 端連接，將其因被測(cè)者面部皮膚伸縮而產(chǎn)生的電感值傳送給電感測(cè)量電路，電感測(cè)量電 路的輸出端與比較器的輸入端連接，將來(lái)自皮膚伸縮測(cè)量傳感器的電感信號(hào)轉(zhuǎn)變成正弦 波輸送給比較器，比較器的輸出端與可編程邏輯器件的輸入端連接，將來(lái)自電感測(cè)量電 路的正弦波轉(zhuǎn)換成方波輸送給可編程邏輯器件；可編程邏輯器件的輸出端與微處理器的 輸入端連接，對(duì)來(lái)自比較器的方波進(jìn)行頻率計(jì)數(shù)，并將頻率計(jì)數(shù)值通過(guò)同步串行接口傳 送給微處理器，微處理器以來(lái)自可編程邏輯器件的頻率計(jì)數(shù)值為基礎(chǔ)計(jì)算對(duì)應(yīng)皮膚伸縮 測(cè)量傳感器的電感值并分析所述電感值的變化，根據(jù)皮膚伸縮測(cè)量傳感器的電感值變化 確定被測(cè)者面部皮膚的伸縮變化，根據(jù)被測(cè)者面部皮膚的伸縮變化判斷被測(cè)者是否處于 疲勞狀態(tài)，若被測(cè)者處于疲勞狀態(tài)，則輸出報(bào)警信號(hào)，啟動(dòng)報(bào)警器報(bào)警。
上述裝置中，皮膚伸縮測(cè)量傳感器由漆包線和膠布組成，漆包線固定在膠布上。
上述裝置中，電感測(cè)量電路由壓控振蕩器芯片及其外圍電路構(gòu)成，或?yàn)長(zhǎng)C振蕩 電路。
上述裝置中，報(bào)警器包括蜂鳴器和發(fā)光器件，可同時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警。 本發(fā)明具有以下有益效果
1、 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明為人體疲勞狀態(tài)檢測(cè)提供了一種不同構(gòu)思的方^fe與裝置。
2、 由于人體"眼睛眨動(dòng)頻率增高"和"頻繁打哈欠"的疲勞特征與面部皮膚的伸 縮存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，而面部皮膚的伸縮必然導(dǎo)致所述皮膚處安裝的傳感器的電感值發(fā)生變 化，因而本發(fā)明所述方法測(cè)試精度較高，能夠?qū)Ρ粰z測(cè)者是否處于疲勞狀態(tài)作出準(zhǔn)確的
5判斷。
3、 皮膚伸縮測(cè)量傳感器由漆包線和膠布組成，不僅能滿足疲勞測(cè)試的需要， 而且結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，成本低廉。
4、 本發(fā)明所述方法使用方便，適合于各種人群的疲勞狀態(tài)檢測(cè)。
5、 本發(fā)明所述裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，易于推廣使用。


圖1是本發(fā)明所述基于面部皮膚伸縮的疲勞測(cè)試裝置的一種結(jié)構(gòu)框圖2是本發(fā)明所述基于面部皮膚伸縮的疲勞測(cè)試裝置的又一種結(jié)構(gòu)框圖3是皮膚伸縮前端檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)框圖4是報(bào)警器的一種結(jié)構(gòu)框圖5是皮膚伸縮測(cè)量傳感器的一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖6是皮膚伸縮測(cè)量傳感器的又一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖7是電感測(cè)量電路的一種電原理圖8是電感測(cè)量電路的又一種電原理圖9是可編程邏輯器件中的軟件總框圖10是圖9、圖12中時(shí)鐘產(chǎn)生模塊軟件的框圖11是圖9中頻率計(jì)數(shù)模塊軟件的框圖12是圖9中SPI接口數(shù)據(jù)合成模塊軟件的框圖13是SPI數(shù)據(jù)的時(shí)序圖，圖中，傳感器號(hào)代表皮膚伸縮測(cè)量傳感器，頻率計(jì)數(shù)
值代表10毫秒內(nèi)的與皮膚伸縮測(cè)量傳感器相關(guān)的信號(hào)的頻率計(jì)數(shù)； 圖14是微處理器的軟件框圖15是皮膚伸縮測(cè)量傳感器在被測(cè)者面部安裝的一種示意圖，皮膚伸縮測(cè)量傳感 器安裝在被測(cè)者額部；
圖16是皮膚伸縮測(cè)量傳感器在被測(cè)者面部安裝的另一種示意圖，兩皮膚伸縮測(cè)量 傳感器分別安裝在被測(cè)者的兩眼角；
圖17是皮膚伸縮測(cè)量傳感器在被測(cè)者面部安裝的又一種示意圖，兩皮膚伸縮測(cè)量 傳感器分別安裝在被測(cè)者的兩臉頰且靠近嘴角處；
圖18是皮膚伸縮測(cè)量傳感器在被測(cè)者面部安裝的再一種示意圖，五皮膚伸縮測(cè)量 傳感器分別安裝在被測(cè)者的額部、兩眼角和兩臉頰且靠近嘴角處。
圖中，l一皮膚伸縮前端檢測(cè)電路、2—可編程邏輯器件、3—微處理器、4一報(bào)警器、 5—皮膚伸縮測(cè)量傳感器、6—電感測(cè)量電路、7—比較器、8—蜂鳴器、9—發(fā)光器件、 IO—漆包線、ll一膠布。實(shí)施例l
本實(shí)施例中，基于面部皮膚伸縮的疲勞測(cè)試裝置如圖2所示，包括五組皮膚伸縮前 端檢測(cè)電路l-l、 1-2、 1-3、 1-4、 1-5，可編程邏輯器件2，微處理器3和報(bào)警器4。
各組皮膚伸縮前端檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)如圖3所示，由皮膚伸縮測(cè)量傳感器5、電感測(cè) 量電路6和比較器7組成。皮膚伸縮測(cè)量傳感器5的結(jié)構(gòu)如圖5所示，由漆包線10 和膠布ll組成，漆包線10固定在膠布11上，且按首尾相接、開口相反的 "U"形形狀均勻排列。電感測(cè)量電路6的電原理圖如圖7所示，該電路的核心器 件是motorola公司生產(chǎn)的型號(hào)為MC1648的壓控振蕩器芯片，利用該芯片的壓控特性， 在其輸出端3腳產(chǎn)生頻率信號(hào)，以間接測(cè)量待測(cè)電感的值；BB809是變?nèi)荻O管，用電 位器進(jìn)行分壓,調(diào)節(jié)所述電位器可獲得不同的輸出電壓，該電壓通過(guò)電阻加到變?nèi)荻O 管BB809上，可獲得不同的電容量，設(shè)變?nèi)荻O管電容值為C，測(cè)量未知電感L時(shí)，只 需將其接到電路的A、 B端，電路諧振，在輸出端3腳輸出一定頻率的正弦波振蕩信號(hào)。 比較器7由MAXIM公司生產(chǎn)，型號(hào)為MAX4104 (其電路設(shè)計(jì)參考MAXIM 公司網(wǎng)站設(shè)計(jì)參考以及相關(guān)數(shù)據(jù)手冊(cè))。
可編程邏輯器件2由ALTER公司生產(chǎn)，型號(hào)為EPM570(其電路設(shè)計(jì)參考 ALTERA公司網(wǎng)站設(shè)計(jì)參考以及相關(guān)數(shù)據(jù)手冊(cè))；可編程邏輯器件2中安裝有 如圖9所示的軟件模塊100HZ時(shí)鐘產(chǎn)生模塊、頻率計(jì)數(shù)模塊和SPI接口數(shù)據(jù)合成模塊。 100HZ時(shí)鐘產(chǎn)生模塊的流程如圖10所示，產(chǎn)生100HZ時(shí)鐘時(shí)，設(shè)翻轉(zhuǎn)值=499999，則 每出現(xiàn)500000(0-499999)個(gè)100MHZ時(shí)鐘上沿時(shí)，輸出信號(hào)反相一次，就產(chǎn)生了 100HZ 時(shí)鐘。頻率計(jì)數(shù)模塊的流程如圖ll所示，其功能是計(jì)算100HZ時(shí)鐘兩個(gè)上沿間輸入信 號(hào)的計(jì)數(shù)值，并將計(jì)數(shù)值存儲(chǔ)為頻率計(jì)數(shù)值，輸入信號(hào)的頻率等于頻率計(jì)數(shù)值乘100。 SPI接口數(shù)據(jù)合成模塊的流程如圖12所示，在時(shí)鐘模塊中設(shè)置翻轉(zhuǎn)值等于49999，則得 到1000HZ時(shí)鐘信號(hào)，1000HZ時(shí)鐘信號(hào)輸入3位循環(huán)計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器依次輸出0、 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7，根據(jù)輸出值，按圖13所示的SPI時(shí)序圖構(gòu)造SPI數(shù)據(jù)(SPI接口由SDATA、 SCK、SL三個(gè)信號(hào)線組成，當(dāng)SL為低表示串口開始，SDATA信號(hào)由3bit傳感器號(hào)和13bit 頻率計(jì)數(shù)值組成)，并將SPI數(shù)據(jù)送到微處理器。
微處理器3由TI公司生產(chǎn)，型號(hào)為TMS320F2812 (其電路設(shè)計(jì)參考TI 公司網(wǎng)站設(shè)計(jì)參考以及相關(guān)數(shù)據(jù)手冊(cè))；微處理器3中安裝有如圖14所示的軟 件模塊，以來(lái)自可編程邏輯器件的頻率計(jì)數(shù)值為基礎(chǔ)，通過(guò)公式
7計(jì)算對(duì)應(yīng)皮膚伸縮測(cè)量傳感器的電感值并分析所述電感值的變化，根據(jù)皮膚伸縮測(cè)量傳 感器的電感值變化確定被測(cè)者面部皮膚的伸縮變化，根據(jù)被測(cè)者面部皮膚的伸縮變化判 斷被測(cè)者是否處于疲勞狀態(tài)，若被測(cè)者處于疲勞狀態(tài)，則輸出報(bào)警信號(hào)，啟動(dòng)報(bào)警器報(bào) 警。
報(bào)警器4的結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括蜂鳴器8和發(fā)光器件9，發(fā)光器件9選用發(fā)光二 極管，當(dāng)接收到微處理器3的報(bào)警信號(hào)后，進(jìn)行聲光報(bào)警。
將上述疲勞測(cè)試裝置的皮膚伸縮測(cè)量傳感器5粘貼在被測(cè)者的額部或/和眼角或/和 臉頰(粘貼部位如圖15、 16、 17、 18所示)，然后接通電源，使該裝置處于工作狀態(tài)， 則可采集被測(cè)者的面部皮膚使皮膚伸縮測(cè)量傳感器產(chǎn)生的電感值并對(duì)所述皮膚伸縮測(cè) 量傳感器的電感值變化進(jìn)行分析，通過(guò)被測(cè)者的面部皮膚使皮膚伸縮測(cè)量傳感器產(chǎn)生的 電感值變化確定被測(cè)者面部皮膚的伸縮變化，根據(jù)被測(cè)者面部皮膚的伸縮變化判斷被測(cè) 者是否處于疲勞狀態(tài)。
本實(shí)施例中的疲勞測(cè)試裝置有五個(gè)皮膚伸縮測(cè)量傳感器，測(cè)試時(shí)，既可部分使用， 也可全部使用。
實(shí)施例2
本實(shí)施例中，基于面部皮膚伸縮的疲勞測(cè)試裝置如圖1所示，與實(shí)施例不同之處是
1、 皮膚伸縮前端檢測(cè)電路為一組；
2、 皮膚伸縮測(cè)量傳感器5的結(jié)構(gòu)如圖6所示，漆包線呈線圈狀固定在膠布上；
3、 電感測(cè)量電路6的電原理圖如圖8所示，為L(zhǎng)C振蕩電路，微處理器3通過(guò)公
i r1『2 i
式/ = ~~^= c = 二 : z = 7T7"Wr計(jì)算對(duì)應(yīng)皮膚伸縮測(cè)量傳感器的電
感值并分析所述電感值的變化。
權(quán)利要求
1、一種基于面部皮膚伸縮的疲勞測(cè)試方法，其特征是包括以下步驟(1)在被測(cè)者的額部或/和眼角或/和臉頰安裝皮膚伸縮測(cè)量傳感器，采集被測(cè)者的面部皮膚使皮膚伸縮測(cè)量傳感器產(chǎn)生的電感值；(2)分析所述皮膚伸縮測(cè)量傳感器的電感值變化，通過(guò)被測(cè)者的面部皮膚使皮膚伸縮測(cè)量傳感器產(chǎn)生的電感值變化確定被測(cè)者面部皮膚的伸縮變化，根據(jù)被測(cè)者面部皮膚的伸縮變化判斷被測(cè)者是否處于疲勞狀態(tài)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于面部皮膚伸縮的疲勞測(cè)試方法，其特征是皮膚伸縮 測(cè)量傳感器在被測(cè)者額部或/和眼角或/和臉頰的安裝方式為粘貼。
3、 一種皮膚伸縮測(cè)量傳感器，其特征在于由漆包線(10)和膠布(11)組成， 漆包線(10)固定在膠布(11)上。
4、 一種基于面部皮膚伸縮的疲勞測(cè)試裝置，其特征是包括至少一組皮膚伸縮前端 檢測(cè)電路(1)、可編程邏輯器件(2)、微處理器(3)和報(bào)警器(4);皮膚伸縮前端檢測(cè)電路(1)由皮膚伸縮測(cè)量傳感器(5)、電感測(cè)量電路(6)和比 較器(7)組成，皮膚伸縮測(cè)量傳感器(5)的輸出端與電感測(cè)量電路(6)的輸入端連 接，將其因被測(cè)者面部皮膚伸縮而產(chǎn)生的電感值傳送給電感測(cè)量電路(6)，電感測(cè)量電 路(6)的輸出端與比較器(7)的輸入端連接，將來(lái)自皮膚伸縮測(cè)量傳感器的電感信號(hào) 轉(zhuǎn)變成正弦波輸送給比較器(7)，比較器(7)的輸出端與可編程邏輯器件(2)的輸入 端連接，將來(lái)自電感測(cè)量電路的正弦波轉(zhuǎn)換成方波輸送給可編程邏輯器件(2);可編程邏輯器件(2)的輸出端與微處理器(3)的輸入端連接，對(duì)來(lái)自比較器的方 波進(jìn)行頻率計(jì)數(shù)，并將頻率計(jì)數(shù)值通過(guò)同步串行接口傳送給微處理器，微處理器(3) 以來(lái)自可編程邏輯器件的頻率計(jì)數(shù)值為基礎(chǔ)計(jì)算對(duì)應(yīng)皮膚伸縮測(cè)量傳感器的電感值并 分析所述電感值的變化，根據(jù)皮膚伸縮測(cè)量傳感器的電感值變化確定被測(cè)者面部皮膚的 伸縮變化，根據(jù)被測(cè)者面部皮膚的伸縮變化判斷被測(cè)者是否處于疲勞狀態(tài)，若被測(cè)者處 于疲勞狀態(tài)，則輸出報(bào)警信號(hào)，啟動(dòng)報(bào)警器報(bào)警；所述皮膚伸縮測(cè)量傳感器(5)由漆包線(10)和膠布(11)組成，漆包線 (10)固定在膠布(11)上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于面部皮膚伸縮的疲勞測(cè)試裝置，其特征是電感測(cè)量電路(6)由壓控振蕩器芯片及其外圍電路構(gòu)成。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于面部皮膚伸縮的疲勞測(cè)試裝置，其特征是電感測(cè) 量電路(6)為L(zhǎng)C振蕩電路。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4或5或6所述的基于面部皮膚伸縮的疲勞測(cè)試裝置，其特征 是報(bào)警器包括蜂鳴器(8)和發(fā)光器件(9)。
全文摘要
一種基于面部皮膚伸縮的疲勞測(cè)試方法，其特征是包括以下步驟(1)在被測(cè)者的額部或/和眼角或/和臉頰安裝皮膚伸縮測(cè)量傳感器，采集被測(cè)者的面部皮膚使皮膚伸縮測(cè)量傳感器產(chǎn)生的電感值；(2)分析所述皮膚伸縮測(cè)量傳感器的電感值變化，通過(guò)被測(cè)者的面部皮膚使皮膚伸縮測(cè)量傳感器產(chǎn)生的電感值變化確定被測(cè)者面部皮膚的伸縮變化，根據(jù)被測(cè)者面部皮膚的伸縮變化判斷被測(cè)者是否處于疲勞狀態(tài)。一種基于面部皮膚伸縮的疲勞測(cè)試裝置，包括至少一組皮膚伸縮前端檢測(cè)電路、可編程邏輯器件、微處理器和報(bào)警器。
文檔編號(hào)A61B5/16GK101438961SQ20081014790
公開日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2008年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月18日
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