一种基于脑机接口的疲劳驾驶监测终端

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一种基于脑机接口的疲劳驾驶监测终端\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及一种监测终端，尤其是涉及一种基于脑机接口的疲劳驾驶监测终端。\n背景技术\n[0002] 近年来，随着汽车保有量的增加和公路建设规模的扩大，交通事故等问题日益突出。中国是世界上人口最多的国家，道路交通事故死亡人数也是全世界最高的国家，连续数年一直居世界第一位。司机冒险疲劳驾驶，无疑会对自己和乘客的安全带来隐患。驾驶疲劳的研究分为主观和客观两种方法，主观的研究方法有主观调查表、驾驶员自我记录、睡眠习惯调查表、斯坦福睡眠尺度表四种。客观的研究方法有脑电图、眼电图、肌电图、呼吸气流、呼吸效果、动脉血液氧饱和时的温度和心电图等测量方法。尽管上述方法的驾驶疲劳判定结果是比较准确的，但由于上述方法一般是在驾驶前或驾驶后进行测量的，因而是超前或滞后的，而非实时的，况且在驾驶室有限的空间内安置复杂的检测仪器也是十分困难的；而且，驾驶员脱离驾驶室或未进入驾驶室的精神状态是不同的，再精确的仪器的测量结果也会大受影响。\n[0003] 脑电波控制技术在生物医学，计算机等领域成为近年来的热点研究之一。传统的皮下脑波采集方法，既复杂，又不方便，因此很难推广到其它领域。目前，在国内脑机接口技术正处于发展起步阶段，相关的研究还比较少。TGAM(ThinkGear AM)模块是美国NeuroSky(神念科技)公司为大众市场应用所设计的脑波传感器ASIC模块，也称TGAM脑电模块。此TGAM(ThinkGear AM)模块可以处理并输出脑波频率谱、脑电信号质量、原始脑电波和三个Neurosky的eSense参数：专注度，放松度和眨眼侦测。TGAM(ThinkGear AM)模块和人体的界面只需一个简单的干接触点，所以可以很容易的运用于玩具、视频游戏和健康设备中，又由于能耗小，适合用在以电池供电的便携式消费产品的应用上。为使用操作简便，美国NeuroSky公司推出一款的Mindwave Mobile脑立方耳机，它可以输出脑电图原始数据、8个波段的脑波能量值和2个生物反馈值，2个生物反馈值分别为专注度和放松度。\n因此，需开发一种结构简单、体积小、便于携带且使用操作简便、使用效果好的基于脑机接口的疲劳驾驶监测终端，能简便对驾驶员的疲劳驾驶状态进行监测。\n实用新型内容\n[0004] 本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于脑机接口的疲劳驾驶监测终端，其结构简单、体积小、便于携带且使用操作简便、使用效果好，能简便对驾驶员的疲劳驾驶状态进行监测。\n[0005] 为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种基于脑机接口的疲劳驾驶监测终端，其特征在于：包括对驾驶员的脑电波信号进行采集及预处理的脑电信号获取装置和布设在驾驶员所驾驶车辆内的脑电信号监测装置；所述脑电信号监测装置包括外壳和布设在所述外壳内的电子线路板，所述电子线路板上设置有供电单元和与脑电信号获取装置相接的主控芯片，所述外壳上设置有对驾驶员进行报警提示的语音提示单元，所述供电单元分别与主控芯片和语音提示单元相接，所述语音提示单元由主控芯片进行控制且其与主控芯片相接；所述脑电信号获取装置为Mindwave Mobile脑立方耳机，且主控芯片与所述Mindwave Mobile脑立方耳机之间以无线通信方式进行通信；所述主控芯片为芯片STM32F100C8。\n[0006] 上述一种基于脑机接口的疲劳驾驶监测终端，其特征是：还包括与主控芯片相接的参数输入单元，所述参数输入单元布设在所述外壳的外侧壁上。\n[0007] 上述一种基于脑机接口的疲劳驾驶监测终端，其特征是：还包括与主控芯片相接的第一无线通信模块和与所述Mindwave Mobile脑立方耳机相接的第二无线通信模块，所述第一无线通信模块和第二无线通信模块均为蓝牙无线通信模块；所述主控芯片通过第一无线通信模块和第二无线通信模块与所述Mindwave Mobile脑立方耳机进行通信。\n[0008] 上述一种基于脑机接口的疲劳驾驶监测终端，其特征是：所述第一无线通信模块与所述芯片STM32F100C8之间通过串行接口进行通信，且所述第一无线通信模块的两个输出端分别与所述芯片STM32F100C8的PA9/UART_TX管脚和PA10/UART_RX管脚相接。\n[0009] 上述一种基于脑机接口的疲劳驾驶监测终端，其特征是：还包括布设在所述外壳底部的支座。\n[0010] 上述一种基于脑机接口的疲劳驾驶监测终端，其特征是：还包括与主控芯片相接的显示器。\n[0011] 上述一种基于脑机接口的疲劳驾驶监测终端，其特征是：所述显示器为数码管显示器且其布设在所述外壳的外侧壁上。\n[0012] 上述一种基于脑机接口的疲劳驾驶监测终端，其特征是：所述芯片STM32F100C8的P11管脚与语音提示单元相接。\n[0013] 上述一种基于脑机接口的疲劳驾驶监测终端，其特征是：所述供电单元包括稳压芯片U2和电压转换芯片U3，所述稳压芯片U2为开关型集成稳压芯片LM2596，所述电压转换芯片U3为芯片AS1117；所述开关型集成稳压芯片LM2596的VOUT管脚经电感L1后接芯片AS1117的VIN管脚，芯片AS1117的VOUT管脚为+3.3V电压输出端，电感L1与芯片AS1117的VIN管脚之间的接线点为+5V电压输出端。\n[0014] 上述一种基于脑机接口的疲劳驾驶监测终端，其特征是：还包括与供电单元相接的电源指示电路，所述电源指示电路布设在所述外壳的外侧壁上。\n[0015] 本实用新型与现有技术相比具有以下优点：\n[0016] 1、电路简单、设计合理、接线方便且使用操作简便，投入成本较低。\n[0017] 2、结构简单、体积小，便于携带且接线简便，安装布设简便。\n[0018] 3、使用效果好且实用价值高，能简便对驾驶员的疲劳驾驶状态进行实时监测，行车过程中，通过脑电信号获取装置实时对驾驶员的脑电波信号进行采集并自动输出当前状态下所测试驾驶员的专注度D，且将专注度D传送至主控芯片，实现对驾驶员驾驶状态的实时监测，且当主控芯片接收到Mindwave Mobile脑立方耳机所传送的专注度D小于预先设定的阈值时，控制语音提示单元进行语音报警，让驾驶员实时处于清晰状态，减少车祸的发生，因而具有实时性，监测效果好。\n[0019] 综上所述，本实用新型结构简单、体积小、便于携带且使用操作简便、使用效果好，能简便对驾驶员的疲劳驾驶状态进行监测。\n[0020] 下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。\n附图说明\n[0021] 图1为本实用新型的电路原理框图。\n[0022] 图2为本实用新型所采用主控芯片与JTAG接口的电路原理图。\n[0023] 图3为本实用新型所采用供电单元与电源指示电路的电路原理图。\n[0024] 附图标记说明:\n[0025] 1—脑电信号获取装置； 2—供电单元； 3—主控芯片；\n[0026] 4—语音提示单元； 5—第一无线通信模块； 7—显示器；\n[0027] 8—电源指示电路； 9—参数输入单元。\n具体实施方式\n[0028] 如图1所示，本实用新型包括对驾驶员的脑电波信号进行采集及预处理的脑电信号获取装置1和布设在驾驶员所驾驶车辆内的脑电信号监测装置。所述脑电信号监测装置包括外壳和布设在所述外壳内的电子线路板，所述电子线路板上设置有供电单元2和与脑电信号获取装置1相接的主控芯片3，所述外壳上设置有对驾驶员进行报警提示的语音提示单元4，所述供电单元2分别与主控芯片3和语音提示单元4相接，所述语音提示单元\n4由主控芯片3进行控制且其与主控芯片3相接。所述脑电信号获取装置1为Mindwave Mobile脑立方耳机，且主控芯片3与所述Mindwave Mobile脑立方耳机之间以无线通信方式进行通信。结合图2，所述主控芯片3为芯片STM32F100C8。\n[0029] 实际使用时，所述主控芯片3也可以采用其它类型的控制器芯片，能输出两个数字信号0和1的芯片均可作为主控芯片3。其中，当主控芯片3输出数字信号1时，控制语音提示单元4进行语音报警；当主控芯片3输出数字信号0时，控制语音提示单元4停止报警。\n[0030] 本实施例中，本实用新型还包括与主控芯片3相接的参数输入单元9，所述参数输入单元9布设在所述外壳的外侧壁上。\n[0031] 并且，所述参数输入单元9为输入按键。\n[0032] 本实施例中，本实用新型还包括布设在所述外壳底部的支座。\n[0033] 并且，本实用新型还包括与主控芯片3相接的显示器7。\n[0034] 本实施例中，本实用新型还包括与供电单元2相接的电源指示电路8，所述电源指示电路8布设在所述外壳的外侧壁上。\n[0035] 如图3所示，所述供电单元2包括稳压芯片U2和电压转换芯片U3，所述稳压芯片U2为开关型集成稳压芯片LM2596，所述电压转换芯片U3为芯片AS1117；所述开关型集成稳压芯片LM2596的VOUT管脚经电感L1后接芯片AS1117的VIN管脚，芯片AS1117的VOUT管脚为+3.3V电源端，电感L1与芯片AS1117的VIN管脚之间的接线点为+5V电源端。\n[0036] 实际接线时，开关型集成稳压芯片LM2596的VIN管脚(即第1管脚)接24V电源且其VIN管脚分别经电容C1和C2后接地，开关型集成稳压芯片LM2596的第3、第5和第\n6管脚均接地且其VOUT管脚(即第2管脚)与稳压管D1的阴极相接，稳压管D1的阳极接地；开关型集成稳压芯片LM2596的FB管脚(即第4管脚)与芯片AS1117的VIN管脚连接且其FB管脚分别经电容C3和C4后接地，芯片AS1117的VIN管脚分别经电容C5和C6后接地且其VOUT管脚分别经电容C7和C8后接地。\n[0037] 本实施例中，所述电源指示电路8包括发光二极管D2和发光二极管D3，所述供电单元2中的+5V电源端经发光二极管D2和电阻R1后接地，且所述供电单元2中的+3.3V电源端经发光二极管D3和电阻R2后接地。\n[0038] 同时，本实用新型还包括与主控芯片3相接的第一无线通信模块5和与所述Mindwave Mobile脑立方耳机相接的第二无线通信模块，所述第一无线通信模块5和第二无线通信模块均为蓝牙无线通信模块；所述主控芯片3通过第一无线通信模块5和第二无线通信模块与所述Mindwave Mobile脑立方耳机进行通信。所述第二无线通信模块为Mindwave Mobile脑立方耳机自带的蓝牙无线通信模块。\n[0039] 本实施例中，所述第一无线通信模块5与所述芯片STM32F100C8之间通过串行接口进行通信，且所述第一无线通信模块5的两个输出端分别与所述芯片STM32F100C8的PA9/UART_TX管脚和PA10/UART_RX管脚相接。\n[0040] 本实施例中，所述芯片STM32F100C8的P11管脚与语音提示单元4相接。\n[0041] 实际接线时，所述芯片STM32F100C8的OSC_IN管脚和OSC_OUT管脚分别与晶振Y1的两个接线端连接，且芯片STM32F100C8的OSC_IN管脚和OSC_OUT管脚分别经电容C12和C14后接地。所述芯片STM32F100C8的VSSA、VSS_1、VSS_2和VSS_3管脚均接地，所述芯片STM32F100C8的VDDA、VDD_1、VDD_2和VDD_3管脚均接+3.3V电源端。\n[0042] 另外，本实用新型还包括JTAG接口，所述JTAG接口的第1管脚和第2管脚均接+3.3V电源端且其第8管脚和第10管脚均接地，所述JTAG接口的第3、第4、第5、第6、第7和第9管脚分别接所述芯片STM32F100C8的第40、第7、第38、第39、第34和第37管脚。\n[0043] 本实施例中，所述显示器7为数码管显示器且其布设在所述外壳的外侧壁上。\n[0044] 所述Mindwave Mobile脑立方耳机为美国NeuroSky(中文名：神念科技)公司研发的脑立方耳机。所述脑立方耳机从被测试者的额头处采集脑电信号(也称脑波数据)，所述脑立方耳机包括脑电电极和与脑电电极相接的脑电采集芯片(如TGAM脑电模块)。所述脑立方耳机能对所采集脑电信号进行去伪波、放大、FFT(快速傅里叶变换)等处理，并能对\n50Hz工频干扰信号进行滤除。同时，所述脑立方耳机还能根据当前所采集的脑电信号相应给出专心度和放松度的数值。因而，该脑立方耳机的功能完善，且使用操作简便。\n[0045] 实际使用过程中，通过Mindwave Mobile脑立方耳机对驾驶员的脑电波信号进行采集并自动输出当前状态下所测试驾驶员的专注度D，并将专注度D传送至主控芯片3；所述主控芯片3接收到Mindwave Mobile脑立方耳机所传送的专注度D后，通过显示器7进行直观显示并对当前状态下的关注度进行阈值比较，并输出数字信号0或1，对语音提示单元\n4进行控制：当主控芯片3接收到Mindwave Mobile脑立方耳机所传送的专注度D小于通过参数输入单元9预先设定的阈值时，主控芯片3输出数字信号1，控制语音提示单元4进行语音报警，让驾驶员实时处于清晰状态，减少车祸的发生；当主控芯片3接收到Mindwave Mobile脑立方耳机所传送的专注度D不小于预先设定的阈值时，主控芯片3输出数字信号\n0，语音提示单元4停止报警。实际使用时，所述主控芯片3为一个比较控制器，因而任何具有数值比较功能的比较器或控制芯片均可对主控芯片3进行替代。\n[0046] 以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。