[发明专利]一种驾驶员疲劳检测装置及工作方法

权利要求书

1.一种基于驾驶员疲劳检测装置的疲劳检测方法，其特征在于，所述疲劳检测装置包括第一耳廓固定支架、第二耳廓固定支架，第一耳廓固定支架、第二耳廓固定支架分别固定在驾驶员的左耳廓、右耳廓上；所述第一耳廓固定支架底部通过第一柔性软管连接第一金属支撑电极，所述第二耳廓固定支架底部通过第二柔性软管连接第二金属支撑电极；所述第一金属支撑电极、第二金属支撑电极通过第三柔性软管连接，所述第三柔性软管中部设有控制单元；

所述第一耳廓固定支架底部对应驾驶员耳垂的部位设有第一反射式耳垂脉搏传感器，第二耳廓固定支架底部对应驾驶员耳垂的部位设有第二反射式耳垂脉搏传感器；所述第一反射式耳垂脉搏传感器、第二反射式耳垂脉搏传感器分别采集驾驶员左耳、右耳的脉搏数据；所述第一耳廓固定支架后部设有三轴加速度传感器、陀螺仪，所述三轴加速度传感器、陀螺仪采集驾驶员头部摆动的加速度数据；

所述第一金属支撑电极、第二金属支撑电极内侧面分别安装有第一心电传感器、第二心电传感器，所述第一金属支撑电极、第二金属支撑电极分别佩戴于驾驶员左锁骨、右锁骨上，支撑整个装置并实时采集驾驶员心电数据；

所述控制单元包括处理脉搏数据、加速度数据、心电数据的调理电路，根据检测结果响应的振动马达，能够无线充电的锂电池，以及判断驾驶员疲劳值、控制振动马达的控制芯片；所述控制单元佩戴于驾驶员后颈处；

所述第一反射式耳垂脉搏传感器、第二反射式耳垂脉搏传感器分别通过置于第一柔性软管、第二柔性软管、第三柔性软管中的导线与控制单元电连接，并将采集的左耳、右耳的脉搏数据传递至控制单元；所述三轴加速度传感器、陀螺仪通过置于第一柔性软管、第三柔性软管中的导线与控制单元电连接，并将采集的驾驶员头部摆动的加速度数据传递至控制单元；所述第一心电传感器、第二心电传感器分别通过置于第三柔性软管中的导线与控制单元电连接，并将采集的心电数据传递至控制单元；

所述第一反射式耳垂脉搏传感器、第二反射式耳垂脉搏传感器、三轴加速度传感器、陀螺仪、第一心电传感器、第二心电传感器、调理电路、振动马达、控制芯片均通过锂电池供电；

所述疲劳检测方法包括如下步骤：

步骤一：通过第一反射式耳垂脉搏传感器、第二反射式耳垂脉搏传感器，采集驾驶员耳垂脉搏数据，并传送至控制单元，控制单元计算左耳、右耳脉搏数据的相关系数ρ_e；

a)若相关系数ρ_e≥0.9，则确认左耳、右耳脉搏信号有效，提取两路脉搏信号峰峰间期序列，进行脉率变异性分析；

b)若相关系数ρ_e＜0.9，则分别计算两路脉搏信号以及第一心电传感器、第二心电传感器采集的心电信号的峰峰间期，两两计算相关系数，选择取得最大相关系数的两路信号，进行脉率/心率变异性分析；

当相关系数全部小于0.5时，则信号受到强噪声干扰，不能作为疲劳驾驶判断依据；

步骤三：脉率/心率变异性计算过程为，计算RR间期序列PSD谱，以0.15Hz作为HF和LF分解点，计算LF/HF，并进一步融合两路信号计算的LF/HF；

步骤四：根据三轴加速度传感器、陀螺仪所采集的加速度a_x，a_y，a_z以及角速度ω_x，ω_y和ω_z数据，计算头部摆动引起的空间坐标系三个方向的合加速度值，以及头部在x、y、z轴方向运动的弧度θx，θy和θz，并把数据传至控制单元处理；

步骤五：输出头部摆动的三个方向的所述合加速度值、所述弧度θx，θy和θz，和LF/HF数值，判断驾驶员的疲劳程度；若LF/HF在正常范围内，不论头部摆动幅度是否超出阈值，判定驾驶员无疲劳；

若LF/HF超过阈值，统计1分钟时间窗内合加速度值超设定加速度阈值的次数K1，1s内x、y以及z轴方向的运动弧度θ_x，θ_y和θ_z超设定弧度阈值的次数K2，当K1和K2任意一个超过阈值次数时，判定为严重疲劳状态；否则判定为中度疲劳状态。

2.根据权利要求1所述的疲劳检测方法，其特征在于，所述第一耳廓固定支架、第二耳廓固定支架采用硅胶材料；所述控制单元外设有轻质PVC材料外壳；所述第一金属支撑电极、第二金属支撑电极采用导电金属外壳。