一種基于柔性電子皮膚的疲勞駕駛監測系統及監測方法與流程

本發明涉及傳感器、信號處理技術以及無線傳感網絡、物聯網等領域，尤其涉及一種基于柔性電子皮膚的疲勞駕駛監測系統及監測方法，屬于智能控制及物聯網領域。

背景技術：

近年來，隨著納米科技的不斷進步，可用于檢測多維力的柔性觸覺傳感器對未來智能儀器的發展越來越重要。柔性力敏傳感器具有像人類皮膚一樣的柔性，并且可以檢測表面多維接觸力信息，是當今電子、機械、儀器和醫學等領域的研究熱點之一，直接關系到機器人、醫療設備、人體假肢、可穿戴設備等載體的智能化和多功能化。智能可穿戴設備作為一種新型可穿戴設備，其研究熱度不斷提升，其應用領域也越來越廣泛。可穿戴設備不僅僅是一種硬件設備，更是通過軟件支持以及數據交互、云端交互來實現強大的功能，可穿戴設備將會對我們的生活、感知帶來很大的轉變。

司機駕駛疲勞是引發車禍的主要來源之一，司機一旦出現疲勞狀態,對事物的反映會變得遲鈍,處理事物的能力下降,出錯的紀律也就大大增加,很容易導致交通事故的發生。生理學研究表明,司機在處于疲勞狀態的情況下,眨眼頻率會增加,而且打哈欠。眨眼與心理狀態有直接關系,眨眼持續時間小于秒,僅僅是為了沖洗眼睛的眨眼,每分鐘不超過一次,最多的是每分鐘次。眨眼的頻率和持續時間往往是由驚恐、厭煩、氣憤等心理狀態決定的。汽車司機行駛在繁華街道上眨眼次數比高速公路上要少一些,當司機從另一輛汽車旁駛過時,或從反光鏡向后看時,眨眼次數要少一些,疲勞駕駛的時候眨眼頻率會大大增加。而且由于司機情緒緊張,不穩定和酒精藥物等因素也會增加眨眼頻率。

因此通過檢測司機的眨眼頻率，當眨眼頻率增加時,也就是司機處于疲勞狀態下,給以警告,讓司機停車休息或振作精神,就可大大避免因為司機疲勞而引起的交通事故。追尾事故是最常見的汽車交通事故。據美國國家公路交通安全局的統計,的汽車追尾事故都是由于駕駛員因疲勞注意力分散造成的,只要提前給駕駛員一個提醒,追尾事故就可以減少。

現在的紅外遙控器由于硬件的限制使其結構復雜，實用性差，便捷性差，操作復雜，操作步驟繁瑣，不方便攜帶，所需設備多，而且，其智能性差，按鍵也會經常性的失靈，與人們越來越快的生活節奏不相適應。

技術實現要素：

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種基于柔性電子皮膚的疲勞駕駛監測系統及監測方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種基于柔性電子皮膚的疲勞駕駛監測系統：該智能系統包括：眨眼信號采集單元、信號轉換單元、計數譯碼驅動單元、LED顯示單元、閾值比較模塊、報警提示單元；所述眨眼信號采集單元包括柔性電子皮膚，用于采集眨眼時眼輪匝肌運動產生應變，并以電信號的形式輸出；

所述信號轉換單元將電信號轉換成脈沖信號發送到計數譯碼驅動單元；

所述計數譯碼驅動單元是將一定時間內眨眼運動信號轉換的電脈沖信號次數累計；

LED顯示屏是指將眨眼頻率p通過LED顯示，司機可以隨時注意到。

所述閾值比較模塊是將LED顯示屏上所顯示的眨眼頻率P與P0進行差值比較：當眨眼頻率P大于P0時,說明此時駕駛員處于疲勞駕駛狀態,報警提示單元進行報警提示；否則,說明此時駕駛員處于正常駕駛狀態；其中,P0為預先設定的眨眼疲勞判斷閾值且P0＝25～30。

所述報警提示單元是用于進行報警提示。

進一步地，所述柔性電子皮膚通過以下方法制備得到：將Cu納米線-石墨烯薄膜剪出2cm×0.5cm的長條，將兩端用銀膠粘上銅線，再嵌入聚二甲基硅氧烷(PDMS)中，置于70℃鼓風干燥箱中2h，制成柔性電子皮膚。所述Cu納米線-石墨烯薄膜的制備方法如下:

(1)向20-25mL乙二醇溶液中加入20-42mgCu納米線，分散均勻后加入48-54mg抗壞血酸，分散均勻后加入3-3.8mL氧化石墨烯，移至水熱反應釜中，將其置于120-160℃鼓風干燥箱中反應4-6h，再冷卻至室溫，就得到Cu納米線-石墨烯復合水凝膠。

(2)將制備得到的Cu納米線-石墨烯復合水凝膠置于0.5wt％水合肼溶液中透析16h，再取出倒入150mL去離子水中分散均勻，得到懸浮液，再用砂芯過濾裝置抽濾，便得到Cu納米線-石墨烯薄膜。

進一步地，所述信號的產生通過以下方法采集：將柔性電子皮膚黏貼于用戶眼輪匝肌四周，采集用戶眨眼時產生的應變，并將電信號轉換成脈沖信號，每一次跳動即具有一個對應的特征波形。

進一步地，所述反應器為報警提示單元，所述功能包括：鳴叫聲，閃燈等。

一種基于柔性電子皮膚的疲勞駕駛監測方法，包括以下步驟：

(1)將柔性電子皮膚黏貼于眼輪匝肌四周，采集用戶眨眼時產生的應變，

(2)信號轉換單元將電信號轉換成脈沖信號發送到計數譯碼驅動單元；

(3)所述計數譯碼驅動單元是將一定時間內眨眼運動信號轉換的電脈沖信號次數累計；

(4)LED顯示屏是指將眨眼頻率p通過LED顯示，司機可以隨時注意到。

(5)所述閾值比較模塊是將LED顯示屏上所顯示的眨眼頻率P與P0進行差值比較：當眨眼頻率P大于P0時,說明此時駕駛員處于疲勞駕駛狀態,報警提示單元進行報警提示；否則,說明此時駕駛員處于正常駕駛狀態；其中,P0為預先設定的眨眼疲勞判斷閾值且P0＝25～30

(5)所述報警提示單元是用于進行報警提示。

進一步地，所述的系統的計數譯碼驅動單元可以采用集成芯片CD40110。

進一步地，所述的紅外編碼協議可以采用BACnet協議。BACnet是一種為樓宇自動控制網絡所制定的數據通信協議。它是一個開放的標準通信和數據交換協議。任何生產廠商在開發BACnet設備時都可以自由的使用，不依賴任何專用芯片獨立開發。從而可以統一家用電器的紅外編碼協議。

本發明系統的優點在于：將眨眼測試與柔性電子皮膚相結合通過眨眼來反映被測者的疲勞程度的功能設置，將最前沿的科技應用到日常的生活中，使生活更加的便捷和舒適，摒棄了傳統CCD攝像儀設備復雜，不方便攜帶，成本高，體積大等缺點，而且這種基于測定眼部肌肉運動的眨眼電信號進行識別的智能裝置攜帶方便，設備簡單，成本低，體積小，實時性好，而且利于產業化，具有很好的應用前景。可以很好地解決現有嚴重頻發的疲勞駕駛導致交通事故，交通阻塞頻發的交通民生問題，更可將其運用于，攜帶方便，設備簡單，成本低，體積小，實時性好，而且利于產業化，具有很好的應用前景。

附圖說明：

圖1是將柔性皮膚傳感器貼在眼輪匝肌四周測眨眼運動的模擬效果圖；

圖2是讀眨眼時的，檢測出貼在眼輪匝肌四周柔性皮膚傳感器的電信號；

圖3是本發明系統的流程框圖。

具體實施方式:

一種基于柔性電子皮膚的智能眨眼運動記錄系統，包括眨眼信號采集單元、信號轉換單元、計數譯碼驅動單元、LED顯示單元、閾值比較模塊、報警提示單元；

所述眨眼信號采集單元包括柔性電子皮膚，用于采集眨眼時產生的應變，并以電信號的形式輸出；

所述的眨眼信號采集單元，主要部件為柔性電子皮膚，柔性電子皮膚的制作方法為:將Cu納米線-石墨烯薄膜剪出2cm×0.5cm的長條，將兩端用銀膠粘上銅線，再嵌入PDMS中，置于70℃鼓風干燥箱中2h，制成柔性電子皮膚。其中,Cu納米線-石墨烯薄膜的制備方法如下:

(1)向20-25mL乙二醇溶液中加入20-42mgCu納米線，分散均勻后加入48-54mg抗壞血酸，分散均勻后加入3-3.8mL氧化石墨烯，移至水熱反應釜中，將其置于120-160℃鼓風干燥箱中反應4-6h，再冷卻至室溫，就得到Cu納米線-石墨烯復合水凝膠。

(2)將制備得到的Cu納米線-石墨烯復合水凝膠置于0.5wt％水合肼溶液中透析16h，再取出倒入150mL去離子水中分散均勻，得到懸浮液，再用砂芯過濾裝置抽濾，便得到Cu納米線-石墨烯薄膜。

柔性電子皮膚具有較高的靈敏性和穩定性，其形狀和大小可以根據每個人的眼輪匝肌四周肌肉特征進行定制，確保柔性電子皮膚可以緊貼在眼輪匝肌的上方，靈敏的采集眨眼時的振動。

所述信號轉換單元將電信號轉換成脈沖信號發送到計數譯碼驅動單元；

在識別過程中，貼上我們設計的符合自己眼輪匝肌特征的智能裝置，當用戶眨眼時，由于眼輪匝肌運動的變化使得眼輪匝肌四周會產生振動，緊貼眼輪匝肌的柔性皮膚傳感器同時跟隨眼輪匝肌的振動會產生表面的微變形，從而引起電阻應變片傳感器中應變片的形變，使得應變片電阻值發生變化，從而使應變片上對外輸出的電壓值也會發生變化，此電壓信號輸入到信號轉換器采集端口，信號轉換器對采集到的模擬電壓信號進行信號轉換，變為能夠反映每次眨眼振動的脈沖量。信號轉換器得到反映每次眨眼的脈沖量，通過計數譯碼驅動單元對每次產生的脈沖量進行累加，得到眨眼的頻率。本發明中的信號轉換器，一方面需要穩壓電壓信號，另一方面也需要設計對眨眼電壓信號進行三級放大，例如，針對不同的干擾因素，其干擾頻率不一樣，所涉及的增益也不一樣。其電路：在信號放大同時需要避免因為噪聲的存在弄使運放飽和。該電路在兩個放大級的后面都跟隨了二階低通濾波器對噪聲信號進行了大幅度的衰減以保證脈搏信號可以正常放大而不是淹沒在飽和之中。電路最后一級設有比較器，可以直接輸出數字信號。

所述計數譯碼驅動單元是用來讀出眨眼數，并以十進制的數通過數碼顯示管顯示出來。采用集成芯片CD40110，CD40110為十進制可逆計數器/驅動器，具有加減計數，計數器狀態鎖存，七段顯示譯碼輸出等功能。將信號轉換器轉換成的脈沖信號對應十進制碼，并控制LED顯示管顯示出相應的眨眼頻率，輸入閾值比較模塊，閾值比較模塊將LED顯示屏上所顯示的眨眼頻率P與P0進行差值比較：當眨眼頻率P大于P0時,說明此時駕駛員處于疲勞駕駛狀態,報警提示單元進行報警提示；否則,說明此時駕駛員處于正常駕駛狀態；其中,P0為預先設定的眨眼疲勞判斷閾值且P0＝25～30。本發明中計數譯碼驅動單元、閾值比較模塊、LED顯示單元均是基于現有技術。