基于心电的非接触精神疲劳监测系统的设计与研究

发布时间：2020-07-27 08:50

【摘要】：随着生活节奏加快,人们的工作压力增大,休息时间减少。精神疲劳成为了一个不容小觑的问题,当人处于精神疲劳状态时,会困倦、反应迟钝和效率降低,进一步可能引起事故的发生。一些特殊人群由于疲劳而引起的事故会异常重大,比如驾驶员、医生、危险仪器操作员等。精神疲劳监测的研究由来已久,但是大多需要配备复杂的检测设备,因此,提供一套无扰、便携的高准确度精神疲劳监测系统,是非常有必要的。本文设计了一种无扰式的精神疲劳监测系统。本文使用电容式耦合电极非接触采集人体背部心电图(Electrocardiogram,ECG),使用压电传感器及其调理电路采集人的心冲击图(Ballistocardiagram,BCG),通过对精神疲劳实验中心率变异性(Heart Rate Variability,HRV)的相关实验数据分析建模,得出评价精神疲劳的模型,上位机根据模型进行监测和预警。在本文设计中,首先对耦合心电、心冲击图的采集电路进行了设计,然后在平板电脑和台式机上设计实现了对以上生理信号的数字信号处理算法,包括去基线、带通滤波、自适应滤波、快速傅里叶变换等,系统采集的数据通过标准的医学信号源、病人模拟器和心率带的验证。本文专门设计了精神疲劳范式,数据采集系统在精神疲劳实验中采集了五个被试的数据,通过对这些数据进行时频域分析处理,得到了一种基于心率变异性和心率的精神疲劳判定方法,另外,本文中对这些数据进行了机器学习模型的建立,在支持向量机中用高斯核函数对数据特征进行三分类,分别表示正常,疲劳,瞌睡三种不同程度的精神状态,准确率达到93.3%。本文的创新之处在于同时采集耦合心电图和心冲击图,通过非接触的心率变异性参数进行精神疲劳监测预警,并支持远程终端的多用户管理。相对于其他同类研究,本系统重在无扰、非接触,且在舒适度、可靠性、准确性、实用性上都具有一定优势。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP274;R318
【图文】：

导联系统,心电,输入通道,硬件

文基于心电的非接触精神疲劳监测系心电信号的生理学基础及和测量理论重要的器官。由于心脏规律的收缩断地流动。心脏是先产生电激动，然流经组织在体表产生电位，使不同身个电极，再用导线连到心电图机，它两点间的电位差，形成一条连续的曲芬对 ECG 信号中的各个波段分别进，S 波和 T 波。

图 2-2 V8 导联标记点通常在 100uV-1mV，耦合电极接收到的幅精度 ADC 采集。率在 0.05Hz-100Hz，这其中包含了 50Hz 工而最常用的方法就是采用差分输入方式，增远远小于肌电、运动等的干扰。这些干扰需、自适应滤波等算法进行衰减。，且易有静电体的阻抗达到几十 MΩ，而耦合电极由于阻抗。这就要求采集电路的输入电阻要上的消耗，并且失调电流要尽可能小，这样

波形,波形,身体活动,连续监控

侵入式的通过图形界面准确描述心产生的冲击力而引起身体活动的技血管，而在此喷射过程中对人体产取了这种极其微弱的反作用力后进指标。换一种解释更加通俗，当律的振动。心脏和大血管的本身的可以把这种运动冲击记录下来，形扰地连续监控用户的心率，呼吸，击图。

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