非接触式汽车驾驶员心电监测系统的研究与实现

发布时间：2017-06-25 03:04

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【摘要】：疲劳驾驶是引发交通事故的重要原因之一。不同于其它危险驾驶,疲劳驾驶具有隐蔽性,不易检测,严重威胁了广大驾驶员的人身安全。因此,研究如何防止疲劳驾驶,对于减少交通事故,保护驾驶员的人身安全具有重要意义。 驾驶疲劳作为一种复杂的生理现象,目前国际上还没有公认的有效检测方法。研究表明,人体心电信号的多项指标与人体的疲劳程度紧密相关。通过监测驾驶员的心电信号,便可以达到检测疲劳驾驶的目的。然而,传统心电检测方法需要在被测对象的皮肤上粘贴电极,而驾驶环境的特殊性则不允许采用这种传统检测方法。如何在不影响驾驶安全的情况下,透过驾驶员所穿的衣服,对其心电信号进行监测,进而判断其疲劳程度,一直是个难题。 本文基于一种新型的电容电极和普通接地电极,设计了一套汽车驾驶员心电监测系统的原型系统。在该系统中,电容电极由双面PCB板制成,放置在驾驶座上,用作信号电极；接地电极由0.2mm厚的铜皮制成,安装在方向盘左半圈外沿,与电路中的模拟地相连,在驾驶的过程中与驾驶员的左手直接接触。这样的电极配置方式,可以最大限度地减少驾驶员上半身的运动所带来的干扰。驾驶员穿着普通的衣服正常驾驶,其心电信号通过电容电极的耦合作用传输到前置放大电路的输入端,经滤波放大电路处理后,得到幅值约为1V的心电信号。模数转换器以1000Hz的采样率对处理后的心电信号进行采样,得到数字化的心电信号。单片机将数字化的心电信号通过RS232串口通信电路传送给上位机。在上位机中,开发了基于LabVIEW的心电数据显示和存储系统。最后对所设计的系统分别开展了实验室模拟实验和汽车驾驶实验,结果表明,该系统在功能上满足了设计要求,具有一定的理论价值和实用价值。图50幅,表0个,参考文献64篇。
【关键词】：疲劳驾驶 电容电极 非接触式心电检测 驾驶疲劳检测
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R318.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 课题背景及研究意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.2.1 非接触式心电检测10-12
• 1.2.2 非接触式心电检测技术在汽车驾驶员心电检测中的应用12
• 1.3 本文主要研究内容及结构安排12-15
• 2 电容电极的设计15-22
• 2.1 皮肤-电极接触界面15-16
• 2.2 电容电极的研究现状16-17
• 2.3 本文设计的电容电极17-21
• 2.3.1 电容电极的物理结构17-18
• 2.3.2 电容电极的电路结构18-19
• 2.3.3 电容电极的等效电路分析19-21
• 2.4 本章小结21-22
• 3 硬件系统设计22-39
• 3.1 硬件系统组成22-23
• 3.2 电源系统23-24
• 3.3 滤波及放大电路24-34
• 3.3.1 前置放大电路24-26
• 3.3.2 陷波器26-28
• 3.3.3 低通滤波器28-31
• 3.3.4 高通滤波器31-32
• 3.3.5 主放大器32-33
• 3.3.6 电平提升电路33-34
• 3.4 信号采样及传输电路设计34-37
• 3.4.1 单片机主控系统34-35
• 3.4.2 信号采样电路35
• 3.4.3 500KHz时钟信号产生电路35-36
• 3.4.4 电平反向电路36
• 3.4.5 串口通信电路36-37
• 3.5 整体硬件系统37-38
• 3.6 本章小结38-39
• 4 软件系统设计39-47
• 4.1 单片机软件设计39-41
• 4.2 上位机软件设计41-46
• 4.2.1 汽车驾驶员心电监测Ⅵ的前面板设计41-42
• 4.2.2 汽车驾驶员心电监测Ⅵ的程序框图设计42-46
• 4.3 本章小结46-47
• 5 实验及结果分析47-53
• 5.1 实验室模拟实验47-49
• 5.2 汽车驾驶实验49-52
• 5.3 结果讨论52
• 5.4 本章小结52-53
• 6 总结与展望53-55
• 参考文献55-60
• 攻读学位期间主要的研究成果60-61
• 致谢61

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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7 毛U

本文编号：480494