专利名称：基于面部皮肤伸缩的疲劳测试方法与测试用传感器及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于人体疲劳状态检测领域，特别涉及一种疲劳测试方法与装置。
背景技术：
人处于疲劳状态不仅工作效率低，而且易出现安全问题。尤其是机动车驾驶人员和 高空作业人员，在疲劳状态操作的危险性更大，轻者造成财产损失，重者造成人身伤残， 甚至丧失生命。
关于人体疲劳状态的检测，现有技术主要集中在对机动车驾驶人员疲劳状态的检 领U，有脑电图监测法、心率血压监测法、眼睛闭合时间监测法、瞳孔测量法、头部位移 测量法、方向盘运动监视等方法(见《机动车驾驶员驾驶状态监测方法研究》，科技情 报开发与经济，2008年第18巻第3期，李晓明，岳春芳)，其中，脑电图监测法和心 率血压监测法属于对各类人群普遍适用的方法，研究者也较多，但脑电、心率的变化过 程极其复杂，很难构建数学模型来准确表达其变化规律，致使检测效果的准确性不能得 到保证。与上述方法对应的疲劳检测装置有专用照相机、脑电图仪(见《疲劳驾驶预警 系统的研究现状与发展趋势》，青岛理工大学学报，第28巻第3期，2007，孙显彬、唐 洪伟、文妍)等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于面部皮肤伸缩的疲劳测试方法与装置，此种方法和 装置不仅测试精度较高，而且使用方便，成本低，便于推广使用。
人体疲劳时，有"眼睛眨动频率增高"和"频繁打哈欠"的生理特征，眼睛频繁眨 动会牵引眼角皮肤的伸縮，打哈欠会牵引额部、脸颊皮肤的伸縮。而上述面部皮肤的伸 縮将导致所述皮肤处安装的传感器电感值的变化，因而，分析安装在所述面部皮肤处传 感器的电感值的变化，就可以判断人体是否处于疲劳状态。
本发明所述基于面部皮肤伸縮的疲劳测试方法，根据上述人体疲劳特征和原理设 计，包括以下步骤-
(1)在被测者的额部或/和眼角或/和脸颊安装皮肤伸縮测量传感器，采集被测者的 面部皮肤使皮肤伸缩测量传感器产生的电感值；(2)分析所述皮肤伸縮测量传感器的电感值变化，通过被测者的面部皮肤使皮肤 伸缩测量传感器产生的电感值变化确定被测者面部皮肤的伸縮变化，根据被测者面部皮 肤的伸缩变化判断被测者是否处于疲劳状态。
上述方法中，皮肤伸縮测量传感器在被测者额部或/和眼角或/和脸颊的安装方式优 选粘贴。
本发明所述的皮肤伸缩测量传感器由漆包线和胶布组成，漆包线固定在胶布上。
本发明所述基于面部皮肤伸缩的疲劳测试装置，包括至少一组皮肤伸缩前端检测电 路、可编程逻辑器件、微处理器和报警器；皮肤伸縮前端检测电路由皮肤伸縮测量传感 器、电感测量电路和比较器组成，皮肤伸縮测量传感器的输出端与电感测量电路的输入 端连接，将其因被测者面部皮肤伸缩而产生的电感值传送给电感测量电路，电感测量电 路的输出端与比较器的输入端连接，将来自皮肤伸縮测量传感器的电感信号转变成正弦 波输送给比较器，比较器的输出端与可编程逻辑器件的输入端连接，将来自电感测量电 路的正弦波转换成方波输送给可编程逻辑器件；可编程逻辑器件的输出端与微处理器的 输入端连接，对来自比较器的方波进行频率计数，并将频率计数值通过同步串行接口传 送给微处理器，微处理器以来自可编程逻辑器件的频率计数值为基础计算对应皮肤伸缩 测量传感器的电感值并分析所述电感值的变化，根据皮肤伸縮测量传感器的电感值变化 确定被测者面部皮肤的伸縮变化，根据被测者面部皮肤的伸缩变化判断被测者是否处于 疲劳状态，若被测者处于疲劳状态，则输出报警信号，启动报警器报警。
上述装置中，皮肤伸缩测量传感器由漆包线和胶布组成，漆包线固定在胶布上。
上述装置中，电感测量电路由压控振荡器芯片及其外围电路构成，或为LC振荡 电路。
上述装置中，报警器包括蜂鸣器和发光器件，可同时进行声光报警。 本发明具有以下有益效果
1、 相对于现有技术，本发明为人体疲劳状态检测提供了一种不同构思的方^fe与装置。
2、 由于人体"眼睛眨动频率增高"和"频繁打哈欠"的疲劳特征与面部皮肤的伸 缩存在对应关系，而面部皮肤的伸縮必然导致所述皮肤处安装的传感器的电感值发生变 化，因而本发明所述方法测试精度较高，能够对被检测者是否处于疲劳状态作出准确的
5判断。
3、 皮肤伸縮测量传感器由漆包线和胶布组成，不仅能满足疲劳测试的需要， 而且结构非常简单，成本低廉。
4、 本发明所述方法使用方便，适合于各种人群的疲劳状态检测。
5、 本发明所述装置结构简单，成本低，易于推广使用。
图1是本发明所述基于面部皮肤伸縮的疲劳测试装置的一种结构框图2是本发明所述基于面部皮肤伸縮的疲劳测试装置的又一种结构框图3是皮肤伸縮前端检测电路的结构框图4是报警器的一种结构框图5是皮肤伸縮测量传感器的一种结构简图6是皮肤伸縮测量传感器的又一种结构简图7是电感测量电路的一种电原理图8是电感测量电路的又一种电原理图9是可编程逻辑器件中的软件总框图10是图9、图12中时钟产生模块软件的框图11是图9中频率计数模块软件的框图12是图9中SPI接口数据合成模块软件的框图13是SPI数据的时序图，图中，传感器号代表皮肤伸縮测量传感器，频率计数
值代表10毫秒内的与皮肤伸縮测量传感器相关的信号的频率计数； 图14是微处理器的软件框图15是皮肤伸縮测量传感器在被测者面部安装的一种示意图，皮肤伸缩测量传感 器安装在被测者额部；
图16是皮肤伸縮测量传感器在被测者面部安装的另一种示意图，两皮肤伸缩测量 传感器分别安装在被测者的两眼角；
图17是皮肤伸縮测量传感器在被测者面部安装的又一种示意图，两皮肤伸缩测量 传感器分别安装在被测者的两脸颊且靠近嘴角处；
图18是皮肤伸縮测量传感器在被测者面部安装的再一种示意图，五皮肤伸缩测量 传感器分别安装在被测者的额部、两眼角和两脸颊且靠近嘴角处。
图中，l一皮肤伸縮前端检测电路、2—可编程逻辑器件、3—微处理器、4一报警器、 5—皮肤伸缩测量传感器、6—电感测量电路、7—比较器、8—蜂鸣器、9—发光器件、 IO—漆包线、ll一胶布。实施例l
本实施例中，基于面部皮肤伸縮的疲劳测试装置如图2所示，包括五组皮肤伸縮前 端检测电路l-l、 1-2、 1-3、 1-4、 1-5，可编程逻辑器件2，微处理器3和报警器4。
各组皮肤伸缩前端检测电路的结构如图3所示，由皮肤伸缩测量传感器5、电感测 量电路6和比较器7组成。皮肤伸缩测量传感器5的结构如图5所示，由漆包线10 和胶布ll组成，漆包线10固定在胶布11上，且按首尾相接、开口相反的 "U"形形状均匀排列。电感测量电路6的电原理图如图7所示，该电路的核心器 件是motorola公司生产的型号为MC1648的压控振荡器芯片，利用该芯片的压控特性， 在其输出端3脚产生频率信号，以间接测量待测电感的值；BB809是变容二极管，用电 位器进行分压,调节所述电位器可获得不同的输出电压，该电压通过电阻加到变容二极 管BB809上，可获得不同的电容量，设变容二极管电容值为C，测量未知电感L时，只 需将其接到电路的A、 B端，电路谐振，在输出端3脚输出一定频率的正弦波振荡信号。 比较器7由MAXIM公司生产，型号为MAX4104 (其电路设计参考MAXIM 公司网站设计参考以及相关数据手册)。
可编程逻辑器件2由ALTER公司生产，型号为EPM570(其电路设计参考 ALTERA公司网站设计参考以及相关数据手册)；可编程逻辑器件2中安装有 如图9所示的软件模块100HZ时钟产生模块、频率计数模块和SPI接口数据合成模块。 100HZ时钟产生模块的流程如图10所示，产生100HZ时钟时，设翻转值=499999，则 每出现500000(0-499999)个100MHZ时钟上沿时，输出信号反相一次，就产生了 100HZ 时钟。频率计数模块的流程如图ll所示，其功能是计算100HZ时钟两个上沿间输入信 号的计数值，并将计数值存储为频率计数值，输入信号的频率等于频率计数值乘100。 SPI接口数据合成模块的流程如图12所示，在时钟模块中设置翻转值等于49999，则得 到1000HZ时钟信号，1000HZ时钟信号输入3位循环计数器，计数器依次输出0、 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7，根据输出值，按图13所示的SPI时序图构造SPI数据(SPI接口由SDATA、 SCK、SL三个信号线组成，当SL为低表示串口开始，SDATA信号由3bit传感器号和13bit 频率计数值组成)，并将SPI数据送到微处理器。
微处理器3由TI公司生产，型号为TMS320F2812 (其电路设计参考TI 公司网站设计参考以及相关数据手册)；微处理器3中安装有如图14所示的软 件模块，以来自可编程逻辑器件的频率计数值为基础，通过公式
7计算对应皮肤伸縮测量传感器的电感值并分析所述电感值的变化，根据皮肤伸縮测量传 感器的电感值变化确定被测者面部皮肤的伸縮变化，根据被测者面部皮肤的伸縮变化判 断被测者是否处于疲劳状态，若被测者处于疲劳状态，则输出报警信号，启动报警器报 警。
报警器4的结构如图4所示，包括蜂鸣器8和发光器件9，发光器件9选用发光二 极管，当接收到微处理器3的报警信号后，进行声光报警。
将上述疲劳测试装置的皮肤伸缩测量传感器5粘贴在被测者的额部或/和眼角或/和 脸颊(粘贴部位如图15、 16、 17、 18所示)，然后接通电源，使该装置处于工作状态， 则可采集被测者的面部皮肤使皮肤伸縮测量传感器产生的电感值并对所述皮肤伸缩测 量传感器的电感值变化进行分析，通过被测者的面部皮肤使皮肤伸縮测量传感器产生的 电感值变化确定被测者面部皮肤的伸缩变化，根据被测者面部皮肤的伸缩变化判断被测 者是否处于疲劳状态。
本实施例中的疲劳测试装置有五个皮肤伸缩测量传感器，测试时，既可部分使用， 也可全部使用。
实施例2
本实施例中，基于面部皮肤伸縮的疲劳测试装置如图1所示，与实施例不同之处是
1、 皮肤伸缩前端检测电路为一组；
2、 皮肤伸縮测量传感器5的结构如图6所示，漆包线呈线圈状固定在胶布上；
3、 电感测量电路6的电原理图如图8所示，为LC振荡电路，微处理器3通过公
i r1『2 i
式/ = ~~^= c = 二 : z = 7T7"Wr计算对应皮肤伸縮测量传感器的电
感值并分析所述电感值的变化。
权利要求
1、一种基于面部皮肤伸缩的疲劳测试方法，其特征是包括以下步骤(1)在被测者的额部或/和眼角或/和脸颊安装皮肤伸缩测量传感器，采集被测者的面部皮肤使皮肤伸缩测量传感器产生的电感值；(2)分析所述皮肤伸缩测量传感器的电感值变化，通过被测者的面部皮肤使皮肤伸缩测量传感器产生的电感值变化确定被测者面部皮肤的伸缩变化，根据被测者面部皮肤的伸缩变化判断被测者是否处于疲劳状态。
2、 根据权利要求1所述的基于面部皮肤伸缩的疲劳测试方法，其特征是皮肤伸縮 测量传感器在被测者额部或/和眼角或/和脸颊的安装方式为粘贴。
3、 一种皮肤伸縮测量传感器，其特征在于由漆包线(10)和胶布(11)组成， 漆包线(10)固定在胶布(11)上。
4、 一种基于面部皮肤伸缩的疲劳测试装置，其特征是包括至少一组皮肤伸缩前端 检测电路(1)、可编程逻辑器件(2)、微处理器(3)和报警器(4);皮肤伸縮前端检测电路(1)由皮肤伸縮测量传感器(5)、电感测量电路(6)和比 较器(7)组成，皮肤伸缩测量传感器(5)的输出端与电感测量电路(6)的输入端连 接，将其因被测者面部皮肤伸缩而产生的电感值传送给电感测量电路(6)，电感测量电 路(6)的输出端与比较器(7)的输入端连接，将来自皮肤伸縮测量传感器的电感信号 转变成正弦波输送给比较器(7)，比较器(7)的输出端与可编程逻辑器件(2)的输入 端连接，将来自电感测量电路的正弦波转换成方波输送给可编程逻辑器件(2);可编程逻辑器件(2)的输出端与微处理器(3)的输入端连接，对来自比较器的方 波进行频率计数，并将频率计数值通过同步串行接口传送给微处理器，微处理器(3) 以来自可编程逻辑器件的频率计数值为基础计算对应皮肤伸缩测量传感器的电感值并 分析所述电感值的变化，根据皮肤伸縮测量传感器的电感值变化确定被测者面部皮肤的 伸缩变化，根据被测者面部皮肤的伸縮变化判断被测者是否处于疲劳状态，若被测者处 于疲劳状态，则输出报警信号，启动报警器报警；所述皮肤伸縮测量传感器(5)由漆包线(10)和胶布(11)组成，漆包线 (10)固定在胶布(11)上。
5、 根据权利要求4所述的基于面部皮肤伸缩的疲劳测试装置，其特征是电感测量电路(6)由压控振荡器芯片及其外围电路构成。
6、 根据权利要求4所述的基于面部皮肤伸縮的疲劳测试装置，其特征是电感测 量电路(6)为LC振荡电路。
7、 根据权利要求4或5或6所述的基于面部皮肤伸缩的疲劳测试装置，其特征 是报警器包括蜂鸣器(8)和发光器件(9)。
全文摘要
一种基于面部皮肤伸缩的疲劳测试方法，其特征是包括以下步骤(1)在被测者的额部或/和眼角或/和脸颊安装皮肤伸缩测量传感器，采集被测者的面部皮肤使皮肤伸缩测量传感器产生的电感值；(2)分析所述皮肤伸缩测量传感器的电感值变化，通过被测者的面部皮肤使皮肤伸缩测量传感器产生的电感值变化确定被测者面部皮肤的伸缩变化，根据被测者面部皮肤的伸缩变化判断被测者是否处于疲劳状态。一种基于面部皮肤伸缩的疲劳测试装置，包括至少一组皮肤伸缩前端检测电路、可编程逻辑器件、微处理器和报警器。
文档编号A61B5/16GK101438961SQ20081014790
公开日2009年5月27日 申请日期2008年12月18日 优先权日2008年12月18日
发明者莫思特 申请人:四川川大智胜软件股份有限公司