一种用于检测人体疲劳度的鼠标的制作方法

本实用新型涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种用于检测人体疲劳度的鼠标。

背景技术：

目前，上班族和学生长时间工作或学习容易疲劳，而长期处于疲劳状态不仅会影响工作和学习的效率，而且还会出现亚健康状态，甚至导致猝死。因此，对长期工作或学习的人群进行实时的疲劳度检测成为越来越关注的话题。目前，用于疲劳检测的方法主要有如下三种方法：

(1)通过人体疲劳检测仪检测人体的舌面或唾液，获得人体的pH值，通过pH值便可获取人体疲劳程度。但是，这种检测方法需要在人体疲劳检测仪上配置高精度的pH计，而高精度的PH计昂贵，成本高；并且测量人体的舌面或唾液的方法无法实现疲劳程度的连续实时测量。

(2)通过摄像头采集人体眼睛图像，把采集回来的图像经过二值化处理后，根据PERCLOS方法由眼睛的闭合程度，即黑色部分和白色部分的比值，进而判断人体疲劳程度。但是这种方法需要在头部佩戴摄像头，不仅遮挡了用户的视线，而且笨重的摄像头也给用户带来很大的不适。

(3)通过采集人体脸部头像，利用Adaboost的疲劳表情快速检测算法判断疲劳程度。这种方法需要连续拍摄人脸，数据量很大，而且图像很容易受外界环境关照和人脸抖动的影响，判断的准确率比较低。

由此可见，现有的疲劳检测方法已经不能满足需求，迫切需要一种成本低、方便、检测率高且可持续检测人体疲劳程度的设备。目前，鼠标已经成为了上班族和学生工作或学习最常用的设备，人们通常会将手指常时间放置在鼠标的按键上，而手指上涵盖的脉搏信息足以反映人体的疲劳程度等生理信息，基于上述思路，本申请设计了一种用于检测人体疲劳度的鼠标。

技术实现要素：

本实用新型在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种用于检测人体疲劳度的鼠标，其成本低、方便、检测率高且可持续检测人体疲劳程度。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种用于检测人体疲劳度的鼠标，包括鼠标本体、传感器组和集成电路；

所述鼠标本体的表面设有第一按键；

所述传感器组包括第一光电传感器；所述第一光电传感器设置在所述鼠标本体的第一按键上；所述第一光电传感器检测到所述第一按键按下时发光，并通过获取反射的光信号获得按设在所述第一按键的手指脉搏信息，且将该光信号转换为携带脉搏信息的电流信号；

所述集成电路包括疲劳检测电路；所述疲劳检测电路与所述第一光电传感器电连接；且所述疲劳检测电路用于获取所述第一光电传感器传送的携带脉搏信息的电流信号，并判断是否超过设定的疲劳阈值。

相比于现有技术，本实用新型通过第一光电传感器测量脉搏信号，并通过疲劳检测电路获得心率，从而计算10Hz-20Hz频率部分占0～20hz频率的比例，进而实时判断人体是否处于疲劳状态，以提醒疲劳的鼠标使用者休息，避免鼠标使用者过度疲劳而引发事故，本实用新型的用于检测人体疲劳度的鼠标具有使用方便、成本低、测量准确率高、受外界环境影响小等优点。

进一步地，所述疲劳检测电路包括第一I-V转换电路、第一放大电路、第一低通模拟滤波电路、第一偏置电路、第一单片机、第一低通数字滤波电路和第一FFT电路；所述第一I-V转换电路用于获取所述第一光电传感器传送的携带脉搏信息的电流信号，并将该电流信号转换成电压信号后，传送到所述第一放大电路；所述第一放大电路用于将该电压信号放大后传送到所述第一低通模拟滤波电路；所述第一低通模拟滤波电路用于将该电压信号进行滤波，并经过所述第一偏置电路后，传送到所述第一单片机；所述第一单片机用于将该电压信号转换为数字电压信号后，传送到所述第一低通数字滤波电路；所述第一低通数字滤波电路用于对该数字电压信号进行滤波后传送到所述第一FFT电路；所述第一FFT电路用于获取该数字电压信号后，提取脉搏频谱，并判断是否超过设定的疲劳阈值。

进一步地，所述传感器组还包括第二光电传感器；所述鼠标本体的表面还设有第二按键，所述第二按键与第一按键左右对称分布；所述第二光电传感器设置在所述鼠标本体的第二按键上并发光，且通过获取反射的光信号实时获得按设在所述第二按键的手指脉搏信号，将该光信号转换为携带脉搏信息的电流信号；所述集成电路还包括血氧饱和度检测电路；所述血氧饱和度检测电路用于获取所述第二光电传感器传送的携带脉搏信息的电流信号，进而获得血氧饱和度。

进一步地，所述血氧饱和度检测电路包括第二I-V转换电路、第二放大电路、第二低通模拟滤波电路、第二偏置电路、第二单片机、第二低通数字滤波电路和第二FFT电路；所述第二I-V转换电路用于获取所述第二光电传感器传送的携带脉搏信息的电流信号，并将该电流信号转换成电压信号后，传送到所述第二放大电路；所述第二放大电路用于将该电压信号放大后传送到所述第二低通模拟滤波电路；所述第二低通模拟滤波电路用于将该电压信号进行滤波，并经过所述第二偏置电路后，传送到所述第二单片机；所述第二单片机用于将该电压信号转换为数字电压信号后，传送到所述第二低通数字滤波电路；所述第二低通数字滤波电路用于对该数字电压信号进行滤波后传送到所述第二FFT电路；所述第二FFT电路用于获取该数字电压信号后，提取交流分量和直流分量，并获得血氧饱和度。

进一步地，所述集成电路还包括蓝牙模块；所述蓝牙模块分别与所述第一FFT电路和第二FFT电路电连接，并将所述第一FFT电路传送的疲劳程度和所述第二FFT电路传送的血氧饱和度传送到移动终端。

进一步地，所述疲劳检测电路还包括震动马达；所述震动马达与所述第一单片机电连接；所述震动马达在所述第一FFT电路判定疲劳程度超过疲劳阈值时，接收所述第一单片机发送的信号而震动。

进一步地，所述第一光电传感器与所述第一单片机电连接；且所述第一光电传感器在检测到所述第一按键按下时，接收所述第二单片机的命令时序发光，并采集反射的光信号，以获得使用者的手指脉搏信息。

进一步地，所述第二光电传感器与所述第二单片机电连接，并接收所述第二单片机的命令时序发光，且采集反射的光信号，以获得使用者的手指脉搏信息。

相比于现有技术，本实用新型通过第一光电传感器测量脉搏信号，并通过疲劳检测电路获得心率，从而计算10Hz-20Hz频率部分占0～20hz频率的比例，进而判断人体是否处于疲劳状态，以提醒疲劳的鼠标使用者休息，避免鼠标使用者过度疲劳而引发事故。同时血氧饱和度检测电路根据第二光电传感器传送的脉搏信号获得人体的血氧饱和度，进而在不改变使用习惯的基础上，就能在使用鼠标过程中实现了疲劳的检测、心率和血氧饱和度的测量，具有使用方便、测量准确率高、受外界环境影响小等优点。进一步地，通过蓝牙模块将脉搏波型、心率、血氧饱和度值、每天发生疲劳的次数发送到手机端，再通过手机上传到云服务器，可指导人们合理安排作息时间，提高鼠标使用者的工作效率，创造更多的社会价值，实现对使用者健康的监测，帮助鼠标使用者进行健康管理。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本实用新型。

附图说明

图1是本实用新型用于检测人体疲劳度的鼠标实施例中的结构示意图；

图2是本实用新型用于检测人体疲劳度的鼠标实施例中的原理框图；

图3是图2所示第二光电传感器的发光时序图；

图4是脉搏波的波形图；

图5是脉搏波的频谱图和能量谱图；

图6是图2所示第一电源电路的电路图；

图7是图2所示第一光电传感器、第一I-V转换电路和第一放大电路的电路图；

图8是图2所示第一低通模拟滤波电路的电路图；

图9是图2所示第一偏置电路的电路图；

图10是图2所示第一单片机的电路图。

具体实施方式

请参阅图1，其是本实用新型用于检测人体疲劳度的鼠标实施例中的结构示意图。本实施的用于检测人体疲劳度的鼠标，包括鼠标本体1、传感器组2和集成电路3。

所述鼠标本体1的表面设有左右对称分布的第一按键11和第二按键12。本实施例中，所述鼠标本体1的第一按键11为鼠标左键，第二按键12为鼠标右键。

所述传感器组2包括第一光电传感器21和第二光电传感器22。所述第一光电传感器21设置在所述鼠标本体1的第一按键11上；所述第一光电传感器21检测到所述第一按键11按下时发光，并通过获取反射的光信号获得按设在所述第一按键11的手指脉搏信息，且将该光信号转换为携带脉搏信息的电流信号。所述第二光电传感器22设置在所述鼠标本体1的第二按键12上并发光，且通过获取反射的光信号实时获得按设在所述第二按键12的手指脉搏信号，将该光信号转换为携带脉搏信息的电流信号。

请参阅图2，其是本实用新型用于检测人体疲劳度的鼠标实施例中的原理框图。

所述集成电路3包括疲劳检测电路31、血氧饱和度检测电路32和蓝牙模块33。所述疲劳检测电路31用于获取所述第一光电传感器21传送的携带脉搏信息的电流信号，并判断是否超过设定的疲劳阈值。所述血氧饱和度检测电路32用于获取所述第二光电传感器22传送的携带脉搏信息的电流信号，进而获得血氧饱和度。所述蓝牙模块33用于将获取疲劳程度和血氧饱和度传送到手机等移动终端4，实现对使用者健康的管理，帮助使用者提高工作效率。

所述第一光电传感器21为型号为NJL5310的反射式光电传感器，其内设有第一红光和红外发光二极管、第一光电二极管。当检测到所述第一按键11按下时，所述第一红光和红外发光二极管接收所述疲劳检测电路31的命令按时序发光；所述第一光电二极管采集反射回的光信号，以获得使用者的手指脉搏信息，并将该携带脉搏信息的光信号转换为电流信号后，传送回所述疲劳检测电路31。

请参阅图3，其是图2所示第二光电传感器的发光时序图，图中t1、t2、t3和t4表示时间段，t1-t4则完成一个发光周期，且红光RED在t1时间段发光、在t2-t4时间段不发光；红外光IRED在t3时间段发光、在t1、t2、t4时间段不发光。所述第二光电传感器22为型号为DCM03的反射式光电传感器，其内设有第二红光和红外发光二极管、第二光电二极管。所述第二红光和红外发光二极管接收所述疲劳检测电路31的命令按时序发光；所述第二光电二极管采集反射回的光信号，以获得使用者的手指脉搏信息，并将该携带脉搏信息的光信号转换为电流信号后，传送回所述疲劳检测电路31。

请同时参阅图4和图5。图4是脉搏波的波形图，其中横坐标表示时间，单位s；纵坐标表示电压幅值，单位V；图5是脉搏波的频谱图和能量谱图；其中横坐标表示频率大小，单位HZ，纵坐标表示归一化之后的幅值。

所述疲劳检测电路31包括第一电源电路311、第一I-V转换电路312、第一放大电路313、第一低通模拟滤波电路314、第一偏置电路315、第一单片机316、第一低通数字滤波电路317、第一快速傅氏变换(Fast Fourier Transformation，以下简称“FFT”)电路318和震动马达319。所述第一电源电路311向所述第一I-V转换电路312、第一放大电路313、第一低通模拟滤波电路314、第一偏置电路315、第一单片机316、第一低通数字滤波电路317、第一FFT电路318和震动马达319供电。所述第一I-V转换电路312用于获取所述第一光电传感器21传送的携带脉搏信息的电流信号，并将该电流信号转换成电压信号后，传送到所述第一放大电路313；所述第一放大电路313用于将该电压信号放大后传送到所述第一低通模拟滤波电路314；所述第一低通模拟滤波电路314用于将该电压信号进行滤波，并经过所述第一偏置电路315后传送到所述第一单片机316；所述第一单片机316用于将该电压信号转换为数字电压信号后，传送到所述第一低通数字滤波电路317；所述第一低通数字滤波电路317用于对该数字电压信号进行滤波后传送到所述第一FFT电路318。所述第一FFT电路318用于根据该数字电压信号获得脉搏频谱，并根据该脉搏频谱获得使用者的心率，从而计算该心率中10Hz-20Hz频率部分占0～20hz频率的比例，若该比例超过设定的疲劳阈值，则判断疲劳；同时所述第一FFT电路318还根据该脉搏频谱获得使用者的脉搏波形。所述震动马达319与所述第一单片机316电连接；所述震动马达319在所述第一FFT电路318判定疲劳程度超过疲劳阈值时，接收所述第一单片机316发送的信号而震动。

本实施例中，所述第一放大电路313采用型号为AD620的前置放大电路，以将电压信号放大1000倍后传送到截止频率为33.8hz的所述第一低通模拟滤波电路314。所述第一低通数字滤波电路317为50阶的低通数字滤波器。

所述血氧饱和度检测电路32包括第二电源电路321、第二I-V转换电路322、第二放大电路323、第二低通模拟滤波电路324、第二偏置电路325、第二单片机326、第二低通数字滤波电路327和第二FFT电路328。所述第二电源电路321向所述第二I-V转换电路322、第二放大电路323、第二低通模拟滤波电路324、第二偏置电路325、第二单片机、第二低通数字滤波电路327和第二FFT电路328供电。所述第二I-V转换电路322用于获取所述第二光电传感器22传送的携带脉搏信息的电流信号，并将该电流信号转换成电压信号后，传送到所述第二放大电路323；所述第二放大电路323用于将该电压信号放大后传送到所述第二低通模拟滤波电路324；所述第二低通模拟滤波电路324用于将该电压信号进行滤波，并经过所述第二偏置电路325后，传送到所述第二单片机326；所述第二单片机326用于将该电压信号转换为数字电压信号后，传送到所述第二低通数字滤波电路327；所述第二低通数字滤波电路327用于对该数字电压信号进行滤波后传送到所述第二FFT电路328；所述第二FFT电路328用于根据该数字电压信号提取交流分量和直流分量，计算血氧饱和度。

所述蓝牙模块33分别与所述第一FFT电路318和第二FFT电路328电连接，并将所述第一FFT电路318传送的疲劳程度、心率、脉搏波形实时传送到移动终端4，同时每隔5分钟将所述第二FFT电路328传送的血氧饱和度传送到移动终端4。

本实施例中，所述第二放大电路323采用型号为INA128的前置放大电路，以将电压信号放大500倍后传送到截止频率为50hz的所述第二低通模拟滤波电路324，去除环境中工频的干扰。所述第二低通数字滤波电路327为截止频率为100hz的低通数字滤波器。

下面具体描述电路的连接结构，由于所述疲劳检测电路31和血氧饱和度检测电路32的电路信号传送关系是相同的，只是采用的芯片型号和设定的频率不同，因此，下面仅仅介绍疲劳检测电路31的具体电路连接结构。

请参阅图6，其是图2所示第一电源电路的电路图。所述第一电源电路311包括万能式断路开关DSWa1、场效应管Qa1和电压反转器ICL。外界电源电压信号通过所述万能式断路开关DSWa1实现给所述集成电路3通电或断电。所述场效应管Qa1的集电极与万能式断路开关DSWa1的活动端连接，并通过并联的稳压电容CA5和稳压电容CA6，以滤除电源电压信号中的高频谐波成分。所述场效应管Qa1的发射极接地；所述场效应管Qa1的基极为电源电压输出端VCC，且该电源电压输出端VCC通过并联的稳压电容CA3和稳压电容CA4后接地。所述电源电压输出端VCC通过与型号为ICL7760的电压反转器ICL的8引脚连接，所述电压反转器ICL的2引脚和4引脚通过极性电容CA1连接；所述电压反转器ICL的5引脚为反向电源电压输出端VEE，且该反向电源电压输出端通过极性电容CA2后接地。本实施例中，所述电源电压输出端VCC还通过电阻Ra1和二极管LED1接地。

请参阅图7，其是图2所示第一光电传感器、第一I-V转换电路和第一放大电路的电路图。

所述第一光电传感器21包括NJL5310R芯片，该芯片的1引脚和3引脚通过电阻R1与电源电压输出端VCC连接；2引脚通过电阻R0接地；5引脚与第一I-V转换电路312连接，以将携带脉搏信息的电流信号传送到第一I-V转换电路312。

所述第一I-V转换电路312包括AD795芯片，该芯片的7引脚与电源电压输出端VCC连接；4引脚与反向电源电压输出端VEE连接；2引脚与所述第一光电传感器21连接；6引脚与第一放大电路313连接，以将转换的电压信号传送到第一放大电路313，同时6引脚与2引脚通过由电阻R2和电容CA1组成的滤波电路连接，以滤除高频谐波信号。

所述第一放大电路313包括AD620芯片，该芯片的7引脚与电源电压输出端VCC连接；4引脚与反向电源电压输出端VEE连接；2引脚与所述第一I-V转换电路312连接；8引脚经电阻R3与2引脚连接，6引脚与第一低通模拟滤波电路314连接，以输出放大的电压信号SINGAL1。

请参阅图8，其是图2所示第一低通模拟滤波电路的电路图。所述第一低通模拟滤波电路314包括TLCA2272芯片，该芯片的8引脚与电源电压输出端VCC连接；4引脚与反向电源电压输出端VEE连接；5引脚通过电阻R5、R7和第一放大电路313连接，并通过极性电容C9接地；6引脚与7引脚连接，并经过极性电容CA6接在电阻R5和电阻R7之间；2引脚与1引脚连接；7引脚经过电阻R6后，分别通过电容CA11和电阻R8与1引脚和3引脚连接；1引脚输出电压信号SIGNAL2，3引脚接极性电容CA10后接地。

请参阅图9，其是图2所示第一偏置电路的电路图。所述第一偏置电路315包括TLCA2272芯片，该芯片的8引脚与电源电压输出端VCC连接；4引脚与反向电源电压输出端VEE连接；2引脚通过电阻Rr1与所述第一低通模拟滤波电路314连接，且2引脚通过电阻Rr2与第一单片机316连接；5引脚通过电阻Rr5和Rr6接地；6引脚与1引脚通过电阻Rr3连接，同时6引脚与7引脚通过电阻Rr4连接。1引脚输出第一路电压信号到所述第一单片机316；7引脚输出第二路电压信号到所述第一单片机316。

所述第一单片机316为型号序列为STM32的单片机，其通过AD采集将所述第一偏置电路315传送的第一路电压信号和第二电路电压信号，转换为数字电压信号传送到所述第一FFT电路318，由所述第一FFT电路318将数字电压信号转换成脉搏频谱，进而获得心率，从而判断是否处于疲劳。

请参阅图10，其是图2所示第一单片机316的电路图。

具体的，所述第一单片机316包括型号为STM32F103RBT6的芯片和外围电路；该芯片的32引脚、48引脚、64引脚和19引脚均通过电阻R0接收电源电压；且32引脚通过电容C11与31引脚连接，48引脚通过电容C19与47引脚连接，64引脚通过电容C2与63引脚连接，19引脚通过电容C10与18引脚连接；31引脚、47引脚、63引脚和18引脚接地。该芯片的13引脚通过电阻R5接收电源电压，且该13引脚通过并联的电容C7和电容C8与12引脚连接，该12引脚接地。该芯片的3引脚通过电阻Y1与4引脚连接，其该3引脚通过电容C4接地，该4引脚通过电容C3接地。该芯片的5引脚和6引脚通过并联的电阻R4和晶振Y2连接，且该5引脚通过电容C5接地，该6引脚通过电容C6接地。该芯片的7引脚连接一复位开关RESET，该复位开关一端接地，另一端通过电阻R3接收电源电压，其该复位开关两端并联有电容C1。该芯片的60引脚和28引脚通过引导端子BOOT连接。

相比于现有技术，本实用新型通过第一光电传感器测量脉搏信号，并通过疲劳检测电路获得心率，从而计算10Hz-20Hz频率部分占0～20hz频率的比例，进而判断人体是否处于疲劳状态，以提醒疲劳的鼠标使用者休息，避免鼠标使用者过度疲劳而引发事故。同时血氧饱和度检测电路根据第二光电传感器传送的脉搏信号获得人体的血氧饱和度，进而在不改变使用习惯的基础上，就能在使用鼠标过程中实现了疲劳的检测、心率和血氧饱和度的测量，具有使用方便、成本低、测量准确率高、受外界环境影响小等优点。进一步地，通过蓝牙模块将脉搏波型、心率、血氧饱和度值、每天发生疲劳的次数发送到手机端，再通过手机上传到云服务器，可指导人们合理安排作息时间，提高鼠标使用者的工作效率，创造更多的社会价值，实现对使用者健康的监测，帮助鼠标使用者进行健康管理。

本实用新型并不局限于上述实施方式，如果对本实用新型的各种改动或变形不脱离本实用新型的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本实用新型的权利要求和等同技术范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变形。