头戴式清醒度维持装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及清醒度维持应用领域，特别涉及头戴式清醒度维持装置。
【背景技术】
[0002]困倦是人体常见的生理现象，即使人员充分休息，但在单调枯燥的环境或特定的时段下也难以避免。倦意产生时，如果不及时进行有效的外来刺激，使人恢复清醒，人员就容易陷入到磕睡中，在某些场合甚至会给人带来安全隐患或不良后果，如驾驶交通工具、值勤、学习等。
[0003]目前，国内外众多机构开发防睡驾驶产品，其工作原理均为监测磕睡时人员的生理特征参量达到设定阈值，本质上是被动地等待人员的清醒度下降到磕睡程度再报警，因而不能有效起到维持清醒的作用；国内已公开一篇关于清醒状态维持装置的专利，专利公开号是CN102473355A，该专利的方法是结合车辆行驶状态，显示用于刺激驾驶员的视觉图像，并产生声音和振动用于刺激，但这种装置结构复杂，需要手动操作，安装使用不便，缺乏便携性，且成本昂贵，不利于广泛应用推广；国内另一篇公开的关于头脑清醒器的专利，专利公开号是CN2335598Y，该专利采用两个温度不同的半导体致冷器冷端与头部接触，使人保持清醒，其缺点是需要手动操作，缺乏便携性，起效缓慢，且冷端接触刺激没有变化导致易丧失刺激效果。
【发明内容】
[0004]本实用新型提供头戴式清醒度维持装置，装置佩戴在人员头部，能识别人员的有效头部动作并将其转换为操作指令，在人员任何有清醒刺激需求的时刻，不须动手操作，通过便捷的头部动作，即可立即对头部实施振动清醒刺激，且可调节刺激振动模式、振动强度和交替振动频率，刺激效果显著持久，便携性强，能有效迅速提升人员的清醒度。
[0005]为实现上述方案，本实用新型的一个形态的头戴式清醒度维持装置是，所述头戴式清醒度维持装置为头戴式装置，由传感控制器和头戴式载体组成，传感控制器和头戴式载体通过机械固定和电气连结成为一体；所述传感控制器包括MEMS陀螺仪、控制模块、电源模块，MEMS陀螺仪的安装应保证其X、Y、Z三轴方向分别与人员头部的左右、前后和上下方向保持一致；所述头戴式载体可套在头部，包括振动模块及承载振动模块的可戴载体，振动模块包括不少于两只的振动元件，可戴载体的结构形状满足覆盖头脑轮廓并能稳定佩戴，各振动元件沿可戴载体的形状在其内部合理均匀布置，与头脑皮层通过柔性介质保持接触。
[0006]所述头戴式清醒度维持装置内部模块的作用是:
[0007]MEMS陀螺仪，对装置三轴角速度信号进行实时数据采集和数据处理，供控制模块读取。
[0008]控制模块，读取MEMS陀螺仪所采集三轴旋转角速度数据，识别头部动作的运动轴和方向，并根据积分计算所得三轴的运动角度与角度阈值的比较结果，综合判定发生单向头部动作的类别；执行与头部动作对应的指令操作。
[0009]振动模块，包括多只振动元件及各自的驱动电路，接收控制模块输出的振动信号，向人员头部提供清醒振动刺激。
[0010]电源模块，包括充电接口、锂电池、电源指示灯和电源开关键。
[0011]所述头戴式清醒度维持装置的内部模块的工作原理是:
[0012]控制模块在运行中读取MEMS陀螺仪所采集在X、Y、Z三轴上的旋转角速度数据，识别头部动作的运动轴和方向，并根据积分计算所得X、Y、Z三轴的运动角度与角度阈值的比较结果，综合判定单向头部动作的类别。
[0013]控制模块通过监测动作组合中的单向头部动作的顺序，及完成动作组合的总时间，分别与设定的动作组合和时间比较，判定组合头部动作的类别。
[0014]控制模块识别常用的单向头部动作的类别，包括右转头、左转头、抬头、点头、右侧头、左侧头；常用的组合头部动作类别，包括摇头。
[0015]装置预先赋予各类别头部动作操作指令属性，包括单向头部动作和组合头部动作，其中单向头部动作的操作指令属性只在清醒振动刺激持续期间方可有效。
[0016]装置以具有一定复杂度的组合头部动作作为启动或停止清醒振动刺激的指令，避免经常性的单向头部动作误触发清醒振动刺激，违背人员的真实意愿。
[0017]定义一个组合头部动作具有启动清醒振动刺激的指令属性，另一个组合头部动作具有停止清醒振动刺激的指令属性。两个用于启停的组合头部动作可以互不相同，也可以完全相同。
[0018]常用的组合头部动作类别包括摇头。
[0019]已定义为启动振动刺激指令属性的组合头部动作发生一次时，控制模块启动清醒振动刺激并维持；已定义为停止振动指令属性的组合头部动作一次时，控制模块停止清醒振动刺激。
[0020]控制模块可选择多种振动模式对各振动元件实施有序的振动控制，所述振动模式为根据各振动元件的空间位置，以预定的振动排列顺序，通过控制模块以I/o端口与振动元件一一对应的方式，在时域上向各振动元件分配交替的清醒刺激振动信号，使头脑皮层各部位按特定的顺序接受振动刺激；所述振动模式以子程序的形式存储于控制模块的存储器中，供程序调用。
[0021]定义一对方向相反的单向头部动作具有更换振动模式的指令属性，用于更换清醒刺激振动模式；在清醒刺激启动后，单向头部动作每发生一次，控制模块更换一个清醒刺激振动模式；该对方向相反的单向头部动作分别控制更换刺激振动模式存储序号排列的前后两个方向。
[0022]控制模块通过改变清醒刺激振动信号占空比，调整清醒刺激振动的强度。
[0023]定义另一对方向相反的单向头部动作具有调整清醒振动刺激强度的指令属性，用于调整清醒刺激振动的强度；在清醒振动刺激启动后，单向头部动作每发生一次，控制模块调整一个档位的清醒刺激振动强度；该对两个方向相反的单向头部动作分别控制振动强度调整的高低两个方向。
[0024]控制模块通过改变清醒刺激信号在各振动元件间交替输出的时间间隔，调整清醒刺激振动的交替振动频率。
[0025]定义另一对方向相反的单向头部动作具有调整交替振动频率的指令属性，用于调整振动模块各振动元件之间的交替振动频率。在清醒刺激启动后，单向头部动作每发生一次，控制模块调整一个档位的交替振动频率；该对方向相反的单向头部动作分别控制各振动元件之间的交替振动频率调整的高低两个方向。
[0026]常用的成对单向头部动作包括右转头与左转头、抬头与点头、右侧头与左侧头三对。
[0027]本实用新型的有益效果是:人员通过便捷的头部动作，即可在产生倦意且急需清醒刺激的时刻，及时地实施清醒振动刺激，并可调整振动强度、交替振动频率和振动模式，摒弃了人手操作的滞后性和复杂性；多种振动模式变化多端，起效迅速，且带给人员奇妙和立体的空间感觉，刺激效果持久性强，有助于迅速去除困倦，恢复清醒意识；装置便携性强，成本低，利于普及推广应用，具有良好的公共利益。
【附图说明】
[0028]为清楚说明本实用新型实施例的技术方案，下面对实施例描述中所需的附图作简要介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以据此获得其他的附图。
[0029]图1为本实用新型中一个实施例的示意图；
[0030]图2为本实用新型中一个实施例的原理方框图；
[0031]图3为本实用新型中一个实施例的工作流程图。
【具体实施方式】
[0032]以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在不脱离本实用新型本质和精神的情况下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型公开和保护的范围。
[0033]图1是本实用新型中头戴式清醒度维持装置的一个实施例的示意图，所述头戴式清醒度维持装置为头箍式结构，套在人员头上。头戴式清醒度维持装置由传感控制盒100、头箍110、扁平振动马达120和扣带130组成，传感控制盒100固定在头箍110的前方，盒内集成MEMS陀螺仪200、控制模块210、电源模块230，MEMS陀螺仪200的安装应保证其X、Y、Z三轴方向分别与人员头部的左右、前后和上下方向保持一致，盒体上设有电源开关键101、电源指示灯102及电池充电插口 103 ;六只扁平振动马达120，按照人员头部的左右两侧分布的形式，安装在头箍110的内部，并与传感控制盒100进行电气连结；扣带130用于调节佩戴头箍110的松紧程度；头箍110采用柔性材料，使扁平振动马达120的振动能量能够被传递到头脑皮层。
[0034]图2是本实用新型中头戴式清醒度维持装置的一个实施例的原理方框图，所述头戴式清醒度维持装置的功能模块包括=MEMS陀螺仪200、控制模块210、振动模块220、电源模块230 ；MEMS陀螺仪采用美国InvenSense公司的MPU-6050产品，控制模块采用单片微机，振动模块采用六只微型扁平振动马达120。
[0035]头戴式清醒度维持装置启动后，控制模块210执行应用程序，从MEMS陀螺仪MPU-6050专用寄存器中读取在X、Y、Z三