生物测定式汽车方向盘的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种车辆的方向盘，特别地，涉及一种能够测量驾驶员生物信号的生物测定式汽车方向盘。
【背景技术】
[0002]随着社会的发展，消费水平的提升，汽车作为主要的代步工具已经进入了越来越多的家庭，为大家提供生活上的便利。然而，在汽车行业飞速发展的今天，车祸也成为了一把时常威胁着人们生命安全的利刃。就像我们所了解的，驾驶员状态不佳就是引起车祸的一个必须直面的原因。酒驾，疲劳驾驶，以及驾驶过程中突发疾病都将酿成大祸。
[0003]就汽车方向盘而言，作为汽车内部极为重要的一个部分，驾驶员在驾驶车辆时基本连续不断地用手操作方向盘。现有技术的方向盘大多功能单一，不能利用方向盘获取驾驶员手部的生物信号而避免因驾驶员状态不佳而发生意外。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术汽车方向盘功能单一、不能获取驾驶员手部生物信号的技术问题，本发明提供生物测定式汽车方向盘。
[0005]一种生物测定式汽车方向盘，包括方向盘本体、心率采集模块和上位机，所述心率采集模块包括相互电连接的脉搏血氧传感器、模拟前端芯片和单片机，所述脉搏血氧传感器安装于所述方向盘本体以通过驾驶员手部接触采集其生理状态参数，所述模拟前端芯片和所述单片机对所述生理状态参数进行分析和处理得出可视图形，所述上位机电连接所述心率采集模块以接收并显示所述可视图形。
[0006]在本发明提供的生物测定式汽车方向盘的一种较佳实施例中，所述心率采集模块还包括USB接口、波形显示器和数据传输端口。
[0007]在本发明提供的生物测定式汽车方向盘的一种较佳实施例中，所述模拟前端芯片为AFE4400模拟前端芯片、所述单片机为MSP430F149单片机。
[0008]在本发明提供的生物测定式汽车方向盘的一种较佳实施例中，所述波形显示器为OLED波形显示器，所述数据传输端口为USB-RS232数据传输端口。
[0009]在本发明提供的生物测定式汽车方向盘的一种较佳实施例中，所述方向盘本体包括设于其两相对侧的信号采集区，所述脉搏血氧传感器设于所述信号采集区。
[0010]在本发明提供的生物测定式汽车方向盘的一种较佳实施例中，所述心率采集模块还包括蓝牙模块，将所述生理状态参数和可视图形同步显示于所述上位机。
[0011]在本发明提供的生物测定式汽车方向盘的一种较佳实施例中，所述上位机可以是车载体系、手机和平板电脑中的任意一种。
[0012]在本发明提供的生物测定式汽车方向盘的一种较佳实施例中，所述信号采集区的数量包括四个。
[0013]在本发明提供的生物测定式汽车方向盘的一种较佳实施例中，所述脉搏血氧传感器包括脉冲反射式脉搏探头。
[0014]与现有技术相比，本发明提供的所述生物测定式汽车方向盘优点在于:
所述生物测定式汽车方向盘借助AFE4400模拟前端芯片和所述脉搏血氧传感器，可通过手部与所述方向盘本体的接触获取驾驶员的脉搏率、呼吸率和心率，继而识别驾驶员的生理状态，通过算法评估驾驶风险(如酒驾、疲劳驾驶、突发性疾病)，并作出有利于驾驶员的汽车行驶状态变化需求信号，设计简单，成本低。
【附图说明】
[0015]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中:
图1是本发明提供的生物测定式汽车方向盘的立体结构示意图；
图2是图1所示生物测定式汽车方向盘的工作原理图。
【具体实施方式】
[0016]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0017]请同时参阅图1及图2，其中图1是本发明提供的生物测定式汽车方向盘的立体结构示意图，图2是图1所示生物测定式汽车方向盘的工作原理图。
[0018]生物测定式汽车方向盘I包括方向盘本体11、心率采集模块和上位机13。
[0019]方向盘本体11包括设于其两相对侧的四个信号采集区111。
[0020]心率采集模块包括相互电连接的脉搏血氧传感器121、模拟前端芯片123、单片机125、USB接口(图未示)、波形显示器(图未示)和数据传输端口(图未示)、蓝牙模块(图未示)。
[0021]【具体实施方式】中，模拟前端芯片123选用AFE4400模拟前端芯片。AFE4400模拟前端芯片是一款针对脉冲血氧仪应用的完全集成模拟前端(AFE)，具有灵活的脉冲排序和定时控制。在芯片内部包含一个拥有集成模数转换器(ADC)的低噪声接收器通道、一个LED发射控制部件和一个针对传感器和LED故障检测的诊断功能部件，可通过反射式或者投射式传感器来实现脉搏的测量。因此，脉搏血氧传感器121选用脉冲反射式脉搏探头。
[0022]脉搏血氧传感器121设于信号采集区111，用于手机左右手的脉搏信号，其测量原理是:脉冲反射式脉搏探头包括光反射器，光反射器把红外光和红光的LED和光电晶体管集成在一个封装内，由于在外周组织中密布着的血管里流动的血液对于光线有一定的吸收能力，而外周组织的光吸收/反射特性会随着其中血液量所产生的细微变化而发生变化，经过测量反射光的吸收光谱就能够达到测量的目的。这类特性也随着心脏有规律地跳动而变化。脉冲反射式脉搏探头不单能够精确测得血管内容积变化，而且在实践操作中只需将脉搏血氧传感器121接触身体任何部位，当接触部位的血流量和血氧浓度随心脏跳动而变化时，脉冲反射式脉搏探头便接收到随心脏周期性地收缩和舒张的动脉搏动光脉冲信号，从而采集到心脏搏动信号。
[0023]单片机125选用MSP430F149单片机。MSP430单片机是一种16位超低功耗的混合信号处理器。它将很多模拟电路外设和常用数字模块集成在芯片里。通常情况下，对于普通实际应用单芯片即可完全满足要求，如此一来不但使外围控制电路的复杂性降低了，更节省了 PCB空间，同时也降低了设计成本，提高了系统的可靠性。MSP430单片机还具有强大的处理能力，单周期指令周期，并且自带硬件乘法器。另外，它还具有高性能模拟技术及丰富的片上外围模块，同时还拥有集成开发环境方便、高效等优点。MSP430F149单片机的主要功能部件包括CPU、存储器和外围模块。MSP430系列单片机的CPU结构是根据精简指令集和高透明的主张而设计的，和通用的微处理器基本无异，并选用了面向控制的结构和指令系统，提高指令实行速度和效率的同时，也加强了 MSP430单片机的实时处理能力。其外围模块通过地址总线(MAB)、数据总线(MDB)、中止服务及请求与CPU连接。
[0024]波形显示器选用OLED波形显示器，数据传输端口选用USB-RS232数据传输端口。脉搏血氧传感器121选用脉冲反射式脉搏探头。
[0025]本发明提供的的生物测定式汽车方向盘1，使用了脉搏测量技术所应用的光学体积描记法(PPG)，利用带有脉冲反射式脉搏探头的脉搏血氧传感器121来进行驾驶员血氧浓度的采集，经过AFE4400模拟前端芯片123进行信号处理、滤波、放大以及模数转换，得到对应的脉搏数字信号，并将信号送至MSP430单片机125进行分析和处理计算，从而可转化成心率、呼吸率和血氧浓度等其他参数用于生理特征评判，再通过USB接口、数据传输端口和/或蓝牙模块将波形图像传输至上位机13进行波形显示，从而进一步能提供危险预判和预警、报警和提醒等辅助安全驾驶功能。
[0026]与现有技术相比，本发明提供的生物测定式汽车方向盘I的优点在于:
生物测定式汽车方向盘I借助AFE4400模拟前端芯片123和脉搏血氧传感器121，可通过手部与方向盘本体11的接触获取驾驶员的脉搏信号变化，并可以转化成呼吸率和心率，继而识别驾驶员的生理状态，通过算法评估驾驶风险(如酒驾、疲劳驾驶、突发性疾病)，并作出有利于驾驶员的汽车行驶状态变化需求信号。此种设计实现了接触测量，避免了驾驶员使用传统式心率指夹式测量所带来的不便，简单，且成本低廉。
[0027]以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1.一种生物测定式汽车方向盘，其特征在于，包括方向盘本体、心率采集模块和上位机，所述心率采集模块包括相互电连接的脉搏血氧传感器、模拟前端芯片和单片机，所述脉搏血氧传感器安装于所述方向盘本体以通过驾驶员手部接触采集其生理状态参数，所述模拟前端芯片和所述单片机对所述生理状态参数进行分析和处理得出可视图形，所述上位机电连接所述心率采集模块以接收并显示所述可视图形。2.根据权利要求1所述的生物测定式汽车方向盘，其特征在于，所述心率采集模块还包括USB接口、波形显示器和数据传输端口。3.根据权利要求1所述的生物测定式汽车方向盘，其特征在于，所述模拟前端芯片为AFE4400模拟前端芯片、所述单片机为MSP430F149单片机。4.根据权利要求2所述的生物测定式汽车方向盘，其特征在于，所述波形显示器为OLED波形显示器，所述数据传输端口为USB-RS232数据传输端口。5.根据权利要求1所述的生物测定式汽车方向盘，其特征在于，所述方向盘本体包括设于其两相对侧的信号采集区，所述脉搏血氧传感器设于所述信号采集区。6.根据权利要求2所述的生物测定式汽车方向盘，其特征在于，所述心率采集模块还包括蓝牙模块，将所述生理状态参数和可视图形同步显示于所述上位机。7.根据权利要求1所述的生物测定式汽车方向盘，其特征在于，所述上位机可以是车载体系、手机和平板电脑中的任意一种。8.根据权利要求5所述的生物测定式汽车方向盘，其特征在于，所述信号采集区的数量包括四个。9.根据权利要求5所述的生物测定式汽车方向盘，其特征在于，所述脉搏血氧传感器包括脉冲反射式脉搏探头。
【专利摘要】本发明提供一种生物测定式汽车方向盘。所述生物测定式汽车方向盘包括方向盘本体、心率采集模块和PC上位机，所述心率采集模块安装于所述方向盘本体以采集驾驶员生理驾驶特征，所述PC上位机电连接所述心率采集模块以接收其数据并进行波形显示。本发明提供的生物测定式汽车方向盘利用安装于车辆方向盘上的脉搏血氧传感器、模拟前端芯片和单片机来实时监控驾驶员的生理主要状态信息，从而提前进行危险预判、预警、报警和提醒等辅助安全驾驶功能，减少事故发生率。
【IPC分类】B62D1/04, A61B5/0205
【公开号】CN104943727
【申请号】CN201510420808
【发明人】孙鹏飞, 郭大军, 罗玥, 柯金铃
【申请人】厦门理工学院
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年7月17日