亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于人體ECG信號(hào)監(jiān)測(cè)的汽車座椅研究

        2023-05-30 15:27:14胡瑄
        時(shí)代汽車 2023年1期
        關(guān)鍵詞:智能化

        胡瑄

        摘 要:設(shè)計(jì)了一種基于駕駛員生命信息個(gè)性化監(jiān)測(cè)的汽車座椅,通過安裝在汽車座椅上的集成醫(yī)療傳感器系統(tǒng),對(duì)駕駛員生命信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。使用容性耦合傳感器,對(duì)駕駛員運(yùn)用電容式心電檢測(cè)技術(shù),獲取人體ECG(心率)信號(hào)。設(shè)計(jì)了系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了包括數(shù)據(jù)采集和處理在內(nèi)的電路,比較了傳感器組處于不同位置的下QRS(心電圖波群)值,解決了傳感器最佳安裝位置問題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明:該系統(tǒng)能夠較好的記錄駕駛員人體ECG信號(hào),測(cè)試結(jié)果能夠在醫(yī)學(xué)上判斷出駕駛員身體狀況是否處于良好狀態(tài)。

        關(guān)鍵詞:汽車座椅 智能化 生命信號(hào) ECG信號(hào) 監(jiān)測(cè)技術(shù)

        近年來(lái)我國(guó)汽車行業(yè)發(fā)展日漸成熟,隨著家用汽車的不斷普及,人們關(guān)注汽車座椅的舒適性同時(shí),也更加關(guān)注它的安全服務(wù)方面性能[1]。

        人口結(jié)構(gòu)的改變,社會(huì)上出現(xiàn)了越來(lái)越多的老年汽車司機(jī),因此在汽車行駛過程中,對(duì)駕駛員的身體狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)勢(shì)在必行。傳統(tǒng)的汽車座椅控制系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法滿足人們新的需求,更安全、更舒適、智能化及健康化體驗(yàn)將成為未來(lái)汽車智能座椅的方向[2-3]。通過智能汽車座椅對(duì)駕駛員身體狀況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),將有助于提高汽車行駛的安全性,避免由于駕駛員身體狀況變化而造成交通事故的發(fā)生。本文設(shè)計(jì)一種嵌入式結(jié)構(gòu)智能汽車座椅,通過汽車集成醫(yī)療傳感器系統(tǒng),對(duì)駕駛員ECG(心電信號(hào))實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,同時(shí)給出指標(biāo)參數(shù)隨時(shí)間變化的特性曲線圖,自動(dòng)識(shí)別駕駛員健康情況是否正常。

        1 總體方案

        傳統(tǒng)方式對(duì)人體生命特征監(jiān)測(cè)的方法有很多種,例如人體呼吸監(jiān)測(cè)方法有:電阻抗呼吸測(cè)量法、溫度傳感器法、壓力傳感器法等。脈搏跳動(dòng)測(cè)量方法有:光電式脈搏波測(cè)量法[4]。由于有線連接式測(cè)量技術(shù)會(huì)影響汽車駕駛,上述裝置無(wú)法滿足汽車座椅對(duì)駕駛員生命體征監(jiān)測(cè),存在一定的局限性。

        非接觸測(cè)量技術(shù)常用的有多普勒雷達(dá)生物信息傳感器,工作頻率有2.4GHz和5.8GHz兩種,但多普勒雷達(dá)傳感在射頻架構(gòu)和多普勒信息解調(diào)等方面仍存在缺陷[5],這一問題嚴(yán)重妨礙了多普勒雷達(dá)傳感在非接觸生命信號(hào)檢測(cè)中的實(shí)際應(yīng)用。

        1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

        本文運(yùn)用電容耦合電測(cè)量方法對(duì)駕駛員生命信測(cè)量,其方法是心電信號(hào)通過電容耦合的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,采集的信號(hào)經(jīng)過濾波、放大、A/D轉(zhuǎn)換后,送到單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理,其系統(tǒng)方框圖如圖1所示。

        2 嵌入式電容耦合心電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        建立一個(gè)嵌入式結(jié)構(gòu)系統(tǒng),通過多個(gè)傳感器對(duì)駕駛員身體狀況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,將采集到的電信號(hào)濾波,經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換(A/D),傳輸?shù)街醒胩幚砥髦羞M(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理,通過無(wú)線藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信[7]。通過上述系統(tǒng)對(duì)駕駛員生命信息ECG(心電信號(hào))進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

        2.1 電容式心電監(jiān)護(hù)ECG電路設(shè)計(jì)

        ECG(心率)是指心臟在每個(gè)心動(dòng)周期中,由起搏點(diǎn)、心房、心室相繼興奮,伴隨著心電圖生物電的變化,通過心電描記器從體表引出多種形式的電位變化的圖形。在本文中使用基于容性耦合原理的接觸式心電傳感器,其電路原理框圖及等效電路圖如圖2所示。

        其中,電阻Rins、Rcloth分別表示絕緣層與織物層,圖中Cins表示絕緣層電容值,Rcloth則表示布料電容特性值,在本設(shè)計(jì)中絕緣層面積為Ains=4cm×8cm,厚度dins=0.2cm,電阻率ρins=5·1016Ωcm,系數(shù)εr=2.3[8],假設(shè)絕緣層厚度均勻,Rins和Cins分別計(jì)算如下:

        其中,系數(shù)ε0=8.854·10-12,織物厚度相對(duì)較小,通常純棉織物厚度大約平均為dcloth=0.25mm,其電極耦合面積為Acloth=32cm2,系數(shù)εb=1(主要考慮空氣)[9-10],Ccloth可以計(jì)算出如下:

        事實(shí)上,按照織物參數(shù)εb實(shí)際值計(jì)算,Ccloth值會(huì)有所增加,另一方面,附加織物層會(huì)使得Ccloth值有所增加,正常情況下由于Rcloth比較大(約幾個(gè)GΩ),所以上述情況可以被忽略掉[10]。然而,濕度的影響,例如人體大量出汗可能會(huì)導(dǎo)致Rcloth下降的比較多(下降到約幾個(gè)KΩ),因此電極耦合阻抗Zcouple可以計(jì)算如下:

        Zcouple和ZE構(gòu)成了一個(gè)分壓器,與所有的人體信號(hào)監(jiān)測(cè)相同,ECG信號(hào)連續(xù)心電監(jiān)測(cè)需要兩個(gè)有源電極,為了提供一個(gè)電位,這兩個(gè)信號(hào)后面接上運(yùn)算放大器[9]。實(shí)踐中,任何環(huán)境電壓與人體耦合會(huì)產(chǎn)生共模電壓VCM,由于運(yùn)算放大器的CMRR(共模抑制比)有限(在本設(shè)計(jì)中CMRR=115dB),共模電壓會(huì)對(duì)輸出信號(hào)電壓產(chǎn)生干擾(見圖3),必須盡可能的減小。

        2.2 共模效應(yīng)處理

        為了最大限度地減少VCM,將電極不均勻性轉(zhuǎn)化為運(yùn)算放大器輸入端的差分信號(hào)VD,通過虛擬電橋電路進(jìn)行處理,其原理見圖4所示。

        考慮到布料的不均勻性以及電極接觸不同人體的差異性,耦合阻抗Zcouple1和Zcouple2在無(wú)限共模抑制比情況下,ZE1≈ZE2=常數(shù),輸入差值VD≠0。另外一個(gè)最大限度減小共模信號(hào)VCM的原因是,它在運(yùn)算放大器輸入端會(huì)產(chǎn)生差分信號(hào)。

        2.3 監(jiān)測(cè)電路原理圖

        在傳統(tǒng)電路中,為了減少共模效應(yīng),會(huì)通過參考電極的負(fù)反饋進(jìn)行主動(dòng)補(bǔ)償[10]。假設(shè)所有的電極耦合阻抗主要是容性(即C1和C2),見圖7所示,在本設(shè)計(jì)中采用一種電容式“驅(qū)動(dòng)電路”進(jìn)行ECG信號(hào)測(cè)量,其中Cp為虛擬耦合電容,活動(dòng)電極的輸出信號(hào)通過反向放大反饋-2RF/RA,相當(dāng)于絕緣金屬箔C3,VIM表示浮動(dòng)電子與接地之間電位差,VG則表示身體與地之間的電位,其測(cè)量電路原理如圖5所示。

        3 ECG智能檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

        3.1 數(shù)據(jù)采集

        監(jiān)測(cè)傳感器是一組帶有容性阻抗的線圈,通過傳感器對(duì)人體背部進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,實(shí)現(xiàn)ECG數(shù)據(jù)檢測(cè),傳感器安裝在駕駛員座椅靠背上,與控制電路組成一體化監(jiān)控系統(tǒng)。優(yōu)化電極組合位置,可以很好的提高數(shù)據(jù)采集精度,通過實(shí)驗(yàn),我們研究了各種電極位置組合,得到了QRS數(shù)據(jù)(QRS波是心電圖上的一個(gè)波群,代表心室肌除極的電位變化,正常的QRS波群時(shí)間在0.06~0.10秒)[15],位置組合情況見圖6所示。

        我們測(cè)量了不同電極位置組合情況下QRS振幅,如表1所示,實(shí)驗(yàn)表明電極傾斜排列比水平放置產(chǎn)生更高的靈敏度。事實(shí)上,相對(duì)橫軸,當(dāng)正面測(cè)量在胸部上,典型心臟電軸在-300至+900之間變化,最佳監(jiān)測(cè)值是300至600,這很適合背部測(cè)量。

        3.2 硬件結(jié)構(gòu)

        智能監(jiān)控系統(tǒng)安裝在汽車座椅背部,座椅上裝有容性耦合傳感器,使用墊片、線圈以機(jī)械方式連接安裝到金屬座椅骨架上,監(jiān)測(cè)電路集成安裝在駕駛座椅靠背上,驅(qū)動(dòng)平面由導(dǎo)電面積680cm2,每個(gè)電極表面間隙為1cm,厚度0.5mm的導(dǎo)電紡織品實(shí)現(xiàn)。主動(dòng)電極被固定,到垂直中心的距離為12cm,水平距離為13cm如圖7所示。

        感器監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換,傳輸?shù)轿⑻幚砥鱉SP430,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,信號(hào)以1000HZ采樣頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換,通過無(wú)線藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳送方式,傳送到下位機(jī)(支持藍(lán)牙功能的筆記本),通過計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序用于數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)。

        4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

        在不同的駕駛場(chǎng)景下測(cè)試了汽車座椅ECG監(jiān)測(cè)系統(tǒng),在所有的試驗(yàn)中,受試者都穿著正常的棉質(zhì)襯衫厚度0.3mm,棉質(zhì)褲厚度1mm。所有的測(cè)量結(jié)果都是在正常的呼吸條件下進(jìn)行的,沒有任何高壓運(yùn)動(dòng)。用所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在不同汽車驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下獲得的ECG信號(hào),如圖8所示。

        實(shí)驗(yàn)表明,汽車座椅監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在汽車不同工作狀態(tài)下:發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉狀態(tài)(a)、怠速轉(zhuǎn)態(tài)(b)、行駛速度100Km/s狀態(tài)下,可以很好的記錄駕駛員人體ECG信號(hào),測(cè)試結(jié)果能夠在醫(yī)學(xué)上判斷出駕駛員身體狀況是否處于良好狀態(tài)。

        5 結(jié)語(yǔ)

        本文提出了一種汽車智能座椅監(jiān)測(cè)駕駛員生命信息概念,設(shè)計(jì)了嵌入式電容耦合心電監(jiān)測(cè)汽車座椅系統(tǒng),通過容性阻抗傳感器對(duì)駕駛員ECG數(shù)據(jù)采集,對(duì)比了傳感器位于不同測(cè)試位置所得到的數(shù)據(jù),獲得傳感器最佳組合位置,即最佳監(jiān)測(cè)值是兩個(gè)傳感器位置相對(duì)垂直中心300至600之間。建立了汽車座椅監(jiān)測(cè)硬件結(jié)構(gòu),通過測(cè)試該系統(tǒng)能夠較好的記錄駕駛員ECG信號(hào),測(cè)試結(jié)果能夠在醫(yī)學(xué)上判斷出駕駛員身體狀況是否處于良好狀態(tài)。一旦出現(xiàn)駕駛員身體異常情況,該系統(tǒng)裝置能夠通過告警方式提醒駕駛員停止駕駛,使得駕駛員對(duì)自己的身體情況動(dòng)態(tài)了解,進(jìn)一步提高汽車行駛安全性。

        基金項(xiàng)目:江西省教育廳科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目(GJJ212818);景德鎮(zhèn)市科技計(jì)劃項(xiàng)目(20212GYZD001-01)。

        參考文獻(xiàn):

        [1]劉建軍,張艷芬.淺談汽車智能制造[J].汽車實(shí)用技術(shù),2018(1):2-5.

        [2]崔玉明,余寧,王曉陽(yáng),等.長(zhǎng)城汽車智能制造研究與實(shí)踐[J].汽車文摘,2020(6):25-29.

        [3]Yang G,Body sensor net works[J]. Springer,London,2006.

        [4] Pantelopoulos A,Bourbakis N,et al. A survey on wearable sensor-based systems for health mon- itoring and prognosis[J]. IEEE Tran Syst Man Cybern C Appl Rev,2010,40(1):1-12.

        [5]Geisheimer J. RVSM-radar vital signs monitor[J]. IEEE Poten,1998,17(5):21-24.

        [6]Ichapurapu R,Jain S,John G,et al. A 2.4 GHz non-contact biosensor system for continuous vital-signs monitoring[C]//10th Annual IEEE wireless and microwave technology conference,2009.

        [7]Voisin A,Bombardier S, Levrat E, Bremont J, et al. Sensory features measurement of the und-er-thing length of car seat[C]//IEEE world con-gress on computational intelligence,Anchorage,Alaska,USA,1998.

        [8]Leonhardt S,Aleksandrowicz A,et al. Non-contact ECG monitoring for automotive application[C]//5th International workshop on wearable and implantable body sensor networks,Chinses:University of Hong Kong,2008.

        [9]Lim Y,Kim K,Park K,et al. ECG recording on a bed during sleep without direct skin-contact[J]. IEEE Trans Biomed Eng, 2007,54(4):718-725.

        [10]Kim K,Lim Y,Park K,et al. The electrically non-contacting ECG measurement on the toilet seat using the capacitivly coupled insulated electrodes[C]//26th EMBS conference,USA:San Fran cisco,2009.

        猜你喜歡
        智能化
        智能化戰(zhàn)爭(zhēng)多維透視
        軍事文摘(2022年19期)2022-10-18 02:41:14
        住宅小區(qū)弱電智能化工程建設(shè)實(shí)現(xiàn)
        大型公共建筑智能化系統(tǒng)造價(jià)控制
        智能化的“世界觀”
        印刷智能化,下一站……
        餐廳智能化該如何進(jìn)行?
        風(fēng)電智能化時(shí)代開啟
        能源(2018年10期)2018-12-08 08:02:52
        汽車營(yíng)銷如何智能化?
        汽車觀察(2018年10期)2018-11-06 07:05:08
        基于“物聯(lián)網(wǎng)+”的智能化站所初探
        高速公路智能化的前景
        亚洲综合五月天欧美| 国产成人a在线观看视频免费 | 蜜桃夜夜爽天天爽三区麻豆av| 插鸡网站在线播放免费观看| 亚洲美腿丝袜 欧美另类| 中文字幕久无码免费久久| 亚洲一区久久久狠婷婷| 亚洲国产高清精品在线| 疯狂撞击丝袜人妻| 国产成人国产在线观看| 免费人成网在线观看品观网| 人人人妻人人人妻人人人| 国产天美传媒性色av| 亚洲一级电影在线观看| 熟女高潮av一区二区| 国产午夜片无码区在线播放| 亚洲av无码日韩精品影片| 国内视频一区| 青青草手机免费播放视频| 国产精品女人呻吟在线观看| 伊人影院综合在线| 亚洲天堂av另类在线播放| 日韩精品中文一区二区三区在线| 九九久久精品无码专区| 精品久久久久久蜜臂a∨| 国产精品女丝袜白丝袜美腿| 国产98色在线 | 国产| 国产小受呻吟gv视频在线观看| 国产伪娘人妖在线观看| 国产精品无套一区二区久久| 国产真实乱对白精彩| 欧美国产日本精品一区二区三区 | 香蕉成人啪国产精品视频综合网| 中文字幕在线免费| 在线视频日韩精品三区| 久久99精品久久久久麻豆| 成在人线av无码免观看麻豆| 九九久久精品大片| 亚洲中文字幕九色日本| 国产农村妇女毛片精品久久 | 亚洲又黄又大又爽毛片|