一種基于安卓手機(jī)與3d電極的駕駛員心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)及方法
【專利摘要】一種基于安卓手機(jī)與3D電極的駕駛員心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括傳導(dǎo)電極、心電采集電路、下位機(jī)模塊、藍(lán)牙模塊和安卓手機(jī)。導(dǎo)電布電極有兩個(gè)，分別安置在方向盤上與駕駛員雙手接觸位置；電極有三個(gè)，其中兩個(gè)安置在駕駛員座椅與駕駛員背部對應(yīng)的位置，另一個(gè)安置在駕駛員座椅與駕駛員右腿部對應(yīng)位置；心電采集電路包括前置放大電路和工頻限波電路，下位機(jī)模塊與工頻限波電路連接，下位機(jī)模塊與藍(lán)牙模塊連接；安卓手機(jī)通過藍(lán)牙模塊與下位機(jī)模塊建立無線連接。本發(fā)明采用3D電極作為參考電極提高抗干擾能力，3D電極能夠更好地貼合于測試者的身體表面，不需要額外的支撐；利用安卓手機(jī)本身完成GPRS、GPS和報(bào)警功能，系統(tǒng)便攜性和可靠性也大大提高。
【專利說明】—種基于安卓手機(jī)與3D電極的駕駛員心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)工程和機(jī)械電子工程技術(shù)交叉領(lǐng)域，具體涉及一種基于安卓手機(jī)與3D電極的駕駛員心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著汽車的數(shù)量急劇增加，道路交通安全問題也日益嚴(yán)峻，駕駛員的健康狀況也引起了人們的關(guān)注。司機(jī)一族由于交通環(huán)境惡劣和休息不足等原因患心血管病的比例也在逐年上升。國內(nèi)有新聞?wù){(diào)查統(tǒng)計(jì)，有大約10%的駕駛者患有心血管疾病。在當(dāng)下惡劣的交通環(huán)境下，很容易出現(xiàn)突發(fā)心臟疾病或者疲勞駕駛從而引發(fā)事故。而檢測駕駛員的心電信號直接關(guān)系到駕駛員的生命安全，因此，準(zhǔn)確快速檢測駕駛員心電信號并對異常狀況及時(shí)預(yù)警尤為重要。
[0003]目前常用的心電測量系統(tǒng)大都使用濕電極，即在測量心電信號時(shí)需要涂抹導(dǎo)電膏，這種做法具有如下缺陷:導(dǎo)電膏會對人體皮膚產(chǎn)生刺激，使得被試者產(chǎn)生不同程度的過敏反應(yīng)；并且一段時(shí)間之后導(dǎo)電膏中的水分會蒸發(fā)致使阻抗增加，增大信號采集噪聲；對于長時(shí)間的監(jiān)測，為降低阻抗需多次涂抹導(dǎo)電膏，這樣會帶來極大的不便；在車輛行駛過程中會影響駕駛?cè)藛T的操作，不適合駕駛員使用。對此我們提出使用干電極(無需導(dǎo)電膏)，采用非接觸方式采集駕駛員的心電信號。
[0004]3D打印快速成型技術(shù)無需機(jī)械加工或任何模具，就能直接從計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的零件，從而極大地縮短了產(chǎn)品的研制周期，提高了生產(chǎn)率和降低了生產(chǎn)成本。3D打印技術(shù)改變了傳統(tǒng)制造業(yè)的格局，將引領(lǐng)又一次新技術(shù)革命。用3D打印技術(shù)制作干電極，降低了使用成本，并可以根據(jù)使用者的情況自制干電極，可有的放矢的制造測量電極。
[0005]近年來，由于集成電路技術(shù)和無線通訊技術(shù)的發(fā)展，給駕駛員健康監(jiān)護(hù)的研究拓寬了空間。目前也出現(xiàn)了一些駕駛員安全監(jiān)測的設(shè)備，例如疲勞駕駛遠(yuǎn)程預(yù)警系統(tǒng)，汽車司機(jī)防睡喚醒器，這些方案解決了關(guān)于疲勞駕駛的部分問題，但是對于駕駛員突發(fā)疾病狀況沒有提及；再如專利文獻(xiàn)201220268385.6公開了 “一種汽車駕駛員健康狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)”，采用安裝在汽車上的若干電極、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、中央控制單元、報(bào)警單元和數(shù)據(jù)存儲單元、GPRS無線通訊單元、GPS全球定位單元組成，雖然解決了對駕駛員突發(fā)心臟疾病的預(yù)測和報(bào)警，但是采用的模塊較多，成本較高，另外設(shè)備的便攜性和可靠性有待進(jìn)一步提高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種基于安卓手機(jī)與3D電極的駕駛員心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)及方法。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0008]—種基于安卓手機(jī)與3D電極的駕駛員心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng),包括:傳導(dǎo)電極、心電米集電路、下位機(jī)模塊、藍(lán)牙模塊和安卓手機(jī)。
[0009]所述傳導(dǎo)電極包括導(dǎo)電布電極和3D電極；
[0010]所述導(dǎo)電布電極有兩個(gè)，分別安置在方向盤上與駕駛員雙手接觸位置；
[0011]所述3D電極有三個(gè)，其中兩個(gè)安置在駕駛員座椅與駕駛員背部對應(yīng)的位置，另一個(gè)安置在駕駛員座椅與駕駛員右腿部對應(yīng)位置；
[0012]所述心電采集電路包括前置放大電路和工頻限波電路，前置放大電路的輸入端分別連接三個(gè)3D電極，或者前置放大電路的輸入端分別連接兩個(gè)導(dǎo)電布電極和安置在駕駛員座椅與駕駛員右腿部對應(yīng)位置的3D電極；前置放大電路的輸出端連接工頻限波電路的輸入端；
[0013]所述下位機(jī)模塊的輸入端與所述工頻限波電路的輸出端連接，下位機(jī)模塊通過串口與藍(lán)牙模塊連接；
[0014]所述安卓手機(jī)通過藍(lán)牙模塊與下位機(jī)模塊建立無線連接。
[0015]所述安卓手機(jī)存儲有報(bào)警短信、報(bào)警電話和求助語音文件。
[0016]采用所述的基于安卓手機(jī)與3D電極的駕駛員心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行駕駛員心電監(jiān)護(hù)的方法，包括以下步驟:
[0017]步驟1:在車輛行進(jìn)過程中，安置在駕駛員座椅與駕駛員右腿部對應(yīng)位置的3D電極實(shí)時(shí)采集駕駛員右腿部的電信號作為參考信號，兩個(gè)導(dǎo)電布電極實(shí)時(shí)采集駕駛員雙手的心電信號或者安置在駕駛員座椅與駕駛員背部對應(yīng)位置的3D電極實(shí)時(shí)采集駕駛員背部的心電信號；
[0018]步驟2:前置放大電路利用采集到的參考信號對心電信號去除干擾，心電信號經(jīng)放大和工頻限波處理后輸出至下位機(jī)模塊；
[0019]步驟3:下位機(jī)模塊對采集到的心電信號進(jìn)行抬高電壓和A/D轉(zhuǎn)換處理，并將駕駛員心電信號通過藍(lán)牙模塊發(fā)給安卓手機(jī)；
[0020]步驟4:安卓手機(jī)對接收到的心電信號去除基線漂移并計(jì)算R-R間期、QRS間期以及心率；
[0021]步驟4-1:對心電信號去除基線漂移，得到平滑的心電信號；
[0022]步驟4-2:根據(jù)去除基線漂移后的心電信號計(jì)算R-R間期、QRS間期以及心率；
[0023]步驟4-2-1:利用差分法檢測心電信號的R點(diǎn)位置:設(shè)定心電信號的數(shù)據(jù)間隔為75個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，采樣率為200Hz，對心電信號分段進(jìn)行差分運(yùn)算，得到R點(diǎn)位置；
[0024]步驟4-2-2:計(jì)算R點(diǎn)位置兩側(cè)的與R點(diǎn)距離最近的極小值點(diǎn)的位置，即Q點(diǎn)位置和S點(diǎn)位置；
[0025]步驟4-2-3:根據(jù)R點(diǎn)位置、Q點(diǎn)位置和S點(diǎn)位置計(jì)算R-R間期、QRS間期以及心率；
[0026]步驟5:根據(jù)心率、R-R間期和QRS間期判斷駕駛員的心電信號是否異常:若一個(gè)周期內(nèi)的平均心率大于100、一個(gè)周期內(nèi)的平均心率小于60或者QRS間期大于120ms，則駕駛員的心電信號異常，安卓手機(jī)發(fā)出聲音報(bào)警，并通過安卓手機(jī)內(nèi)的GPS模塊獲取安卓手機(jī)所在位置，并發(fā)送報(bào)警短信和撥打報(bào)警電話，該報(bào)警短信的內(nèi)容包括駕駛員所在位置和求助信息，報(bào)警電話接通時(shí)播放求助語音文件；否則，返回步驟I。
[0027]有益效果:
[0028]本發(fā)明的心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，在駕駛員腿部采用非接觸3D電極作為參考電極實(shí)施起來更簡潔，提高了抗干擾能力；利用安卓手機(jī)本身完成GPRS單元、GPS單元和報(bào)警單元的功能，降低了系統(tǒng)成本，實(shí)現(xiàn)心電數(shù)據(jù)的高級處理方法，系統(tǒng)整體便攜性和可靠性也大大提高；在汽車行駛過程中實(shí)現(xiàn)對駕駛員心電信號實(shí)時(shí)監(jiān)測，對突發(fā)疾病的判斷提供必要的參數(shù)信息，使行車更為安全。
[0029]本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)為可以采用非接觸式3D打印快速成型電極，相比于貼片電極它能夠重復(fù)使用，這樣會大大節(jié)約資源與能源。3D打印機(jī)能夠打印出復(fù)雜的形狀，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)得出凸面結(jié)構(gòu)能夠增大導(dǎo)電銅線與被測部位的接觸面積并增大壓強(qiáng)。相比于導(dǎo)電布等非接觸式電極，3D打印電極能夠更好地貼合于測試者的身體表面，不需要額外的支撐；還可以根據(jù)不同的測試部位，制作出不同的電極模型。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的基于安卓手機(jī)與3D電極的駕駛員非接觸心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖2為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的導(dǎo)電布電極的安裝位置示意圖；
[0032]圖3為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的3D電極的安裝位置示意圖；
[0033]圖4為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的3D電極的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖5為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的單片機(jī)外圍的加法電路原理圖；
[0035]圖6為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的單片機(jī)外圍的復(fù)位電路原理圖；
[0036]圖7為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的單片機(jī)外圍的晶振電路原理圖；
[0037]圖8為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的下位機(jī)模塊與藍(lán)牙模塊的電路連接原理圖；
[0038]圖9為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的安卓手機(jī)工作流程圖；
[0039]圖10為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的安卓手機(jī)心電分析和異常預(yù)警工作流程圖；
[0040]圖11本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的駕駛員心電監(jiān)護(hù)方法流程圖；
[0041]圖12為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的心電采集電路原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0042]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)說明。
[0043]如圖1所不,基于安卓手機(jī)與3D電極的駕駛員心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng),包括:傳導(dǎo)電極、心電采集電路、下位機(jī)模塊、藍(lán)牙模塊和安卓手機(jī)。
[0044]傳導(dǎo)電極包括導(dǎo)電布電極和3D電極；如圖2所示，導(dǎo)電布電極I有兩個(gè)，分別安置在方向盤上與駕駛員雙手接觸位置；導(dǎo)電布電極I是以纖維布(常用聚酯纖維布)經(jīng)過前置處理后施以電鍍金屬鍍層使其具有金屬特性而成為導(dǎo)電纖維布，置于方向盤上，從駕駛員手部采集心電信號。如圖3所示，3D電極有三個(gè)，本實(shí)施方式采用基于3D打印模型的非接觸式生物電信號采集電極，如圖4所示，這種電極是將除去絕緣膠皮的銅導(dǎo)線6穿過并纏繞于3D打印模型4，在模型表面制作出凸面結(jié)構(gòu)5用以增大導(dǎo)電銅線與被測部位的接觸面積并增大壓強(qiáng)；其中兩個(gè)3D電極2安置在駕駛員座椅與駕駛員背部對應(yīng)的位置，以便從駕駛員背部采集心電信號；另一個(gè)3D電極3安置在駕駛員座椅與駕駛員右腿部對應(yīng)位置，用作參考電極去除干擾。
[0045]本實(shí)施方式的3D電極的材料為ABS塑料，3D電極的長寬尺寸均為6cm，尺寸的大小沒有嚴(yán)格限制，但太大容易相互接觸造成短接，設(shè)計(jì)過程是:先通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)或計(jì)算機(jī)動畫建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區(qū)”成逐層的截面，從而指導(dǎo)打印機(jī)逐層打印。3D建模是在SolidWorks環(huán)境下完成的，將三維模型保存為stl格式。打印時(shí)設(shè)定分層厚度為0.1mm,表皮厚度為0.8mm,底層/頂層厚度為0.6mm,填充率為80 %，打印速度為60mm/s，噴嘴溫度為190°C，底板溫度為60°C，支撐類型選擇無，耗材的直徑設(shè)為
2.9mm，擠出量為100%。3D模型打印好后將除去絕緣膠皮的銅導(dǎo)線依次穿過并纏繞于模型表面凸面結(jié)構(gòu)，至此基于3D打印模型的生物電信號采集電極制作完成。
[0046]心電采集電路包括前置放大電路和工頻限波電路，前置放大電路的輸入端分別連接三個(gè)3D電極，或者前置放大電路的輸入端分別連接兩個(gè)導(dǎo)電布電極和安置在駕駛員座椅與駕駛員右腿部對應(yīng)位置的3D電極；前置放大電路的輸出端連接工頻限波電路的輸入端。
[0047]如圖12所示，本實(shí)施方式以儀器放大器AD620作為前置放大器的核心器件，采用差動輸入的方式，其中TL064運(yùn)放、R1、R2和Cl組成“浮地”驅(qū)動電路。輸入信號分別取自人的手臂或背部(RA置于左邊，LA置于右邊)，右腿(RL)電極作為參考，導(dǎo)聯(lián)引線使用屏蔽電纜以增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾能力，將屏蔽層接到與共模輸入信號相等的電位點(diǎn)上，以避免信號線和屏蔽層之間產(chǎn)生的分布電容造成的共模誤差；雙1~有源限波電路用于濾除50Hz的工頻干擾；
[0048]本實(shí)施方式的下位機(jī)模塊采用MSP430F149型號的單片機(jī)，用于將采集的心電信號轉(zhuǎn)成數(shù)字信號。單片機(jī)外圍連接有加法電路(如圖5所示)、復(fù)位電路(如圖6所示)和晶振電路(如圖7所示)。從心電采集電路輸出的信號UO接下位機(jī)模塊的IN端。下位機(jī)模塊與藍(lán)牙模塊的電路連接如圖8所示。由于之前采用差動放大的方式，電壓有可能會出現(xiàn)負(fù)值，故使用R1、Rl1、R12、R13、R14和TL064組成加法電路，抬高信號電壓，經(jīng)過處理的信號接到單片機(jī)的P6.0引腳進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，模數(shù)轉(zhuǎn)換器選擇MSP430F149單片機(jī)內(nèi)置的12位AD轉(zhuǎn)換器。
[0049]下位機(jī)模塊的輸入端與工頻限波電路的輸出端連接，下位機(jī)模塊通過串口與藍(lán)牙模塊連接；安卓手機(jī)通過藍(lán)牙模塊與下位機(jī)模塊建立無線連接。
[0050]本實(shí)施方式的藍(lán)牙模塊型號為BLK-MD-BC04-B，支持UART接口。藍(lán)牙模塊的RXD和TXD兩管腳分別與單片機(jī)的UTXDO和URXDO相連，兩者的波特率均設(shè)為9600，并且兩者共地。
[0051]本實(shí)施方式的安卓手機(jī)可以采用任意一款采用安卓系統(tǒng)的智能手機(jī)，安卓設(shè)備接收到藍(lán)牙模塊發(fā)送的心電數(shù)據(jù)后將其保存到一個(gè)ArrayList動態(tài)數(shù)組中，數(shù)組采取循環(huán)移位的方式大小一直控制在1600個(gè)點(diǎn)，實(shí)際上該數(shù)組就是8s內(nèi)的所有接收數(shù)據(jù)，對心電數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測就是由對此數(shù)組的分析得出的。安卓手機(jī)存儲有報(bào)警短信、報(bào)警電話和求助語音文件。
[0052]本實(shí)施方式的安卓手機(jī)可以按如圖9所示的工作流程工作，當(dāng)安卓手機(jī)接收到遠(yuǎn)程藍(lán)牙模塊上發(fā)送來的心電數(shù)據(jù)，進(jìn)行濾波后，采用支持雙線程Surface View繪出相應(yīng)的心電波形，通過Timer來刷新心電波形。計(jì)算心率、R-R間期和QRS間期等特征參數(shù),并根據(jù)心率、R-R間期和QRS間期判斷駕駛員的心電信號是否異常，如圖10所示。遠(yuǎn)程報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)方式為:當(dāng)心電信號出現(xiàn)異常時(shí)，安卓手機(jī)獲取其當(dāng)前位置的經(jīng)度和緯度，進(jìn)而得出具體位置以字符串形式和報(bào)警短信內(nèi)容一起以短信形式發(fā)送到報(bào)警電話號碼上；同樣的，安卓手機(jī)可以自動撥打預(yù)設(shè)的報(bào)警電話號碼，在通話接通時(shí)可以播放預(yù)先錄好的求助語音文件，實(shí)現(xiàn)通信求助。
[0053]采用基于安卓手機(jī)與3D電極的駕駛員心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行駕駛員心電監(jiān)護(hù)的方法，如圖11所示，包括以下步驟:
[0054]步驟1:在車輛行進(jìn)過程中，安置在駕駛員座椅與駕駛員右腿部對應(yīng)位置的3D電極實(shí)時(shí)采集駕駛員右腿部的電信號作為參考信號，兩個(gè)導(dǎo)電布電極實(shí)時(shí)采集駕駛員雙手的心電信號或者安置在駕駛員座椅與駕駛員背部對應(yīng)位置的3D電極實(shí)時(shí)采集駕駛員背部的心電信號；
[0055]步驟2:前置放大電路利用采集到的參考信號對心電信號去除干擾，心電信號經(jīng)放大和工頻限波處理后輸出至下位機(jī)模塊；
[0056]步驟3:下位機(jī)模塊對采集到的心電信號進(jìn)行抬高電壓和A/D轉(zhuǎn)換處理，并將駕駛員心電信號通過藍(lán)牙模塊發(fā)給安卓手機(jī)；
[0057]安卓手機(jī)接收到藍(lán)牙模塊發(fā)送的心電信號后將其保存到一個(gè)ArrayList動態(tài)數(shù)組中，數(shù)組采取循環(huán)移位的方式大小一直控制在1600個(gè)點(diǎn)，系統(tǒng)采樣率為200Hz，兩采樣點(diǎn)間隔為5ms，實(shí)際上該數(shù)組就是8s內(nèi)的心電接收數(shù)據(jù)，對采集的駕駛員心電信號進(jìn)行帶通濾波預(yù)處理，濾波器選擇整系數(shù)濾波器，采用方式為:一個(gè)全通濾波器-(一個(gè)低通濾波器+一個(gè)高通濾波器)。低通濾波器中心頻率設(shè)在ω = O處，高通濾波器中心頻率設(shè)在ω =^處，兩者帶寬均設(shè)為IHz ；
[0058]步驟4:安卓手機(jī)對接收到的心電信號去除基線漂移并計(jì)算R-R間期、QRS間期以及心率；
[0059]步驟4-1:對心電信號去除基線漂移，得到平滑的心電信號；
[0060]步驟4-2:根據(jù)去除基線漂移后的心電信號計(jì)算R-R間期、QRS間期以及心率；
[0061]步驟4-2-1:利用差分法檢測心電信號的R點(diǎn)位置:設(shè)定心電信號的數(shù)據(jù)間隔為75個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，采樣率為200Hz，對心電信號分段進(jìn)行差分運(yùn)算，得到R點(diǎn)位置；
[0062]對ArrayList動態(tài)數(shù)組設(shè)定數(shù)據(jù)間隔為75個(gè)點(diǎn)，對信號分段做差分運(yùn)算，公式如下:
[0063]y0[n] = χ [η] -χ [η-2] | , Y1 [η] = I χ [η] _2χ [η_2]+χ [η_4] | , y2 [η]=
1.3y0[n]+l.1y1 [η]
[0064]計(jì)算y2[n]數(shù)據(jù)中的最大值ymax，判斷其是否超過設(shè)定的閾值，即ymax彡0.6是否成立，如果是則判定數(shù)據(jù)點(diǎn)x[n-2]為R點(diǎn)。
[0065]步驟4-2-2:計(jì)算R點(diǎn)位置兩側(cè)的與R點(diǎn)距離最近的極小值點(diǎn)的位置，即Q點(diǎn)位置和S點(diǎn)位置；
[0066]得到R點(diǎn)后求出兩側(cè)與之距離最近的極小值點(diǎn)，左側(cè)即為Q點(diǎn)，右側(cè)為S點(diǎn)，Q和S點(diǎn)的位置相減再乘時(shí)間間隔(5ms)可求出QRS間期。
[0067]步驟4-2-3:根據(jù)R點(diǎn)位置、Q點(diǎn)位置和S點(diǎn)位置計(jì)算R-R間期、QRS間期以及心率；
[0068]根據(jù)相鄰兩個(gè)R點(diǎn)位置可求得R-R間期。計(jì)算平均心率HR的公式為:HR = 60/R-R。
[0069]步驟5:根據(jù)心率、R-R間期和QRS間期判斷駕駛員的心電信號是否異常:若一個(gè)周期內(nèi)的平均心率大于100、一個(gè)周期內(nèi)的平均心率小于60或者QRS間期大于120ms，則駕駛員的心電信號異常，安卓手機(jī)發(fā)出聲音報(bào)警，并通過安卓手機(jī)內(nèi)的GPS模塊獲取安卓手機(jī)所在位置，并發(fā)送報(bào)警短信和撥打報(bào)警電話，該報(bào)警短信的內(nèi)容包括駕駛員所在位置和求助信息，報(bào)警電話接通時(shí)播放求助語音文件；否則，返回步驟I。
【權(quán)利要求】
1.一種基于安卓手機(jī)與3D電極的駕駛員心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng),其特征在于:包括:傳導(dǎo)電極、心電采集電路、下位機(jī)模塊、藍(lán)牙模塊和安卓手機(jī)； 所述傳導(dǎo)電極包括導(dǎo)電布電極和3D電極； 所述導(dǎo)電布電極有兩個(gè)，分別安置在方向盤上與駕駛員雙手接觸位置； 所述3D電極有三個(gè)，其中兩個(gè)安置在駕駛員座椅與駕駛員背部對應(yīng)的位置，另一個(gè)安置在駕駛員座椅與駕駛員右腿部對應(yīng)位置； 所述心電采集電路包括前置放大電路和工頻限波電路，前置放大電路的輸入端分別連接三個(gè)3D電極，或者前置放大電路的輸入端分別連接兩個(gè)導(dǎo)電布電極和安置在駕駛員座椅與駕駛員右腿部對應(yīng)位置的3D電極；前置放大電路的輸出端連接工頻限波電路的輸入端; 所述下位機(jī)模塊的輸入端與所述工頻限波電路的輸出端連接，下位機(jī)模塊通過串口與藍(lán)牙模塊連接； 所述安卓手機(jī)通過藍(lán)牙模塊與下位機(jī)模塊建立無線連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于安卓手機(jī)與3D電極的駕駛員心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其特征在于:所述安卓手機(jī)存儲有報(bào)警短信、報(bào)警電話和求助語音文件。
3.采用權(quán)利要求1所述的基于安卓手機(jī)與3D電極的駕駛員心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行駕駛員心電監(jiān)護(hù)的方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟1:在車輛行進(jìn)過程中，安置在駕駛員座椅與駕駛員右腿部對應(yīng)位置的3D電極實(shí)時(shí)采集駕駛員右腿部的電信號作為參考信號，兩個(gè)導(dǎo)電布電極實(shí)時(shí)采集駕駛員雙手的心電信號或者安置在駕駛員座椅與駕駛員背部對應(yīng)位置的3D電極實(shí)時(shí)采集駕駛員背部的心電信號; 步驟2:前置放大電路利用采集到的參考信號對心電信號去除干擾，心電信號經(jīng)放大和工頻限波處理后輸出至下位機(jī)模塊； 步驟3:下位機(jī)模塊對采集到的心電信號進(jìn)行抬高電壓和A/D轉(zhuǎn)換處理，并將駕駛員心電信號通過藍(lán)牙模塊發(fā)給安卓手機(jī)； 步驟4:安卓手機(jī)對接收到的心電信號去除基線漂移并計(jì)算R-R間期、QRS間期以及心率； 步驟4-1:對心電信號去除基線漂移，得到平滑的心電信號； 步驟4-2:根據(jù)去除基線漂移后的心電信號計(jì)算R-R間期、QRS間期以及心率； 步驟4-2-1:利用差分法檢測心電信號的R點(diǎn)位置:設(shè)定心電信號的數(shù)據(jù)間隔為75個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，采樣率為200Hz，對心電信號分段進(jìn)行差分運(yùn)算，得到R點(diǎn)位置； 步驟4-2-2:計(jì)算R點(diǎn)位置兩側(cè)的與R點(diǎn)距離最近的極小值點(diǎn)的位置，即Q點(diǎn)位置和S點(diǎn)位置； 步驟4-2-3:根據(jù)R點(diǎn)位置、Q點(diǎn)位置和S點(diǎn)位置計(jì)算R-R間期、QRS間期以及心率；步驟5:根據(jù)心率、R-R間期和QRS間期判斷駕駛員的心電信號是否異常:若一個(gè)周期內(nèi)的平均心率大于100、一個(gè)周期內(nèi)的平均心率小于60或者QRS間期大于120ms，則駕駛員的心電信號異常，安卓手機(jī)發(fā)出聲音報(bào)警，并通過安卓手機(jī)內(nèi)的GPS模塊獲取安卓手機(jī)所在位置，并發(fā)送報(bào)警短信和撥打報(bào)警電話，該報(bào)警短信的內(nèi)容包括駕駛員所在位置和求助信息，報(bào)警電話接通時(shí)播放求助語音文件；否則，返回步驟I。
【文檔編號】G08B21/02GK104224162SQ201410226542
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年5月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月26日
【發(fā)明者】王宏, 賈華章, 劉沖, 王旭東, 王福旺 申請人:東北大學(xué)