一种基于脑电控制的疲劳驾驶智能报警系统及其方法

1.一种基于脑电控制的疲劳驾驶智能报警方法，其特征在于，基于Mindwave脑电耳机的数据处理算法，提取集中度作为控制参量，采用蓝牙的短距离无线通信方式来进行脑电信号的采集与LED灯、蜂鸣器的控制；具体步骤如下：
(1)Mindwave脑电耳机每一秒钟发出512个小数据包和1个大数据包，所有数据通过无线传输进入到主控制处理器，对于进入到串口中的数据包，主控处理器对整个数据包进行有效数据的提取，提取集中度这个有效特征信号；
(2)对集中度这个有效特征信号进行处理；有效数据值进入到处理子程序中，由于集中度值在0到100之间，在经过多次试验之后配合自身要求给集中度进行控制区间划分，将子函数处理得到的数据通过蓝牙串口传递给上位机，在蓝牙指令输出的同时使用变光控件，完成人机界面与LED灯及蜂鸣器实物的同步动作。
2.根据权利要求1所述的一种基于脑电控制的疲劳驾驶智能报警方法，其特征在于，所述提取集中度的方法为：
(1)首先在513个数据包中找到唯一的大数据包；凡是大数据包，其数据格式均为：AA AA 20 02 C8 83 18 00 31 6C 00 BF 2E 00 5F 58 00 73 8F 00 21 FC 00 32 CF 00 1D
92 00 18 1E 04 00 05 00 4B，总共由36个字节组成；
(2)依次找到04和05这两个数，04后面是需要的集中度；
(3)找到所有20，所述20使用十六进制，即0x20，换算成十进制为32，根据标准大数据包格式：AA AA 20 02 C8 83 18 00 31 6C 00 BF 2E 00 5F 58 00 73 8F 00 21 FC 00 32 CF 00 1D 92 00 18 1E 04 00 05 00 4B，将第三位的20作为判断大数据包的标志；
(4)将所有符合条件也就是数值为0x20的绝对地址进行一个处理：将他们都往后移动
29位来开始筛选；标准大数据包中：AA AA 20 02 C8 83 18 00 31 6C 00 BF 2E 00 5F 58
00 73 8F 00 21 FC 00 32 CF 00 1D 92 00 18 1E 04 00 05 00 4B；0x20往后移动29位就是0x04，代表其后面一位是集中度；
(5)找到所有0x20后移29位的数，判断这些数是否为0x04，把是0x04的地址取出来，这个取出来的地址是相对地址，而不是所有数据中的绝对地址，提取出这个数组中所有
0x04值，从而得到符合条件的0x04的相对地址，并且每一秒钟只有一个；
(6)通过所述相对地址找到符合条件的0x04在每一秒的串口输入数组中的绝对地址；
(7)在所述绝对地址基础上加30就是需要的集中度。

一种基于脑电控制的疲劳驾驶智能报警系统及其方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种疲劳驾驶智能报警系统及其方法，特别涉及一种基于脑电控制的疲劳驾驶智能报警系统及其方法。\n背景技术\n[0002] 生物存在电现象，对大脑来说，脑细胞就是大脑内一个个“微小的发电站”。神经电活动，其频率变动范围在每秒1－30次之间，可划分为四个波段，即δ（1－3Hz）、θ（4－\n7Hz）、α（8－13Hz）、β（14－30Hz），而人的活动差异可以在这四种脑波信号上反应出来。脑电技术的发展使脑电信号可以应用在多种领域，例如疲劳驾驶、生物检测、医学康复、意念游戏、智能家居等。\n[0003] 基于脑电控制的疲劳驾驶智能报警系统，可以在驾车疲劳时，发出报警信号，具体为LED灯变为绿色，蜂鸣器鸣响，可以有效的提示驾车者是否疲劳，在一定方面可以降低交通事故的发生概率。在现有技术中，尚未有能够对驾驶员进行及时、准确判断其疲劳驾驶状态和干预控制的装置或方法。\n发明内容\n[0004] 针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种基于脑电控制的疲劳驾驶智能报警系统及其方法。\n[0005] 本发明采用的技术方案是：\n[0006] 一种基于脑电控制的疲劳驾驶智能报警系统，包括智能脑电耳机控制器、无线数据传输模块、LED变光模组、蜂鸣器报警器、主控制处理器及电源。所述智能脑电耳机控制器接收、处理脑电信号，并通过无线数据传输模块将信号传输至主控制处理器；所述主控制处理器通过信号处理优化算法提取出所需的控制参数并转换为实际控制信号；实际控制信号通过所述无线数据传输模块传输给LED变光模组和蜂鸣器报警器并控制其动作；所述电源为整个报警系统供电。\n[0007] 进一步，所述智能脑电耳机控制器包括脑波传感器和数据处理器模块；所述脑波传感器将接收的脑电信号传输给数据处理器模块；所述数据处理器模块对脑波传感器的输入信号进行干扰滤波、脑电信号特征提取，并通过无线数据传输模块将处理后的脑波信号传输至主控制处理器。\n[0008] 进一步，所述LED变光模组包括RGB灯驱动和RGB灯，所述蜂鸣器报警器包括蜂鸣器驱动和蜂鸣器，所述主控制处理器的输出信号通过无线数据传输模块传输给RGB灯驱动和蜂鸣器驱动，从而控制RGB灯和蜂鸣器动作。\n[0009] 进一步，在所述主控制处理器和所述LED变光模组之间还设置有处理信号传输的驱动放大电路。\n[0010] 进一步，所述驱动放大电路采用NPN型三极管，发射极接地，集电极端设置RGB灯以及限流大功率电阻；当NPN型三极管基极的电压大于导通电压时，三极管呈导通状态，RGB灯亮；当三极管基极电压小于导通电压时，三极管呈截止状态，RGB灯熄灭。\n[0011] 进一步，所述无线数据传输模块为双备份工作模式，包括数据传输模式和远程控制模式。\n[0012] 进一步，所述无线数据传输模块为蓝牙数据传输器。\n[0013] 一种基于脑电控制的疲劳驾驶智能报警方法，该方法基于Mindwave脑电耳机的数据处理算法，提取集中度作为控制参量，采用蓝牙的短距离无线通信方式来进行脑电信号的采集与LED灯、蜂鸣器的控制。具体步骤如下：\n[0014] （1）Mindwave脑电耳机每一秒钟发出512个小数据包和1个大数据包，所有数据通过无线传输进入到主控制处理器，对于进入到串口中的数据包，主控处理器对整个数据包进行有效数据的提取，提取集中度这个有效特征信号；\n[0015] （2）对集中度这个有效特征信号进行处理；有效数据值进入到处理子程序中，由于集中度值在0到100之间，在经过多次试验之后配合自身要求给集中度进行控制区间划分，将子函数处理得到的数据通过蓝牙串口传递给上位机，在蓝牙指令输出的同时使用变光控件，完成人机界面与LED灯及蜂鸣器实物的同步动作。\n[0016] 进一步，所述提取集中度的方法为：\n[0017] （1）首先在513个数据包中找到唯一的大数据包；凡是大数据包，其数据格式均为：AA AA 20 02 C8 83 18 00 31 6C 00 BF 2E 00 5F 58 00 73 8F 00 21 FC 00 32 CF \n00 1D 92 00 18 1E 04 00 05 00 4B，总共由36个字节组成；\n[0018] （2）依次找到04和05这两个数，04后面是需要的集中度；\n[0019] （3）找到所有20，所述20使用十六进制，即0x20，换算成十进制为32，根据标准大数据包格式：AA AA 20 02 C8 83 18 00 31 6C 00 BF 2E 00 5F 58 00 73 8F 00 21 FC 00 32 CF 00 1D 92 00 18 1E 04 00 05 00 4B，将第三位的20作为判断大数据包的标志；\n[0020] （4）将所有符合条件也就是数值为0x20的绝对地址进行一个处理：将他们都往后移动29位来开始筛选；标准大数据包中：AA AA 20 02 C8 83 18 00 31 6C 00 BF 2E 00 \n5F 58 00 73 8F 00 21 FC 00 32 CF 00 1D 92 00 18 1E 04 00 05 00 4B；0x20往后移动29位就是0x04，代表其后面一位是集中度；\n[0021] （5）找到所有0x20后移29位的数，判断这些数是否为0x04，把是0x04的地址取出来，这个取出来的地址是相对地址，而不是所有数据中的绝对地址，提取出这个数组中所有0x04值，从而得到符合条件的0x04的相对地址，并且每一秒钟只有一个；\n[0022] （6）通过所述相对地址找到符合条件的0x04在每一秒的串口输入数组中的绝对地址；\n[0023] （7）在所述绝对地址基础上加30就是需要的集中度。\n[0024] 本发明的有益效果是：\n[0025] 本发明通过对驾驶员进行及时、准确判断其疲劳驾驶状态和干预控制，能够有效防止疲劳驾驶，随着集中度的变化越来越弱，灯的颜色变得越来越醒目，当集中度小于某值后，警报会自动报警。\n附图说明\n[0026] 图1是本发明的系统框图；\n[0027] 图2是本发明的方法流程图；\n[0028] 图3是本发明操作界面图。\n具体实施方式\n[0029] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。\n[0030] 本发明一种基于脑电控制的疲劳驾驶智能报警系统如图1所示，包括智能脑电耳机控制器、无线数据传输模块（例如，蓝牙数据传输器）、LED变光模组、蜂鸣器报警器、主控制处理器及电源。智能脑电耳机控制器接收、处理脑电信号，并通过无线数据传输模块将信号传输至主控制处理器；主控制处理器通过信号处理优化算法提取出所需的控制参数并转换为实际控制信号；实际控制信号通过无线数据传输模块传输给LED变光模组和蜂鸣器报警器并控制其动作；电源为整个报警系统供电。\n[0031] 其中，智能脑电耳机控制器包括脑波传感器和数据处理器模块。脑波传感器将接收的脑电信号传输给数据处理器模块；数据处理器模块对脑波传感器的输入信号进行干扰滤波、脑电信号特征提取，并通过无线数据传输模块将处理后的脑波信号传输至主控制处理器。\n[0032] 其中，LED变光模组包括RGB灯驱动和RGB灯，蜂鸣器报警器包括蜂鸣器驱动和蜂鸣器，主控制处理器的输出信号通过无线数据传输模块传输给RGB灯驱动和蜂鸣器驱动，从而控制RGB灯和蜂鸣器动作。基于信号强弱的不同，LED灯会发出不同的颜色及蜂鸣器的动作。\n[0033] 其中，在主控制处理器和所述LED变光模组之间还设置有处理信号传输的驱动放大电路。该驱动放大电路采用NPN型三极管，发射极接地，集电极端设置RGB灯以及限流大功率电阻；当NPN型三极管基极的电压大于导通电压时，三极管呈导通状态，RGB灯亮；当三极管基极电压小于导通电压时，三极管呈截止状态，RGB灯熄灭。\n[0034] 其中，无线数据传输模块为双备份工作模式，包括数据传输模式和远程控制模式。\n[0035] 本发明一种基于脑电控制的疲劳驾驶智能报警系统的操作界面如图3所示。\n[0036] 本发明一种基于脑电控制的疲劳驾驶智能报警方法如图2所示，由Mindwave脑电耳机向上位机发送脑电数据包，使用低功耗单片机作为主控制处理器，基于Mindwave脑电耳机的数据处理算法，提取集中度作为灯的控制参量并转换为实际控制信号，蓝牙电路实时地接收主控端发过来的鉴别信号控制LED的颜色变化以及蜂鸣器的动作。Mindwave脑电耳机每一秒钟发出512个小数据包和1个大数据包，所有数据通过蓝牙无线传输进入到控制芯片，对于进入到串口中的数据包，控制芯片对整个数据包进行有效数据的提取，最终目的是提取集中度这个有效特征信号。具体方式如下：首先在513个数据包中找到唯一的大数据包。凡是大数据包，其数据格式均如下：AA AA 20 02 C8 83 18 00 31 6C 00 BF 2E \n00 5F 58 00 73 8F 00 21 FC 00 32 CF 00 1D 92 00 18 1E 04 00 05 00 4B。总共有36个字节组成，依次找到04和05这两个数，04后面是需要的集中度（Attention）。找到所有\n20，这里的20使用了十六进制，其实是0x20,换算成十进制也就是32.根据标准大数据包格式：AA AA 20 02 C8 83 18 00 31 6C 00 BF 2E 00 5F 58 00 73 8F 00 21 FC 00 32 CF 00 1D 92 00 18 1E 04 00 05 00 4B。这里第三位的20作为判断大数据包的标志，其他的小数据包中也可能会有20，因此接下来还要进行严格地筛选。将所有符合条件也就是数值为0x20的绝对地址进行一个处理：将他们都往后移动29位来开始筛选。标准大数据包中：AA AA 20 02 C8 83 18 00 31 6C 00 BF 2E 00 5F 58 00 73 8F 00 21 FC 00 32 CF 00 1D 92 00 18 1E 04 00 05 00 4B。可以看到，0x20往后移动29位就是0x04，代表这他后面一位是集中度（Attention）。到所有0x20后移29位的数，接下来要判断这些数是否为0x04，把是0x04的地址给取出来，这个取出来的地址是相对地址，而不是所有数据中的绝对地址。这个数组中只要有值为0x04的都把他们的地址拿出来。现在得到了符合条件的0x04的相对地址，并且在我们的设置下，每一秒钟只有这么一个。通过这个相对地址可以找到这个符合条件0x04在每一秒的串口输入数组中的绝对地址。最后，在这个绝对地址基础上加30就是需要的集中度（Attention）。\n[0037] 在得到所需的集中度后，下一步是对所取值的处理。举集中度的处理范式为例，值进入到处理子程序中，由于集中度值在0到100之间，在经过多次试验之后配合自身要求给集中度进行控制区间划分，将子函数处理得到的数据通过蓝牙串口传递给上位机，在蓝牙指令输出的同时使用变光控件，完成人机界面与LED灯及蜂鸣器实物的同步动作。\n[0038] 无线数据传输模块采用一款多功能的蓝牙芯片，该芯片带有两种工作模式：数据传输模式和远程控制模式。\n[0039] 在通过无线数据传输模块得到控制信号之后，芯片通过自身的TXD、RXD和GND与主控制芯片的RXD、TXD和GND相连进行串行通信。主控制芯片的串口在接收到上传的数据之后，对发出的蓝牙AT指令进行有效识别，进而对单片机I/O口完成相应的信号输出操作。\n[0040] 单片机的I/O口驱动能力非常有限，尤其是上拉电流，因此为了有效驱动LED必须增设一个驱动放大电路。本电路采用NPN型三极管，发射极接地，集电极端放置了RGB灯以及限流大功率电阻。对于这个电路，当NPN型三极管基极的电压大于导通电压时，此时三极管呈导通状态，灯亮；当三极管基极电压小于导通电压时，则三极管呈截止状态，灯熄灭。\n[0041] 对于电路的电源供给问题，本发明使用了节能的锂电池作为动力源，锂电池相对于普通可充电电池具有许多优势，比如电池容量大、等同容量体积小、等同容量质量轻等优势，因此符合本发明节能和小型化的特点。\n[0042] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。