專利名稱：利用閉合式氣動聲音傳感器的駕駛員打瞌睡報警設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及車輛駕駛員的打磕睡報警設備，例如，駕駛員駕駛的汽車，火車，船只或飛機；本發(fā)明具體涉及根據駕駛員駕駛操作中身體運動的變化，用于檢測駕駛員剛要打磕睡之前的“駕駛員意識減退”狀態(tài)并喚醒駕駛員的設備。
背景技術：
作為一種普通的開車打磕睡報警設備，人們提出各種各樣的方法檢測汽車的迂回運動，監(jiān)測攝像機圖像成像過程中駕駛員眼睛點的變化，利用固定在駕駛員身上的電極，傳感器等器件檢測生物信息的變化，例如，駕駛員的心跳，呼吸，等等。
上述的這種設備存在這樣一些問題設備昂貴，駕駛員把設備固定到身上很麻煩，設備限制駕駛員的行動，設備在車輛不行駛時仍然工作，等等。

發(fā)明內容
本發(fā)明注意到這樣一個事實，人的一般身體運動，包括駕駛操作中涉及的手，腳，頸和身體的運動，人處在蘇醒狀態(tài)與進入打磕睡狀態(tài)之前的狀態(tài)(駕駛意識減退狀態(tài))之間存在特征差別，通過檢測這種差別并給駕駛員發(fā)出報警信號，試圖防止開車打磕睡造成的事故。
本發(fā)明的發(fā)明者研制出利用閉合式氣動聲音傳感器的各種生物信息收集設備，借助于非定向傳聲器或壓力傳感器，氣動聲音傳感器檢測氣密柔順的橡膠，塑料，金屬，布料，紙片或其他材料制成的密閉空氣殼體中的氣壓，并把該氣壓轉換成電信號。
由于上述類型的閉合式氣動聲音傳感器可以容易地裝在床上，椅子，浴盆，馬桶座圈等處，有人建議利用這些位置上的閉合式氣動聲音傳感器收集包括人體在內的動物心跳，呼吸等信號以便掌握健康狀況。
此外，還提出這樣一種方法，上述類型的閉合式氣動聲音傳感器裝在床上，并檢測有長間隔和大幅度的信號，例如，翻身或轉動的信號，以便監(jiān)視人的睡眠狀態(tài)。
按照本發(fā)明，利用閉合式氣動聲音傳感器，在固定時間周期的限定單元內，連續(xù)和相繼地觀察有相對長周期但沒有大幅度且不適用于上述情況的的身體運動，當表示駕駛意識減退狀態(tài)的特征連續(xù)信號發(fā)生時，立即發(fā)出報警信號。


圖1是閉合式氣動聲音傳感器結構的剖面圖；圖2是另一種閉合式氣動聲音傳感器結構的剖面圖；圖3是閉合式氣動聲音傳感器固定到駕駛員座位上的視圖；圖4是用于處理閉合式氣動聲音傳感器輸出的電路圖；圖5是用于處理閉合式氣動聲音傳感器輸出的另一種電路圖；圖6是代表蘇醒狀態(tài)下身體運動信號輸出的曲線圖；圖7是代表駕駛意識減退狀態(tài)下身體運動信號輸出的曲線圖；圖8是用于處理閉合式氣動聲音傳感器輸出的另一種電路圖；圖9是用于處理閉合式氣動聲音傳感器輸出的另一種電路圖；圖10是代表蘇醒狀態(tài)下身體運動信號輸出的曲線圖；圖11是代表駕駛意識減退狀態(tài)下身體運動信號輸出的曲線圖；圖12是用于處理閉合式氣動聲音傳感器輸出的另一種電路圖；圖13是代表蘇醒狀態(tài)下身體運動信號輸出的曲線圖；和圖14是代表駕駛意識減退狀態(tài)下身體運動信號輸出的曲線圖。
具體實施例方式
由于本發(fā)明涉及駕駛時可以工作的設備，具體地說在車輛行駛時，除了涉及人體的身體運動的信號以外，需要檢測代表車輛行駛的信號，并在該信號出現時發(fā)出報警信號。
作為得到代表車輛行駛信號的方法，有以下可行的方法
1.從閉合式氣動聲音傳感器得到的包含身體運動信號的信號中分開該信號；和2.根據車輛電路中電壓或電流的變化，直接檢測該信號。
此外，作為讀出身體運動時信號的方法，有以下可行的方法A.注意閉合式氣動聲音傳感器輸出信號的波幅度，測量該信號，它取決于每單位時間周期內是否存在信號電平高于固定電平的信號；和B.確定每單位時間周期內閉合式氣動聲音傳感器輸出信號的輸出標準偏差，并基于標準偏差值鑒別該信號。
此外，作為給駕駛員提供報警信號的類型，可以有下列幾種a.利用振動器使振動直接地傳送給駕駛員；b.利用蜂鳴器發(fā)出報警聲響；c.利用揚聲器發(fā)出話音報警；d.光的閃爍；e.空調器的突然冷卻運行。
通過適當組合以上給出的1，2，A，B，a，b，c，d，e中的各項手段，能夠實現本發(fā)明。
圖1是本發(fā)明設備中使用的閉合式氣動聲音傳感器結構的剖面圖。
附圖標記1表示利用橡膠，塑料，金屬，布料，紙片或其他材料制成的密閉氣袋或殼體，非定向傳聲器或壓力傳感器2固定到密閉氣袋或殼體1的內部，因此，利用導線3可以把非定向傳聲器或壓力傳感器2的電信號取出到外部。
附圖標記4表示報警單元，例如，振動器或揚聲器，報警信號從外部通過導線5發(fā)送到報警單元4。報警單元4不一定要放置在密閉氣袋或殼體的內部，如果報警信號是從報警單元4傳送給駕駛員，則報警單元4可以放置在外部。
由于身體的重量加到密閉氣袋或殼體1上，為了保護內部的元件，必要時，應當利用諸如海綿的彈性增強材料6以增強密閉氣袋或殼體1的內部。
圖2是本發(fā)明設備中使用的另一個實施例閉合式氣動聲音傳感器結構的剖面圖，與圖1相同的元件用相同的附圖標記表示。
在這個實施例中，非定向傳聲器或壓力傳感器2放置在密閉氣袋或殼體1的外部，密閉氣袋或殼體1中的空氣通過管道7引入到非定向傳聲器或壓力傳感器2。
圖3表示圖1或2中描述的閉合式氣動聲音傳感器固定到汽車的駕駛員座位上的例子。
在圖3的例子中，閉合式氣動聲音傳感器8固定到座位靠背9上，因此，它還可用作氣墊。然而，閉合式氣動聲音傳感器8可以埋入到座位靠背9的內表面上。類似地，閉合式氣動聲音傳感器8可以放置在座位10上，或者，可以把閉合式氣動聲音傳感器8埋入到座位10的內部。
此外，多個閉合式氣動聲音傳感器可以安排成互相并列的關系，或者，可以用作座位靠背9和座位10。
附圖標記3表示導線，用于把閉合式氣動聲音傳感器的輸出傳送到外部。
圖4是一種電路例子的方框圖，該電路檢測閉合式氣動聲音傳感器輸出中駕駛意識減退的信號，并把該信號改變成報警信號。
附圖標記11表示閉合式氣動聲音傳感器的輸出信號，在輸出信號11被放大器12放大之后，低通濾波器13濾出僅僅代表輸出信號中身體運動的低頻分量。
附圖標記14表示限幅器，例如，這個限幅器工作在±200mV，利用計數器15計數信號強度超過±200mV的信號數目。
計數器上數目的信號加到算術運算部分16。
與此同時，閉合式氣動聲音傳感器的部分輸出信號11被放大器17放大，然后，在車輛行駛后產生的高頻分量被高通濾波器18濾出。
濾出的高頻分量信號加到電平檢測器19，然后，被取樣保持電路20轉換成數字信號，此后，該信號加到算術運算部分16。
算術運算部分16鑒別這樣的情況，其中每單位時間周期內計數器15的輸出數目展示一個固定的趨勢，且出現車輛行駛產生的信號，并產生使報警單元21工作的信號。
圖5是一種電路方框圖，其中從車輛的電路中取出代表車輛行駛的信號，與圖4相同的元件用相同的附圖標記表示。
在這個例子中，把代表車輛行駛的信號22從速度計的電路直接引入到電平檢測器19，然后，把它加到算術運算部分16。其他的操作類似于圖4中的操作。
圖6和圖7是圖4和圖5的電路中低通濾波器13的輸出曲線圖，圖6表示駕駛員處在蘇醒狀態(tài)下的輸出，而圖7表示駕駛員處在駕駛意識減退狀態(tài)下的輸出。
在這些曲線圖中，縱坐標軸表示以毫伏(mV)為單位的輸出，而橫坐標軸表示以秒為單位的時間。
從這些曲線圖中可以看出，代表駕駛員身體運動信號的輸出在蘇醒狀態(tài)與駕駛意識減退狀態(tài)之間有很大的差別，例如，若在單位時間周期內有信號超過±200mV的波數，則可以容易地檢測到駕駛意識減退狀態(tài)。
圖8和圖9是不同電路例子的方框圖，該電路檢測駕駛意識減退狀態(tài)并產生報警信號。
圖8表示類似于圖4中情況下的電路，把代表身體運動的信號與代表車輛行駛的信號分開，并從閉合式氣動聲音傳感器中取出。
圖9表示類似于圖5中情況下的另一種電路，從車輛的電路中取出代表車輛行駛的信號。
在圖8和圖9中，添加整流器-積分器23和電平檢測器24以代替圖4和圖5中的計數器15。
圖10是曲線圖，說明代表蘇醒狀態(tài)下身體運動的信號(圖6)再通過整流器-積分器23之后的波形。當代表身體運動的信號超過±200mV時，電容器和電阻器構成的積分器開始工作，形成一個從參考電壓中減去積分電壓的信號。因此，若頻繁地輸入大于或等于±200mV的信號，則該信號以低電位電平發(fā)生變化。
圖11是代表駕駛意識減退狀態(tài)的信號通過整流器-積分器23之后的波形圖。若代表身體運動的信號以小于±200mV的電平繼續(xù)保持，則積分電壓減小，該信號改變到連續(xù)時間的較高電壓電平信號。
在圖8和圖9的例子中，低通濾波器13的輸出信號加到限幅器14，在去掉慢駕駛操作或正常呼吸的影響之后，僅僅限幅器通過的信號加到整流器-積分器23。
在駕駛意識減退狀態(tài)下，慢駕駛操作或正常呼吸持續(xù)保持，其特征是，出現超過15秒鐘低于200mV的信號下降連續(xù)時間，每分鐘重復出現2至3次。
為了檢測這種狀態(tài)，借助于整流器-積分器，首先檢測蘇醒狀態(tài)下的信號電平，然后，從參考信號中減去蘇醒狀態(tài)下的信號，可以得到駕駛意識減退狀態(tài)下的信號。
圖12是實現類似目的的不同電路例子的方框圖。
在圖12中，添加統(tǒng)計過程算術運算部分25以代替圖8中的限幅器14，整流器-積分器23和電平檢測器24。
在圖12的實施例中，在信號通過圖6和圖7中低通濾波器13之后的階段，該信號的輸出分布被統(tǒng)計過程算術運算部分25處理以得到標準偏差。
圖13表示關于圖6中波形所確定的標準偏差，蘇醒狀態(tài)下輸出信號的標準偏差是0.29。
圖14表示關于圖7中波形所確定的標準偏差，駕駛意識減退狀態(tài)下輸出信號的標準偏差是0.13。
因此，根據一段固定時間周期內標準偏差值的減小，也可以檢測駕駛意識減退狀態(tài)，標準偏差值減小表示信號電平下降。
可以確認，在這個例子中，標準偏差值在40秒內下降到小于50％。
工業(yè)應用在本發(fā)明設備固定到駕駛員座位上的情況下，當駕駛員坐在駕駛員座位上時，該駕駛員立即進入被監(jiān)視的狀態(tài)，而無須完成特殊的安裝或拆卸操作；在車輛行駛時，報警單元才開始工作，所以，能夠提供一種簡單，方便和可靠的開車打磕睡報警設備。
權利要求
1.一種駕駛員的打磕睡報警設備，其中閉合式氣動聲音傳感器固定到車輛駕駛員的座位部分，駕駛員的身體壓力加到座位上，其中一個，兩個或多個非定向傳聲器或壓力傳感器裝入到氣密柔順材料制成的密閉氣袋或密閉殼體的內部，且所述非定向傳聲器或壓力傳感器的輸出信號通過導線被引導到外部；和從所述閉合式氣動聲音傳感器的輸出信號中分開并取出代表駕駛員駕駛操作中身體運動的信號和車輛行駛后產生的信號；此后檢測(駕駛意識減退)狀態(tài)，其中有車輛行駛后產生的信號，而代表身體運動的信號變化幾乎消失；和使報警單元工作。
2.一種駕駛員的打磕睡報警設備，其中閉合式氣動聲音傳感器固定到車輛駕駛員的座位部分，駕駛員的身體壓力加到座位上，其中氣密柔順材料制成的密閉氣袋或密閉殼體中的內部氣壓被引向外部的非定向傳聲器或壓力傳感器，并取出所述非定向傳聲器或壓力傳感器的輸出信號；和從所述閉合式氣動聲音傳感器的輸出信號中分開并取出代表駕駛員駕駛操作中身體運動的信號和車輛行駛后產生的信號；此后檢測(駕駛意識減退)狀態(tài)，其中有車輛行駛后產生的信號，而代表身體運動的信號變化幾乎消失；和使報警單元工作。
3.一種駕駛員的打磕睡報警設備，其中閉合式氣動聲音傳感器固定到車輛駕駛員的座位部分，駕駛員的身體壓力加到座位上，其中一個，兩個或多個非定向傳聲器或壓力傳感器裝入到氣密柔順材料制成的密閉氣袋或密閉殼體的內部，且所述非定向傳聲器或壓力傳感器的輸出信號通過導線被引導到外部；和從所述閉合式氣動聲音傳感器中取出代表駕駛員駕駛操作中身體運動的信號，同時從車體中取出車輛行駛后產生的信號；此后檢測(駕駛意識減退)狀態(tài)，其中有車輛行駛后產生的信號，而代表身體運動的信號變化幾乎消失，和使報警單元工作。
4.一種駕駛員的打磕睡報警設備，其中閉合式氣動聲音傳感器固定到車輛駕駛員的座位部分，駕駛員的身體壓力加到座位上，其中氣密柔順材料制成的密閉氣袋或密閉殼體中的內部氣壓被引向外部的非定向傳聲器或壓力傳感器，并取出所述非定向傳聲器或壓力傳感器的輸出信號；和從所述閉合式氣動聲音傳感器中取出代表駕駛員駕駛操作中身體運動的信號，同時從車體中取出車輛行駛后產生的信號；此后檢測(駕駛意識減退)狀態(tài)，其中有車輛行駛后產生的信號，而代表身體運動的信號變化幾乎消失，和使報警單元工作。
5.按照權利要求1至4中任何一個的駕駛員打磕睡報警設備，其中彈性體的增強材料放置在氣密柔順材料制成的所述密閉氣袋或密閉殼體中。
6.按照權利要求1至4中任何一個的駕駛員打磕睡報警設備，其中使用多個閉合式氣動聲音傳感器。
全文摘要
閉合式氣動聲音傳感器安裝到駕駛員的座位上，并獲取代表駕駛員身體運動的信號，檢測一個連續(xù)的時間周期，在此時間周期內信號電平沒有達到固定的電平。與此同時，從車輛中獲取只有在車輛行駛時才產生的信號，并利用算術運算電路對這兩個信號進行比較。只有同時存在兩個信號，且特定的趨勢出現在代表身體運動信號的連續(xù)時間周期內，才產生報警信號。提供一種較廉價的開車打磕睡報警設備，這種設備不需要麻煩的安裝，且在車輛停駛時不再工作。
文檔編號B60N2/44GK1633258SQ0280234
公開日2005年6月29日 申請日期2002年1月22日 優(yōu)先權日2000年12月21日
發(fā)明者高島充 申請人:株式會社M.I.研究所