基于腦電的駕駛疲勞檢測系統設計與實(shí)現，包括原理圖、電路

前言 交通事故是當前世界各國所面臨的嚴重社會(huì )問(wèn)題之一，已被公認為當今世界危害人類(lèi)生命安全的第一大公害，每年因交通事故的原因至少使50萬(wàn)人死亡.歐美各國的交通事故統計分析表明，交通事故中80%~90%是人的因素造成的。根據美國國家公路交通安全署的統計，在美國的公路上，每年由于司機在駕駛過(guò)程中跌入睡眠狀態(tài)而導致大約10萬(wàn)起交通事故，約有1500起直接導致人員死亡，7.1萬(wàn)起導致人員傷害。在歐洲的情況也大致相同，如在德國境內的高速公路上25%導致人員傷亡的交通事故，都是由疲勞駕駛引起的。根據中國交通部的統計，我國48%的車(chē)禍由駕駛員疲勞駕駛引起，直接經(jīng)濟損失達數十萬(wàn)美元。有關(guān)汽車(chē)駕駛員的疲勞檢測問(wèn)題,隨著(zhù)高速公路的發(fā)展和車(chē)速的提高，目前已成為汽車(chē)安全研究的重要一環(huán)。 國外的許多國家都比較重視疲勞駕駛檢測的研究工作。尤以美國的研究發(fā)展較快，目前具有代表性的有：美國研制的打瞌睡駕駛員偵探系統，方向盤(pán)監視裝置，日本研制的DAS2000型路面警告系統，日本研制的電子“清醒帶”。對于國內，我國的疲勞駕駛檢測系統研究起步較晚，目前比較成型的系統很少。對于目前來(lái)說(shuō)，不論國內國外，雖然研究的成果較多，但是還未見(jiàn)到一種方法是被大家所公認的。就現在而言，基于腦電波的疲勞駕駛檢測系統被國際上視作為未來(lái)該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。 腦電信號是一種微弱的生物信號，并且極易受到干擾?；?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/腦電">腦電的疲勞駕駛檢測系統的設計思想為：首先要通過(guò)腦電采集電路采集腦電信號，再對其進(jìn)行小波去噪處理，去掉腦電偽跡和高頻噪聲，最后通過(guò)處理分析腦電信號，從而給出駕駛人員的疲勞程度。系統的基本設計思想如下圖所示：

整個(gè)系統由模擬部分和數字部分組成。

模擬部分主要由信號放大電路，濾波電路，光電耦合電路以及AD6783模數轉換器構成。

數字部分主要由SPI接口控制器(ADC接口)，時(shí)鐘管理器，小波去噪模塊和分析處理模塊共同組成。

第一章：模擬部分

前端信號采集電路完整實(shí)現了基于腦電的疲勞檢測系統，總體放大倍數為A=100×70×1.1×2=15400，腦電信號電壓為5μV—100μV,經(jīng)全部采集電路放大濾波后，信號電壓范圍為-1.54V~+1.54V ，經(jīng)電壓抬升后輸入AD信號范圍為0.71V~3.79V，外部采用12V直流供電，內部選用7805產(chǎn)生5V電壓。詳細情況如下：

一、腦電信號采集放大部分：

(1)前置放大電路：前置放大電路是整個(gè)腦電采集儀器設計的關(guān)鍵，它決定了整個(gè)放大電路的共模抑制比、輸入阻抗和噪聲水平。

腦電測量過(guò)程中的共模干擾特別大，腦電信號的放大一般采用差動(dòng)放大電路結構。前置放大電路對集成運算放大器的要求有：高輸入阻抗;高共模抑制比;低噪聲、低漂移;低輸入失調電壓;足夠大的放大倍數及低功耗。本課題中采用AD公司的高性能儀用放大器AD620來(lái)實(shí)現前置放大。此運放有較高的技術(shù)參數，非常適合用于生理信號放大及在電池供電條件下工作的醫療儀器的應用系統。本次電路設計中，放大倍數為100倍，增益反饋電阻選為499歐姆。AD620的放大倍數G由增益電阻

決定，增益

：其中

為增益反饋電阻。

二級放大電路：因前置放大后的信號仍然處于比較低的電壓水平上，現采用AD620設計二級放大電路，以進(jìn)一步保證高共模抑制比、低噪聲、低漂移等電路性能，放大倍數選擇為70倍，增益反饋電阻

取為715歐姆。

低通濾波電路：低通濾波采用二階巴特沃斯濾波器，采用OP07運放，截止頻率為100赫茲。

由電路，得到傳遞函數：

只有

小于3時(shí)，即分母中S的一次項系數大于零，電路才能穩定工作，而不產(chǎn)生自激振蕩。

截止頻率為：

(4)50赫茲陷波電路：如下圖，采用典型的二階有源帶阻濾波器。

這是一種典型的二階有源帶阻濾波器，其傳遞函數為：

，式中A是運放增益。