简易人体疲劳检测仪的研制

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Abstract:Simpledevice ofbodyfatiguedetectionisbasedonthetheorythattheflickerfrequencywhich eyes call discern varies with the fatigue of a person‘S brain,and the device tests the flicker frequency that the eyes call discem in order to help US estimate
(1.天津农学院a.机电工程系,b.学生创新创业活动中心,天津300384)
摘要;简易人体疲劳检测仪是根据人眼能识别的闪烁频率随人脑的疲劳程度不同而有所不同这一
原理,通过测试人眼能识别的闪烁频率来实现检测人体疲劳程度的目的。介绍了该检测仪的组成和
硬件系统各部件的功能特点,阐述了其软件的设计思想。
关键词:疲劳检测;闪烁:频率
万方数据
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
简易人体疲劳检测仪的研制
作者:
作者单位:
刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数:
刘华, 王颖, 王培金, 黄婷, 师莎莎, LIU Hua, WANG Ying, WANG Pei-jin, HUANG Ting, SHI Sha-sha 刘华,LIU Hua(天津农学院,机电工程系,天津,300384), 王颖,王培金,黄婷,师莎莎,WANG Ying,WANG Pei-jin,HUANG Ting,SHI Sha-sha(天津农学院,学生创新创业活动中心,天津 ,300384)
图2硬件电路原理图
1.2控制单元 控制单元使用的是单片机20C51,结构简单,便于软硬件设计,同时,201251只有20个引脚,使
得硬件电路更加简单,如图3所示。
肿啪瑚期一m一川邗¨ 黑皇发嚣=
VC P7 P6
P5 P4 P3
Noo协一 P 2 P1 PO
P7
图3单片机20C51引脚图
在设计中,使用了单片机20C51的看门狗功能,用来检测软件和硬件的运行状态。如果在规定时 问内没有收到来自单片机的清除命令,将产生一个复位信号。如果测试仪在运行中受到各种各样的干扰 (如电源及空间电磁干扰),当超过仪器自身的抗干扰极限时,就有可能引起微处理器死机或程序跑飞。 有了看门狗这个监控者,系统会强制复位,以保证系统在受干扰时仍然能够维持正常的工作状态。 1.3输入单元
6.马忠梅.籍顺心.张凯 单片机的C语言应用程序设计 2005
7.张福学 传感器应用及其电路精选 1991
相似文献(1条)
1.期刊论文 卫勇.胡小易.单慧勇.张志勇.刘华.WEI Yong.HU Xiao-yi.SHAN Hui-yong.ZHANG Zhi-yong.LIU Hua
智能人体疲劳检测仪的设计 -机电工程技术2007,36(6)
频率为l Hz时,定时器的定时时间为50 Ills,其初始值利用上式可计算得TC=46 080,所以当频率为, 时,初始值的计算公式如下:
TC=65 536一[46 080/f] 程序的流程图如图5所示。
万方数据
图5 程序总体流程图
第3期
刘华,等:简易人体疲劳检测仅的研制
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3结束语
对简易人体疲劳检测仪的功能进行实际验证,表1和表2分别为2个人为期15 d的测试数据。
疲劳是一种自然现象,是人体的一种自我调节和保护功能。它的产生与劳动强度、环境、健康程度、 情绪和工作绩效等有关。这些因素可以概括为客观和主观两个方面。因此,对疲劳状态的评测可通过主 观和客观的方法来进行。主观评测的方法主要依据主观调查表、自我记录表、睡眠习惯调查表和斯坦福 睡眠尺度表等来测评被试者的疲劳程度。虽然主观评价方法使用简单,但很难量化疲劳的等级和程度, 又因每个人的理解有明显的差异,其结果往往不能令人满意。疲劳的客观测评主要从医学角度出发,借 助医用仪器测试被试者的脑电、心电和肌电波形,从而确定其疲劳程度。尽管这种方法比较准确,但测 试条件苛刻,过程复杂,特别是无法在一些受电磁干扰的场合下使用…。
的频率比疲劳时可分辨的频率高。同时,数据和图形的比较结果也说明了疲劳时的频率和清醒时的频率
是因人而异的。
疲劳检测仪的构造虽然简单,但是一个比较典型的系统,能在一定程度上反映人的疲劳。在使用时,
人眼离发光二极管的距离应恰当,一般为40~50 cln。通过实际反复测试,证明了该设计的正确性以及 稳定性。









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根据表中数据,绘制了被测试人疲劳和清醒时的频率对比图,见图6。
(A)测试者1
(B)测试者2
图6疲劳、清醒时频率对比图
通过图形的对比,能够更清楚地看出清醒和疲劳时人眼可分辨的闪烁频率是不同的:清醒时可分辨
中图分类号:TH772.2
文献标识码:A
Design of Simple Device of Body Fatigue Detection LIU Hua幻,WANG Ying弛,WANG Pei-fin珀.HUANG Ting珀.SHI Sha.shaIb
(1.TianjinAgriculturalUniversity,a DepartmentofMechanic andElectronicEngineering,b Innovative andCreativeCentreof Smdems,Tianjin 300384,China)
人眼能识别的闪烁频率随人脑的疲劳程度不同而有所不同:清醒时,人眼能分辨的频率高;而疲劳 时,人眼能分辨的频率低”J。针对人的这一生理机能,开发出一种简单、实用的人体疲劳检测仪。
1疲劳检测仪硬件结构
1.1系统结构 根据人眼对闪烁频率的分辨能力,简易疲劳检测仪的基本工作原理为:电源接通后,疲劳检测仪的
显示单元会显示最低频率,根据被测者的实际情况,利用增加,减小按键,改变发光二极管的闪烁频率, 直到被测者的眼睛无法分辨出闪烁,根据此时所显示的频率值就可以知道被测者的疲劳程度。检测仪的 整个系统分为4部分,即系统控制单元、控制单元、频率显示单元和频率增减单元。系统的总体框图如 图I所示,图2为简易疲劳检测仪的硬件电路原理图。
圈4定时器周期设定
频率的改变主要是通过改变f或者^实现的。定时器T0的定时时间t通过以下公式计算:
f:旦(2L—TC)
|。
公式中,t为TO的定时时间,氏为系统的晶振频率11.059 2 MI-Iz,L为定时器位数,模式1下为16,
TC为定时器初值。
由于固定f而改变n会带来士委的误差,所以系统中采用固定n而改变f的方法。当系统中n=10、 Z
智能人体疲劳检测仪是根据人眼能识别的闪烁频率随人脑的疲劳程度不同而有所不同这个原理,通过测试人眼能识别的闪烁频率,来实现检测人体疲 劳程度的目的.本文介绍了该检测仪的组成、硬件系统各部件的功能特点,阐述了其软件设计思想.
本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_tjnxyxb200703011.aspx 授权使用:燕山大学(ysdx),授权号:92d4d24a-7b92-4333-9feb-9dbf00ae902c
输入单元主要由系统控制和频率增减单元组成。而系统控制单元主要是电源和复位键。复位键的主 要功能是在测试结束后把仪器复位到上电状态。频率增加键的主要作用是在测试时使频率以1为单位增 加。具体操作时可以采用点动式,也可以一直按住键连续增加,直至人眼不能分辨光二极管的闪烁时再 松开。频率减小键是辅助键,当发光二极管的闪烁频率超过人眼不能分辨的最小发光二极管的闪烁频率 时,可以按频率减小键,使发光二极管的频率以1为单位减小。
2软件设计
在设计过程中,主要是运用分辨发光二极管的闪烁频率来测量人体的疲劳程度,所以保证二极管闪 烁频率的精度是至关重要的o_刀。仪器中对二极管闪烁频率的控制主要是通过单片机的定时器TO、T1 来实现的,其示意图见图4。图中r为发光二极管的闪烁周期,t为定时器TO的定时单位,n为半周期 内7阳定时的次数。图中阴影部分为发光二极管不亮的时间。
参考文献: 【1】郭北苑,方卫宁,基于眼动仪的疲劳检测方法叨.航天医学与医学工程,2004,17(4):256.260. 【21王维镛.对人体疲劳的认识【J】.林业劳动安全,2000,13(3):39-40. [3】李志春,何仁,林谋有,等.驾驶员疲劳检测技术的研究现状及发展趋势【J】.农机化研究,2006(5):197.199. f4】郭北苑.方卫宁.基于眼睑闭合度的艉动仪检测人体生理疲劳状态【J】.中国临床康复,2005,26(9):246.248. 【5】邬正义,张笑非,谈正.基于单目视觉的疲劳检测叨.常熟理工学院学报,2005,19(6):57一印. 【6】马忠梅,籍顺心,张凯,等.单片机的C语言应用程序设计tMI.3敞.北京:北京航天航空大学出版社.2005:159—180. 【7】张福学.传感器应用及其电路精选【M】.北京:北京电子工业出版社,1991:459-501.
+收稿日期:9007—01—19 作者简介:刘华(1977.)。女,天津市人.助理实验师,硕士,主要从事机电工程方面的教学和科研工作。联系电话:(022)23781290, E-malh tjlhl216@126.corn-
万方数据
第3期
刘华,等:简易人体疲劳检测仪的研制 图1系统总体框图
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频率增减键配合使用就可以将发光二极管的闪烁频率调到一个人眼不能分辨的最小频率。
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天津农学院学报
第14卷
1.4输出单元 用两个共阳极数码管来显示当前发光二极管的闪烁频率。采用动态扫描显式,可显示的最高频率为
99 Hz,最低为l Hz。采用硬件译码,数码管的选择引脚通过三极管与单片机的口连接,数码管的数据 引脚与74LS247译码器连接。由于计算机输出的是BCD码,要想在数码管上显示十进制数,就必须先 把BCD码转换成7段字型数码管所要求的代码。而7段字型译码器能够将计算机输出的BCD码换成7 段字型代码,并使数码管以十进制数显示。
下载时间:2010年7月26日
表1 测试者1疲劳和清醒状态下的频率对比
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疲劳时频gmz 清醒时频率,Hz
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天数/d 疲劳时频率mz 清醒时频率/Hz
表2测试者2疲劳和清醒状态下的频率对比
天津农学院学报 JOURNAL OF TIANJIN AGRICULTURAL UNIVERSITY 2007,14(3) 0次
参考文献(7条)
1.郭北苑.方卫宁 基于眼动仪的疲劳检测方法[期刊论文]-航天医学与医学工程 2004(04) 2.王维镛 对人体疲劳的认识[期刊论文]-林业劳动安全 2000(03) 3.李志春.何仁.林谋有 驾驶员疲劳检测技术的研究现状及发展趋势[期刊论文]-农机化研究 2006(05) 4.郭北苑.方卫宁 基于眼睑闭合度的眼动仪检测人体生理疲劳状态[期刊论文]-中国临床康复杂志 2005(26) 5.邬正义.张笑非.谈正 基于单目视觉的疲劳检测[期刊论文]-常熟理工学院学报 2005(06)
第14卷第3期 2007年9月
天津农学院学报 Journal ofTianjin A鲥cultural UnNers畸
文章编号:1008-5394(2007)03—0038—04
v01.14.NO 3 September,2007
简易人体疲劳检测仪的研制+
刘华la,王颖lb,王培金1b,黄婷1b,师莎莎16
oIlf body fatigue It is introduced the device function and hardware system,and then expounds the design idea of the software
system. Key words:fatigue detection;flicker;frequency
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