msp430單片機便攜式疲勞信號檢測研究

1、<p>　　MSP430單片機便攜式疲勞信號檢測研究</p><p>　　[摘 要]根據(jù)人體脈搏波信號的特征，設(shè)計性能優(yōu)良的脈搏波信號采集系統(tǒng)，選用超低功耗16位單片機MSP430F449 對采集的脈搏波信號進行記錄、處理、傳輸。硬件部分為滿足脈搏信號的采集要求，著重討論了模擬放大電路的組成結(jié)構(gòu)、工作原理、分析方法以及性能參數(shù)的計算。軟件部分利用Matlab圖形用戶接口（GUI）設(shè)計工具，設(shè)計了脈搏信號

2、檢測系統(tǒng)。對智能化測試疲勞信號的一次努力和嘗試，無論是在硬件電路設(shè)計，還是在軟件算法處理上，都采用了比較獨特的方法，從而為今后疲勞信號客觀定量研究提供重要而具有指導意義的參考。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞]疲勞檢測 脈搏波信號 MSP430 </p><p>　　中圖分類號：TM58 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）01-0365-01 </p>

3、<p><b>　　1 引言 </b></p><p>　　疲勞雖然是一個很正常的生理現(xiàn)象，但每年導致的交通事故給世界各國造成巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡，增加了社會的不安定因素。故近年來，就如何減少交通事故，促進道路交通安全也是各國汽車廠商投入重金研究的一片領(lǐng)域。駕駛員疲勞駕駛問題已受到世界各國越來越多研究人員的關(guān)注，因此針對疲勞駕駛檢測方法而進行的研究更顯得具有重要的現(xiàn)實意義。 &

4、lt;/p><p>　　疲勞是由于人們長時間工作而導致工作能力暫時下降的規(guī)律性生理現(xiàn)象， 在疲勞產(chǎn)生的初期， 由于意志的作用， 人還能夠強迫自己仍按原有意圖進行操作， 但工作狀態(tài)會受到很大的影響， 特別是在道路交通狀態(tài)發(fā)生突然變化等情況下， 處于疲勞狀態(tài)下的駕駛員， 容易發(fā)生交通事故。本文主要著重于基于MSP430的脈搏信號采集系統(tǒng)的設(shè)計并在此基礎(chǔ)上對采集到的脈搏信號進行預(yù)處理和高階譜分析，為疲勞狀態(tài)的分析和評測提供

5、科學依據(jù)。同時本實驗對于脈診的客觀定量化，以及避免因疲勞駕駛而引起交通事故具有重要而積極的意義。 </p><p>　　2 MSP430單片機及外圍模塊介紹 </p><p>　　2.1 MSP430系列單片機簡介 </p><p>　　MSP430 系列單片機都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。它們分別是看門狗計時器（WDT）、比較器、定時器A（Timer_A）、定時器B（

6、Timer_B）、串口0、1（USART0、1）、硬件乘法器、液晶驅(qū)動器、10/12/16位ADC、12位DAC、I2C總線、直接數(shù)據(jù)存?。―MA）、端口 1～8（P1～P8）、基本定時器（Basic Timer）、實時時鐘模塊、電源電壓監(jiān)控（SVS）、硬件乘法器（MPY）等一些外圍模塊的不同組合。其中，看門狗可以使程序失控時迅速復(fù)位；模擬比較器進行模擬電壓的比較，配合定時器，可設(shè)計出A/D轉(zhuǎn)換器；16位定時器（Timer_A 和 Ti

7、mer_B）具有捕獲/比較功能，可用于事件計數(shù)、時序發(fā)生、PWM 等；有的器件更具有可實現(xiàn)異步、同步及多址訪問串行通信接口，可方便的實現(xiàn)多機通信；12/14位硬件A/D轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速率，最高可達200kbps，能夠滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用；硬件I2C串行總線接口實現(xiàn)存儲器串行擴展；為了增加數(shù)據(jù)傳輸速度，可采用直接數(shù)據(jù)傳輸（DMA）模塊。 </p><p>　　MSP430 系列單片機可以分為以下幾個系列：X1

8、XX ，X2XX，X3XX， X4XX 等等而且還在不斷發(fā)展，從存儲器角度又可分為ROM（C型）、OTP （P型）、EPROM（E型）、Flash Memory（F型）。系列的全部成員均為軟件兼容可以方便地在系列各型號間移植。MSP430系列單片機的MCU 設(shè)計成適合各種應(yīng)用的16位結(jié)構(gòu)。它采用“馮-紐曼”結(jié)構(gòu)，因此RAM、ROM和全部外圍模塊都位于同一個地址空間內(nèi)。 </p><p>　　3 脈搏信號處理軟件各

9、部分原理介紹 </p><p>　　在前面介紹了用戶界面的編寫方法，接下來介紹的是各個具體功能的實現(xiàn)原理。 </p><p><b>　　3.1 開始采集 </b></p><p>　　通過RS232串口將數(shù)據(jù)采集部分與計算機連接，利用MATLAB7.0自帶的通信類（SERIAL）可開發(fā)出通信與數(shù)據(jù)采集軟件，通過人機界面完成對脈搏波形的數(shù)據(jù)采集

10、與存儲。 </p><p>　　s = serial（'COM2'，'BaudRate'，9600）； </p><p>　　%創(chuàng)建一個波特率為9600的COM2串口對象，并以s標識它 </p><p>　　fopen（s） %打開串口設(shè)備對象 </p><p>　　data_in ='1' &

11、lt;/p><p>　　fwrite（s， data_in，'char'，'async'）； %向COM2口發(fā)送兩個數(shù)據(jù)’’和‘1’啟動采集 </p><p>　　data_in ='2' </p><p>　　fwrite（s， data_in，'char'，'async'）； %向COM

12、2口發(fā)送兩個數(shù)據(jù)’’和‘2’啟動采集 </p><p>　　fclose（s）； %關(guān)閉COM2串口 </p><p>　　可以看出，在Matlab中進行串行通信是十分簡單的，編程較為容易。而且，在Matlab中串行通信的出錯率較低，通信也很可靠，為進一步提高通信的安全性，也可以采用增加握手信號以及數(shù)據(jù)校驗等的方式進一步增加通信的可靠性。 </p><p><

13、b>　　3.2 中值濾波 </b></p><p>　　由于脈搏信號屬于低頻信號，脈搏信號的能量頻段主要集中在0.5～20Hz之間，在實際應(yīng)用時，一般取0.5～30Hz之間的信號。在此文中我們采用低通濾波和中值濾波的方法消除工頻干擾和基線漂移。 </p><p>　　為有效克服因偶然因素引起的波動干擾，徹底濾除尖波干擾噪聲，首先對原始信號采用了medfilt1一維中值濾波

14、法，來實現(xiàn)脈搏曲線更平滑。 </p><p>　　medfilt1函數(shù)的用法為： </p><p>　　medfilt1（x， n） </p><p>　　X為你想平滑的時間序列，N為濾波器的階數(shù)。 </p><p><b>　　4 總結(jié) </b></p><p>　　本文基本完成了疲勞脈搏信號采

15、集系統(tǒng)的設(shè)計及運用高階譜分析數(shù)據(jù)的初期目標，即設(shè)計出了一套基于MSP430的脈搏數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。同時，進行了一定的實驗測試并基本上驗證了該方案的可行性。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1] 劉世杰主編，中國醫(yī)學百科全書七?勞動衛(wèi)生與職業(yè)病學[M].上?？茖W技術(shù) </p><p>　　出版社，1992，18

16、1. </p><p>　　[2] 孫瑋等.避免疲勞駕駛的駕駛員警示系統(tǒng)[J].交通世界（運輸.車輛），2006（1）：57. </p><p>　　[3] 衛(wèi)生部衛(wèi)生監(jiān)督局. 中國傷害狀況報告[M].人民衛(wèi)生出版社， 2007， 96. </p><p>　　[4] 賀太綱，劉建平，鄭崇. 精神疲勞及其測定[J].生物醫(yī)學工程學雜志，1996，13（3）：267一

17、273. </p><p>　　[5] King L M， Nguyen H T， Lal S K L.Early Driver Fatigue Detection from Electroencephalography Signals using Artificial Neural Networks.Proceedings ofthe 28th IEEE EMBS Annual International Co

18、nference， New York City， USA， 2006 ：2187～2190. </p><p>　　[6] Yang G， Lin Y， Bhattacharya P.A Driver Fatigue Recognition Model UsingFusion of Multiple Features. Conf. Proc. IEEE Int. Conf. Syst. Manbern.， Wai