Устройство для предупреждения аварийных ситуаций при нарушении сердечной деятельности или засыпании водителя

Предлагаемое устройство относится к сфере обеспечения безопасности транспортных средств и может быть использовано в системах автоматического контроля состояния водителя мобильных средств и управления механизмами двигателя для предотвращения аварий.
Известны устройства для контроля функционирования состояния человека - оператора (авт. свид. СССР №№1.301.376, 1,540.800, 1.725.828, 1.814.538; патенты РФ №№2.072.864, 2.181.258, 2.218.075, 2.342.901, 2.458.626; патенты на полезные модели №№56.153, 85.863, 93.248; патенты США №№3.616.790, 4.231.374, 5.002.064; Фролов М.В. Контроль функционального состояния человека оператора.- М.: Наука, 1987. - С. 40-42; Дикарев В.И. Безопасность, защита и спасение человека. - СПб., 2007. - С. 468-508).
Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому устройству является «Устройство для предупреждения аварийных ситуаций при нарушении сердечной деятельности или засыпания водителя» (патент на полезную модель №85.863, В60К 28/06, 2009), которое и выбрано в качестве прототипа.
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности передачи тревожного извещения об аварийной ситуации в службу экстренной помощи и родственникам, что может привести к несвоевременному оказанию медицинской помощи водителю и возникновению необратимых нарушений функций сердечно-сосудистой системы.
Технической задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей устройства и повышение надежности передачи тревожного извещения об аварийной ситуации в службу экстренной помощи путем использования второго радиоприемника, установленного в службе экстренной помощи и сложных сигналов с фазовой манипуляцией.
Техническая задача полезной модели достигается тем, что устройство для предупреждения аварийных ситуаций при нарушении сердечной деятельности или засыпании водителя, содержащее, в соответствии с прототипом, блок обработки сигналов, соединенный с катушкой поляризованного реле, вторая катушка которого через выключатель электрически соединена с клеммой замка зажигания и якорем поляризованного реле, который замыкает первый контакт поляризованного реле с прерывателем-распределителем, второй контакт поляризованного реле электрически соединен с блоком звуковой сигнализации и с сигнальной лампой стоп-сигнала, пульсомер, который предназначен для закрепления на запястье водителя транспортного средства с помощью браслета, при этом пульсомер включает корпус, внутри которого установлены датчик для измерения частоты пульса, связанный с радиопередатчиком, который соединен по радиоканалу с первым радиоприемником, встроенным в блок обработки сигналов, отличается тем, что оно снабжено вторым радиоприемником, установленным в службе экстренной помощи, причем радиопередатчик выполнен в виде последовательно включенных приемной антенны, приемника GPS-сигналов, формирователя суммарного моделирующего кода, второй вход которого соединен с выходом генератора кода, а третий вход через преобразователь частота-цифровой код соединен с выходом датчика для измерения частоты пульса, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, усилителя мощности и передающей антенны, каждый радиоприемник выполнен в виде последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, узкополосного фильтра, первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты и фильтра нижних частот, при этом фильтр нижних частот первого радиоприемника подключен к входу блока обработки сигналов, а фильтр нижних частот второго радиоприемника подключен к входу блока регистрации и анализа.
Структурная схема устройства для предупреждения аварийных ситуаций при нарушении сердечной деятельности или засыпании водителя представлена на Фиг. 1. Структурная схема радиопередатчика изображена на Фиг. 2. Структурная схема первого радиоприемника представлена на Фиг. 3. Структурная схема второго радиоприемника изображена на Фиг. 4.
Устройство для предупреждения аварийных ситуаций при нарушении сердечной деятельности или засыпании водителя снабжено пульсомером 1, который крепится на запястье водителя с помощью браслета 2. Пульсомер 1 включает корпус 3, внутри которого установлен датчик 4, для измерения частоты пульса. Датчик 4 связан с радиопередатчиком 5, который с первым радиоприемником 6 соединен по радиоканалу 7, встроенным в блок 8 обработки сигналов, и с вторым радиоприемником 35, установленным в службе экстренной помощи.
Радиопередатчик 5 выполнен в виде последовательно включенных приемной антенны 20, приемника 21 GPS-сигналов, формирователя 24 суммарного моделирующего кода, второй вход которого соединен с выходом генератора 22 кода, а третий вход через преобразователь 23 частота-цифровой вход соединен с выходом датчика 4 для измерения частоты пульса, фазового манипулятора 26, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 25, усилителя 27 мощности и передающей антенны 28.
Первый радиоприемник 6 выполнен в виде последовательно включенных приемной антенны 29, усилителя 30 высокой частоты, второго перемножителя 32, второй вход которого соединен с выходом фильтра 33 нижних частот, узкополосного фильтра 34, первого перемножителя 31, второй вход которого соединен с выходом усилителя 30 высокой частоты, фильтра 33 нижних частот и блока 8 обработки сигналов.
Второй радиоприемник 35 выполнен в виде последовательно включенных приемной антенны 36, усилителя 37 высокой частоты, второго перемножителя 39, второй вход которого соединен с выходом фильтра 40 нижних частот, узкополосного фильтра 41, первого перемножителя 38, второй вход которого соединен с выходом усилителя 37 высокой частоты, фильтра 40 нижних частот и блока 42 регистрации и анализа.
Устройство для предупреждения аварийных ситуаций при нарушении сердечной деятельности или засыпании водителя работает следующим образом.
1
2
3
Перед началом движения транспортного средства, пульсомер 1 с помощью браслета 2 закрепляется на запястье водителя. Датчик 4 для измерения частоты пульса, установленный внутри корпуса 3, измеряет частоту пульса водителя транспортного средства, преобразует данные с помощью преобразователя 23 частота-цифровой код в цифровой код M(t), который поступает на первый вход формирователя 24 суммарного моделирующего кода, на второй вход которого с выхода генератора 22 кода подается моделирующий код M(t), отражающий номерной знак транспортного средства. С выхода приемника 21 GPS-сигналов на третий вход формирователя 24 суммарного кода поступает моделирующий код M(t), который определяет местоположение транспортного средства.
Суммарный моделирующий код
Σ
1
2
3
M(t)=M(t)+M(t)+M(t)
с выхода формирователя 24 моделирующего кода поступает на первый вход фазового манипулятора 26, на второй вход которого подается гармоническое колебание с выхода задающего генератора 25
c
c
c
с
с
U(t)=V*cos(ωt+ϕ), 0≤t≤Т,
c
с
1c
c
где V, ω, ϕT - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность гармонических колебаний.
На выходе фазового манипулятора 26 формируется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн)
1
c
c
k
с
с
U(t)=V*cos(ωt+ϕ(t)+ϕ), 0≤t≤Т,
k
к
э
э
э
где ϕ(t)={о, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с суммарным моделирующим кодом MΣ(t), причем ϕ(t)=const при kτ<t<(k+1)τ и может изменяться скачком при t=kτ, т.е. на границах между элементарными посылками (к=1,2, … N-1);
э
с
1
э
τ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т (Т=τ×N),
который после усиления в усилителе 27 мощности поступает в передающую антенну 28, излучается ею в эфир, улавливается приемными антеннами 29 и 36 первого 6 и второго 35 радиоприемников и через усилители 30 и 37 высокой частоты поступает на первые входы перемножителей 31 и 32, 38 и 39.
На второй вход перемножителя 31 (38) подается опорное напряжение
0
0
c
с
с
U(t)=Vcos(ωt+ϕ), 0≤t≤Т,
с выхода узкополосных фильтров 34 (41). На выходе перемножителя 31 (38) образуется суммарное напряжение
Σ
H
k
H
c
k
c
U(t)=Vcosϕ(t)+Vcos[2ωt+ϕ(t)+2ϕ],
где
из которого фильтрами 33 (40) нижних частот выделяется низкочастотное напряжение
H
H
к
с
U(t)=Vcosϕ(t), 0≤t≤Т,
которое поступает на вход блока 8 обработки сигналов (блока 42 регистрации и анализа).
H
Низкочастотное напряжение U(t) с выхода фильтра 33 (40) нижних частот одновременно поступает на второй вход перемножителя 32 (39). На выходе последнего образуется напряжение
0
1
c
с
1
c
k
c
1
c
с
1
c
с
0
c
c
U(t)=Vcos(ωt+ϕ)+Vcos[ωt+2ϕ(t)+ϕ]=2Vcos(ωt+ϕ)=Vcos(ωt+ϕ)=Vcos(ωt+ϕ),
1
0
где ; 2V=V,
которое выделяется узкополосным фильтром 34 (41), используется в качестве опорного напряжения и подается на второй вход перемножителя 31 (38).
H
Блок 8 обработки сигналов анализирует низкочастотное напряжение U(t). Если частота пульса отклонилась от нормального значения, что свидетельствует о возникновении дремотных и просоночных состояний или нарушений сердечной деятельности водителя транспортного средства, то блок 8 обработки сигналов подает сигнал на катушку 10 поляризованного реле, с нее на катушку 11 поляризованного реле 9, которая обеспечивает включение выключателя 12 с последующим переключением якоря 14 поляризованного реле с первого контакта 15 поляризованного реле на второй контакт 16 поляризованного реле 9, размыкая цепь тока на клейме замка зажигания 13, на прерыватель - распределитель 17. В этом случае подается ток на блок 18 звуковой сигнализации и сигнальную лампу стоп-сигнала 19. В результате срабатывания предлагаемого устройства, происходит остановка транспорта с оповещением следующих за ним транспортных средств.
H
Регистрация и анализ низкочастотного напряжения U(t) в блоке 42 регистрации и анализа обеспечивают определение аварийной ситуации с водителем, номерного знака и местоположения транспортного средства, что значительно увеличивает вероятность оказания своевременной помощи водителю службой экстренной помощи.
Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение надежности передачи тревожного извещения об аварийной ситуации в службу экстренной помощи. Это достигается путем использования второго радиоприемника, установленного в службе экстренной помощи, и сложных сигналов с фазовой манипуляцией, что позволяет определять аварийную ситуацию с водителем, номерной знак и местоположение транспортного средства.
Сложные сигналы с фазовой манипуляцией обладают высокой помехоустойчивостью, энергетической и структурной скрытностью.
Энергетическая скрытность данных сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью по времени и по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный ФМн сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного ФМн сигнала отнюдь не мала, она просто распределена по масштабно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов и помех.
Структурная скрытность сложных ФМн сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменений значений параметров, что затрудняет оптимальную или квазиоптимальную обработку сложных ФМн сигналов, априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приема.
Сложные ФМн сигналы открывают новые возможности в технике передачи дискретной информации на большие расстояния. Они позволяют применять перспективный вид селекции - структурную селекцию. Это на практике означает, что появляется новая возможность разделять сигналы, действующие в одной и той же полосе частот и в одни и те же промежутки времени, что обуславливает более высокую по сравнению с прототипом надежность, а также существенно по сравнению с ним расширяет функциональные возможности заявленного устройства.