УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ВОДИТЕЛЯ
DEVICE TO CONTROL DRIVER STATE

Изобретение относится к технике безопасности (охране труда) оператора транспортных средств и может быть использовано в системах автоматического контроля состояния водителей мобильных средств и управления механизмами двигателя для предотвращения аварийного состояния, а также может быть использовано для мониторинга состояния сердечно-сосудистой системы (ССС) человека для предотвращения опасных для здоровья патологий ССС.
Известно устройство для управления механизмами двигателя при возникновении дремотных и просоночных состояний оператора мобильного средства [1], содержащее электроды со средствами их крепления, блок обработки сигналов, соединенный с блоком входных сигналов транспортного средства, блок звуковой сигнализации, в котором электроды установлены с возможностью перемещения по внутренней поверхности дуги-оголовья, имеющей жестко закрепленные на ней проводники, состоящей из упругой наружной и гигиенической внутренней частей, при этом электроды электрически соединены с усилителем сигнала, жестко установленным на наружной поверхности дуги-оголовья, выход усилителя сигнала электрически соединен 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.
Недостатком конструкции является сложность устройства, что приводит к уменьшению надежности. Конструктивные элементы устройства, фиксируемые на голове водителя, имеют значительные габаритные размеры и вес, поэтому они создают неудобство при выполнении водителем основных функций.
Известно устройство для предупреждения аварийных ситуаций при нарушении сердечной деятельности или засыпании водителя [2]. Известное устройство содержит 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, причем устройство снабжено пульсомером, который предназначен для крепления 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 радиоприемником, встроенным в блок обработки сигналов.
Недостатком известного решения является то, что использование величины значения пульса в качестве критерия состояния сердечной деятельности имеет малую диагностическую значимость [3].
Общими недостатками известных устройств [1, 2] являются:
- выключение прерывателя-распределителя с помощью однократного переключения поляризованного реле может привести к резкой остановке транспортного средства и, как следствие, созданию аварийной ситуации;
- отсутствие возможности передачи тревожного извещения об аварийной ситуации (в службы экстренной помощи, родственникам и т.д.) может привести к несвоевременному оказанию медицинской помощи водителю и возникновению необратимых патологий ССС.
Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству является устройство контроля состояния здоровья [4] водителя - прототип.
Известное устройство содержит ряд датчиков физиологических и физических параметров (температуры, ЭКГ, артериального давления, пульса, уровня сахара в крови, содержания жира в тканях организма, веса водителя, движения), микрокомпьютер, приемник глобальной системы позиционирования (GPS), блок звуковой сигнализации и радиопередатчик. По данным полученных с датчиков физиологических параметров микрокомпьютером принимается решение о состоянии здоровья человека, а также о засыпании водителя, сидящего за рулем. Если обнаружено плохое состояние здоровья или засыпание водителя, срабатывает звуковая сигнализация, предупреждающая о возможности возникновения аварийной ситуации и о недопустимости дальнейшей работы, а на встроенном дисплее выводится рекомендация. Кроме того, информация об ухудшении здоровья может отправляться по радиоканалу лечащему врачу и родственникам водителя одновременно с информацией о местонахождении транспортного средства.
Достоинствами известного устройства являются:
- размещение датчиков не мешает водителю выполнять работу;
- передача тревожного извещения с указанием местонахождения водителя по радиоканалу значительно увеличивает вероятность своевременного оказания медицинской помощи.
Недостатками известного устройства являются:
- сложность конструкции, состоящей из множества датчиков и учитывающей историю болезни водителя, что уменьшает надежность работы устройства;
- размещение датчика пульса на рулевом колесе не гарантирует непрерывности измерений пульса из-за постоянного перемещения рук по рулю;
- отсутствие механизмов остановки транспортного средства ведет к возникновению аварийных ситуаций при резком ухудшении здоровья или засыпании водителя.
Известно, что с использованием метода объемной импедансометрии (электроплетизмографии, реографии) можно получать информацию о величине кровотока в сосудах человека [5]. Это дает возможность измерять величину пульса, его наполнение, диагностировать возникновение тромбозов, предынсультных состояний и других нарушений сосудистой деятельности организма человека.
Известно устройство для одновременной регистрации ЭКГ и реограммы [6] с одних электродов.
Задачей создания изобретения является уменьшение вероятности возникновения аварийных ситуаций, повышение достоверности диагностики нарушений деятельности ССС, упрощение конструкции и повышение надежности устройства для контроля состояния водителя.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для контроля состояния водителя, содержащее датчик ЭКГ, включающий 2 электрода ЭКГ, размещенных на руле транспортного средства и электрически соединенных с входами датчика ЭКГ, микрокомпьютер, приемник GPS и радиопередатчик, при этом выходы датчика ЭКГ и приемника GPS подключены к входам микрокомпьютера, а радиопередатчик подключен к выходу микрокомпьютера, согласно заявляемому техническому решению устройство дополнительно содержит датчик объемного импеданса, включающий 2 электрода РЕО, размещенных на руле транспортного средства и электрически соединенных с выходами датчика объемного импеданса, и исполнительное реле, причем электроды ЭКГ электрически соединены с входами датчика объемного импеданса, а цифровой выход датчика объемного импеданса подключен к входу микрокомпьютера, при этом выход микрокомпьютера электрически соединен с катушкой исполнительного реле, якорь которого электрически соединен с клеммой замка зажигания, первый контакт исполнительного реле электрически соединен с прерывателем-распределителем, второй контакт исполнительного реле электрически соединен с блоком звуковой сигнализации и с лампой стоп-сигнала.
Электроды ЭКГ и электроды РЕО могут представлять собой части руля, выполненные из материала с высокой электропроводностью, например из металла, или проводящего пластика, или металлического напыления.
Электроды ЭКГ и электроды РЕО могут быть выполнены в виде оплетки руля, содержащей материал с высокой электропроводностью, например металлические или углеродные нити, или ткань с металлическим или углеродным напылением.
Радиопередатчик может быть выполнен в виде передатчика широкополосной сети общего доступа, например сети сотовой связи, сети WiMAX или Wi-Fi.
Новые существенные признаки:
1. Датчик объемного импеданса, включающий 2 электрода РЕО, размещенных на руле транспортного средства.
2. Исполнительное реле.
3. Выход микрокомпьютера электрически соединен с катушкой исполнительного реле, якорь которого электрически соединен с клеммой замка зажигания, первый контакт исполнительного реле электрически соединен с прерывателем-распределителем, второй контакт исполнительного реле электрически соединен с блоком звуковой сигнализации и с лампой стоп-сигнала.
Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными позволяют получить технический результат во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Сущность изобретения поясняется функциональной схемой устройства, приведенной на фиг.1. Черным цветом условно показаны зоны размещения электродов ЭКГ Эл.1, Эл.2 и электродов РЕО Эл.3, Эл.4 на руле 1 транспортного средства.
Канал регистрации ЭКГ образован электродами ЭКГ Эл.1 и Эл.2, соединенными с входом датчика ЭКГ 2, в котором происходит усиление сигнала ЭКГ и его преобразование в цифровой вид. Выход датчика ЭКГ 2 подключен к первому входу микрокомпьютера 4.
Канал измерения объемного импеданса выполнен по тетраполярной схеме: на электроды РЕО Эл.3 и Эл.4 подается высокочастотное напряжение с выхода датчика объемного импеданса 3, а электроды ЭКГ Эл.1 и Эл.2 подключены к входу датчика объемного импеданса 3. Сигнал кровотока выделяется из сигнала, регистрируемого на электродах ЭКГ Эл.1 и Эл.2, путем фильтрации, усиления, детектирования и преобразования в цифровой вид высокочастотной составляющей этого сигнала датчиком объемного импеданса 3. Выход датчика объемного импеданса 3 подключен ко второму входу микрокомпьютера 4.
Выход микрокомпьютера 4 соединен с катушкой 5 исполнительного реле 6. Клемма замка зажигания 7 соединена с якорем 8 исполнительного реле 6. Первый контакт 9 исполнительного реле 6 соединен с прерывателем-распределителем 10. Второй контакт 11 исполнительного реле 6 соединен с блоком звуковой сигнализации 12 и с лампой стоп-сигнала 13.
Приемник GPS 14 подключен к входу микрокомпьютера 4 и служит для определения местонахождения транспортного средства. Радиопередатчик 15 подключен к выходу микрокомпьютера 4 и служит для передачи данных по радиоканалу.
Замок зажигания 7, прерыватель-распределитель 10, блок звуковой сигнализации 12 и лампа стоп-сигнала 13 являются известными стандартными узлами транспортного средства.
Устройство работает следующим образом.
В нормальном состоянии якорь 8 исполнительного реле 6 соединен с первым контактом 9, обеспечивая подачу тока с клеммы замка зажигания 7 на прерыватель-распределитель 10, разрешая работу зажигания и движение транспортного средства. В ходе движения производится постоянное определение текущего местонахождения транспортного средства с помощью приемника GPS 14.
Во время движения водитель управляет транспортным средством, охватывая ладонями рук руль 1 и размещенные на нем электроды ЭКГ Эл.1, Эл.2 и электроды РЕО Эл.3, Эл.4.
Биопотенциал работы сердца, возникающий при этом на электродах ЭКГ Эл.1 и Эл.2, выделяется с помощью датчика ЭКГ 2 и в цифровом виде подается на первый вход микрокомпьютера 4.
При воздействии на руки водителя высокочастотного напряжения, подающегося с выхода датчика объемного импеданса 3 на электроды РЕО Эл.3 и Эл.4, на электродах ЭКГ Эл.1 и Эл.2 возникает сигнал кровотока, который выделяется датчиком объемного импеданса 3 и в цифровом виде подается на второй вход микрокомпьютера 4.
Микрокомпьютер 4 анализирует полученные сигналы ЭКГ и объемного импеданса, выявляя нарушения сердечной деятельности водителя в виде аритмий или нарушений кровотока и состояние засыпания водителя по увеличению периода зубцов R-R ЭКГ (уменьшению значения пульса). Если возникло любое их этих опасных состояний, то микрокомпьютер 4 подает сигнал на катушку 5 исполнительного реле 6, что приводит к переключению якоря 8 с первого контакта 9 на второй контакт 11 и размыканию цепи тока между клеммой замка зажигания 7 и прерывателем-распределителем 10, а также к подаче тока на блок звуковой сигнализации 12 и лампу стоп-сигнала 13. Для осуществления плавной остановки транспортного средства микрокомпьютер 3 подает на катушку 5 не постоянный сигнал, а прерывистый, начиная с короткого времени выключения зажигания, а затем увеличивая его вплоть до постоянного выключения (например: выключение на 1 с - включение на 3 с - выключение на 3 с - включение на 3 с - выключение на 5 с, включение на 3 с и т.д. до полного выключения).
В результате происходит плавная остановка транспортного средства, при этом каждое выключение зажигания сопровождается звуковым и световым оповещением следующих за ним мобильных средств.
При возникновении аварийного состояния микрокомпьютер 4, кроме остановки транспортного средства, передает состояние водителя и текущие координаты с помощью радиопередатчика 15 по радиоканалу в службу экстренной помощи, родственникам и т.п.
На фиг.2 показан вариант изготовления оплетки руля 1 со встроенными электродами ЭКГ и РЕО. Электроды ЭКГ 20 и РЕО 21 выполнены в виде токопроводящих спиралей, изолированных друг от друга. В оплетке руля должны быть две таких двойных спирали, охватывающих левую и правую часть руля.
Промышленная осуществимость предлагаемого изобретения обосновывается тем, что в нем используются известные стандартные узлы по своему прямому функциональному назначению.
Положительный эффект в предлагаемом изобретении основан на схемотехническом решении, позволяющем устройству для контроля состояния водителя осуществлять регистрацию и анализ ЭКГ и объемного импеданса биотканей для выявления опасных для здоровья человека состояний, а также предотвращать аварийные ситуации путем плавной остановки транспортного средства.
Дополнительный положительный эффект в предлагаемом изобретении заключается в передаче извещения об аварийном состоянии и координатах транспортного средства по радиоканалу, что значительно увеличивает вероятность оказания своевременной помощи водителю.
Предлагаемая конструкция обладает повышенной надежностью за счет упрощения схемы путем использования датчиков только двух физиологических параметров, при этом функциональные возможности устройства не уменьшены.
Источники информации
1. Шкрабак B.C. и др. Устройство для управления механизмами двигателя при возникновении дремотных и просоночных состояний оператора мобильного средства // Патент на изобретение RU 2287440 С1, МПК B60K 28/06, приоритет от 14.03.2005.
2. Седов А.Н. и др. Устройство для предупреждения аварийных ситуаций при нарушении сердечной деятельности или засыпании водителя // Патент на пол. мод. RU 85863 U1, МПК B60K 28/06, приоритет от 13.04.2009.
3. Хэмптон Дж. Р. Основы ЭКГ: пер. с англ. - М.: Мед. лит., 2006. - С.74-107.
4. Futatsuyama K. et al. Health care support system. Заявка на патент US 2008/0228046 A1, опубл. 18.09.2008.
5. Старшов A.M., Смирнов И.В. Реография для профессионалов. Методы исследования сосудистой системы. - М.: Познавательная книга пресс, 2003. - 80 с.
6. Клыпин Д.Н., Чернышев А.К. Устройство для синхронной регистрации реограммы с электродов ЭКГ и мониторинга // Патент на пол. мод. RU 93248 U1, МПК А61В 5/0432, приоритет от 18.12.2009.