Embedded Systems · Edge Vision · Biosignal

졸음을 감지하고,
지연 없이 경고하다.

PPG 계측은 안정적인 주기로, EAR 영상 분석은 충분한 연산량으로 처리하기 위해 두 대의 Raspberry Pi를 sensing server와 analysis/alarm client로 분리한 임베디드 프로토타입입니다.

시스템 보기설계 문서코드 해설
2 × RPi 4Sensing / analysis 분산
200 Hz설계상 PPG sampling
EAR < 0.22눈 감김 판정 기준
2 s졸음 확정 지속시간

01 · Architecture

실시간 부담을 두 노드로 분리

Node A는 MCP3204 기반 PPG sampling과 BPM packet 전송에 집중합니다. Node B는 webcam EAR, file IPC, LCD·LED·buzzer 제어를 통합해 센싱 주기와 영상 처리 부하가 서로 간섭하는 위험을 줄입니다.

두 대의 Raspberry Pi 기반 PPG EAR 졸음 모니터링 전체 구조
PPG sensing server → TCP/IP → EAR analysis and alarm client
Node A

Sensing server

PPG analog front end, 12-bit ADC, HPF/LPF, peak/IBI/BPM 계산과 TCP 송신을 담당합니다.

Node B

Analysis client

USB webcam EAR 결과와 BPM packet을 읽어 LCD 상태를 갱신하고 졸음을 판단합니다.

Alarm

Non-blocking output

LED와 active buzzer를 timer 기반으로 토글해 UI·통신 경로를 불필요하게 멈추지 않습니다.

02 · Dual Signal Path

PPG는 모니터링, EAR은 판정

BPM은 사용자 상태 표시를 위한 보조 지표이고, 주 졸음 판정은 EAR이 0.22 미만으로 약 2초 지속되는 조건입니다. 이 역할 구분을 코드와 문서에 동일하게 유지했습니다.

PPG ADC 필터 peak IBI BPM 처리 파이프라인
PPG → filtered pulse → IBI/BPM
카메라 얼굴 눈 landmark EAR 졸음 판정 파이프라인
Camera → eye landmarks → EAR → closed duration
PPG formula

BPM = 60,000 / IBIms

1차 HPF와 LPF로 baseline과 고주파 잡음을 줄인 뒤 adaptive peak와 refractory 조건을 적용합니다.

EAR formula

세로 눈 거리 / 가로 눈 거리

눈을 감을 때 감소하는 기하 비율을 사용하며 순간 임계값 통과가 아닌 지속시간으로 확정합니다.

03 · Communication

동작을 연결하는 TCP·IPC

Node A는 SN-RPI-001,BPM,status packet을 TCP port 5000으로 보냅니다. EAR engine은 /tmp/ear_state.txt를 통해 C client와 상태를 공유합니다.

센싱 서버와 분석 알람 클라이언트의 TCP 동작 시퀀스
START/STOP, packet, display, and alarm sequence
Raspberry Pi GPIO SPI I2C 버튼 LED 부저 핀맵
GPIO, SPI, I²C, and USB boundaries

04 · Prototype Evidence

문서가 아니라 실제 제작물

회로, wearable sensor, Raspberry Pi, LCD, 코드·시연 화면을 실제 프로젝트 사진으로 남겼습니다. 저장소에는 구현 구조가 있으나 latency·민감도·특이도 같은 정량 검증 데이터는 없으므로 수치 성능을 주장하지 않습니다.

착용형 PPG 센서 프로토타입 Raspberry Pi 회로와 LCD 프로토타입 졸음 모니터링 코드 및 시연 화면
졸음 모니터링 프로젝트 실제 제작 사진 모음
Hardware and demonstration contact sheet
검증 축현재 근거해석
회로·배선·기구Photo evidencewearable, PPG circuit, RPi/LCD 제작 사진 포함
소프트웨어 구조Source documentedC/C++/Bash, TCP, IPC, GPIO 동작 경로 포함
정량 성능Not reported공개된 latency·민감도·특이도 표 없음
제품·안전 인증Prototype only운전자 안전장치 또는 의료기기 인증 대상 결과 아님