CC BY
43
6. Запечников, С. В. Криптографические протоколы и их применение в финансовой и коммерческой деятельности / С. В. За-печников. - М.: Горячая линия-Телеком, 2007. - 320 с.
7. Hankerson, D. Guide to Elliptic Curve Cryptography / D. Hankerson, A. Menezes, S. Vanstone. - Springer-Verlag, 2004. - 358 p.
8. Болотов, А. А. Элементарное введение в эллиптическую криптографию: Алгебраические и алгоритмические основы [Текст] / А. А. Болотов, С. Б. Гашков, А. Б. Фролов. - М.: КомКнига, 2006. - 328 с.
9. Болотов, А. А. Элементарное введение в эллиптическую криптографию: Протоколы криптографии на эллиптических кривых [Текст] / А. А. Болотов, С. Б. Гашков, А. Б. Фролов. - М.: КомКнига, 2006. - 280 с.
10. Василенко, О. Н. Теоретико-числовые алгоритмы в криптографии / О. Н. Василенко. - М.: МЦНМО, 2003. - 328 с.
11. Ростовцев, А. Г. Теоретическая криптография [Текст] / А. Г. Ростовцев, Е. Б. Маховенко. - М.: Профессионал, 2005. - 490 с.
12. An Elliptic Curve Cryptography (ECC). Primer why ECC is the next generation of public key cryptography. The Certicom ‘Catch the Curve’ White Paper Series, June 2004. - 24 с.
13. AVISPA. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.avispa-project.org/.
14. Security Protocol Animator. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.irisa.fr/celtique/genet/span/.
-----------------□ □--------------------
В статті описано алгоритм розробки програмно-апаратного комплексу визначення рівня емоційного напруження людини на основі даних шкірно-гальванічної реакції. В роботі реалізовано систему реєстрації динаміки змін шкірно-гальванічної реакції та аналізу даних з метою дослідження емоційного стану людини у відповідь на різні подразники Ключові слова: емоційний стан, програмно-апаратний комплекс, шкірно-гальванічна реакція, NILabVIEW, NIELVIS
□---------------------------------□
В статье описан алгоритм разработки программно-аппаратного комплекса определения уровня эмоционального напряжения человека на основе данных кожно-гальванической реакции. В работе реализована система регистрации изменений кожно-гальванической реакции и анализа данных с целью исследования эмоционального состояния человека в ответ на раздражители разного вида
Ключевые слова: эмоциональное состояние, программно-аппаратный комплекс, кожно-гальваническая реакція, NI LabVIEW, NI ELVIS
-----------------□ □--------------------
УДК 621.37
ПРОГРАМНО-АПАРАТНИЙ КОМПЛЕКС АНАЛІЗУ ЕМОЦІЙНОГО СТАНУ ЛЮДИНИ НА ОСНОВІ ШКІРНО-ГАЛЬВАНІЧНОЇ
РЕАКЦІЇ
О. Г. Кисел ьова
Кандидат технічних наук, доцент* Е-mail: olga.mmif@gmail.com Т. В. Сорока*
Е-mail: Graisie@meta.ua *Кафедра біобезпеки і відновної біоінженерії Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056
1. Вступ
Перенапруга, важка робота, навчання та багато інших факторів викликають сильний стрес, який є причиною багатьох хвороб.
Дослідження зміни електричних властивостей шкіри при емоційній напрузі почалося ще у ХІХ столітті. Беручи за основу припущення Р. І. Тарханова [1] про те, що секреторна активність потових залоз впливає на електричний потенціал шкіри, на сьогоднішній день досліджується залежність динаміки шкірно-гальванічної реакції (ШГР) від таких факторів, як вагітність, розвиток ракової пухлини та ін.
Визначення шкірно-гальванічної реакції можливе двома способами:
• використовуючи зовнішній струм (метод Фере). В такому разі вимірюється опір шкіри [1];
• без використання зовнішнього струму (метод Тарханова). В такому разі вимірюються безпосередньо електричні потенціали шкіри [1].
Шкірно-гальванічна реакція може реєструватися з будь-якої ділянки тіла, але зазвичай використовуються пальці або кисті рук чи стопи [2].
Провідність шкіри залежить від кількості поту на ділянці, де прикріплені електроди. Деякі досліди використовують дану закономірність для діагностики
© О.
судомоторної дисфункції, інші - для попередження епілептичного припадку: спітнілі руки можуть бути попередженням про це.
Шкірно-гальванічна реакція є об’єктивним показником стану людини, оскільки не залежить від суб’єктивних відчуттів досліджуваного [3].
Стрес є адаптивним механізмом організму, але вимагає значних емоційних затрат. Часте психоемоційне збудження може мати такі наслідки, як ішемічна хвороба серця, артеріальна гіпертензія, а постійні розлади нервової системи можуть призводити до проблем шлунково-кишкового тракту. До психоемоційних наслідків стресу можна віднести депресію, «синдром хронічної втоми», неврози, зокрема, істерію та психостенію [4].
Навчання у вищому навчальному закладі є стресом для багатьох студентів, враховуючи проблеми з фінансами, самостійне забезпечення себе всім необхідним, велику кількість нової інформації.
Особливо напружений період відмічається під час сесії. Напруження, яке відмічається під час всього атестаційного періоду, може призвести до погіршення стану здоров’я [5]. Саме тому, моніторинг емоційного стану студентів є важливою складовою їх успішності.
2. Мета дослідження
Метою роботи є створення програмно-апаратного комплексу для реєстрації динаміки шкірно-гальванічної реакції та розробка системи аналізу отриманих даних.
3. Опис апаратної частини вимірювального комплексу
Структурна схема апаратної частини вимірювального комплексу представлена на рис. 1. В якості джерела напруги використовуються входи лабораторного вимірювального стенду NI ELVIS II: ±15 V [6]. Стенд NI ELVIS II в даній роботі використовується як ЦАП/ АЦП.
Для реєстрації сигналу клеми приладу приєднуються до входу AO лабораторного стенду.
ставляють собою електроди, закріплюються на руці пацієнта. Потенціометр R3 призначено для встановлення сили струму через руку людини. Транзистор Q1 виступає в ролі підсилювача [7]. Клеми з двох сторін резистору R9 підключаються до входів А0 вимірювального стенду NI ELVIS II для реєстрації сигналу.
Рис. 2. Принципова схема приладу реєстрації динаміки шкірно-гальванічної
реакції
У розробленому приладі використано транзистор Q1 моделі МП39.
Клеми К1 та К2 бажано закріплювати в місцях великого скупчення потових залоз. Такими є долоні, лоб або стопи.
Реальний вигляд зібраної електричної схеми приладу та ЇЇ підключення до лабораторного стенду NI ELVIS II зображено на рис. 3.
Рис. 1. Структурна схема апаратної частини вимірювального комплексу
За прототип розробленого приладу реєстрації динаміки шкірно-гальванічної реакції взято схему, що представлено на рис. 2. Клеми К1 та К2, що пред-
Рис. 3. Лабораторний стенд реєстрації динаміки шкірно-гальванічної реакції
4. Опис програмної частини системи
Реалізація програмної частини системи аналізу шкірно-гальванічної реакції розроблено у середовищі розробки лабораторних віртуальних приладів N1 Lab-VIEW [8].
Е
Рис. 4. Схема алгоритму роботи модуля зчитування даних з NI ELVIS II
Початок
Зчитування даних з файлу Spreadsheet
IT
0 і рима і н маси к значень сигналу
1 файлу
Доки
Програмна частина складається із двох модулів. У першому модулі (рис. 4) реалізовано зчитування даних з входу АО вимірювального стенду NI ELVIS II.
Запис сигналу відбувається до натиснення на кнопку «Stop». Тип даних сигналу, що надходить зі стенду у комп'ютер, є Dinamic data, тому для зручності подальшої роботи з ним, варто конвертувати сигнал у системі NI LabVIEW в тип Waveform. Для того, щоб знати час кожного відліку, достатньо записати час початку запису сигналу, кожен наступний відлік реєструється через 0,1 секунду. Таким чином, кожен i-й відлік можна визначити як:
а = ^+0,1-і, [сек]
З сигналу виділяються такі компоненти: ^ - початок запису сигналу, <к - час між двома послідовними відліками сигналу та У - масив амплітуд (значення різниці потенціалів) у вольтах.
Для того, щоб записати дані в файл, потрібно переформатувати їх
у тип даних системи NI LabVIEW Spreadsheet.
Другий модуль (рис. 5) реалізує в NI LabVIEW алгоритм фільтрації сигналу від шуму та його обробку. Оскільки дані з файлу надходять у вигляді ряду, то кожне значення конвертується в дійсне число. Для фільтраціЇ використовується фільтр Бат-терворда низьких частот з нижньою частотою зрізу у 8 Гц і верхньою у 10 Гц. Далі, кожен елемент отриманого масиву порівнюється з першим значенням, яке прийнято за значення пацієнта у стані спокою.
5. Опис інтерфейсу користувача системи аналізу ШГР
Графічний інтерфейс користувача розробленої системи аналізу шкірно-гальванічної реакції людини (рис. 6) містить такі компоненти як графічне та аналітичне відображення шкірно-гальванічної реакції, можливість запису у файл та значення поточної
різниці потенціалів у емоційному стані.
N. файлу ті
Конвертувати елемент в дійсне число
Відфільтрувати сигнал фільтром Ьаттерворда
Кінець
Рис. 5. Схема алгоритму роботи модуля фільтрації і обробки сигналу в середовищі
N1 LabVIEW
2о|-
Показники «Незначне хвилювання», «Значне хвилювання», «Високий рівень емоційності», «Надвисокий рівень емоційності» відображають стан поточного значення ШГР у порівнянні з нормою (рис. 6).
Для запису сигналу необхідно перевірити коректність роботи NI ELVIS II, елементів схеми, увімкнення схеми приладу. Після цього запустити запис
сигналу. На графіку відображатиметься сигнал, а саме графік зміни електричних потенціалів шкіри. При завершенні запису сигналу потрібно натиснути кнопку «Stop». Після цього відкривається вікно, в якому необхідно вказати ім'я файлу для запису сигналу. Файл-звіт може мати такі формати як *.txt або *.exl.
6. Висновки
Розроблений програмно-апаратний комплекс визначення та аналізу шкірно-гальванічної реакції людини може застосовуватися для дослідження зміни емоційного стану людини у відповідь на різні подразники, для моніторингу стану пацієнту протягом різних впливів, наприклад, різних видів терапії. Подальший розвиток дослідження полягає у розробці алгоритмів аналізу емоційних станів на основі вдосконалення комплексу додатковими видами моніторингу, такими як реєстрація пульсової хвилі, частоти дихання тощо.
Рис. 6. Графічний інтерфейс системи аналізу шкірно-гальванічної реакції
Література
1. Кожногальваническая реакция в биометрии [Електронний ресурс]/ АНО “Абашин.ру”. - Режим доступу: http://www.abashin. ru/conferences/biometric/Vaseev.pdf - загол. з екрану.
2. Вегетативная нервная система [Електронний ресурс]/ издательский дом «Питер» - Режим доступу: http://www.piter.com/up-load/contents/978591180960/978591180960_p.pdf - загол. з екрану.
3. How to Measure Galvanic Skin Response [Електронний ресурс]/ wikiHow - Режим доступу: http://www.wikihow.com/Measure-Galvanic-Skin-Response - загол. з екрану.
4. Стрес (медицина) [Електронний ресурс]/ Матеріал із вікіпедії - вільної енциклопедії - Режим доступу: http://uk.wikipe-dia.org/wiki/ D0%A1%D1%82%D1%80%D0%B5%D1%81_(%D0%BC%D0%B5%D0%B4%D0%B8%D1%86%D0%B8%D0%B-D%D0%B0) - загол. з екрану.
5. Мельников, В. И. Экзаменационный стресс студентов и основные методы его оптимизации [Текст] /В. И.Мельников// Психология. Историко-критические обзоры и современные исследования. - 2012 - №1 - с.45 - 60
6. NI ELVIS II, NI ELVIS II+ [Електронний ресурс]/ National Instruments - Режим доступу: http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/ lang/ru/nid/13137 - загол. з екрану.
7. Прибор для определения эмоционального состояния [Електронний ресурс]/ полезные самоделки - Режим доступу: http:// www.freeseller.ru/aelsam/medelektronika/2505-pribor-dlja-opredelenija-jemocionalnogo.html - загол. з екрану.
8. LabVIEW System Design Software [Електронний ресурс]/ National Instruments - Режим доступу: http://sine.ni.com/np/app/ main/p/docid/nav-104/lang/ru/ - загол. з екрану.
9. Электрическое сопротивление кожи как индикатор психофизиологического состояния человека [Електронний ресурс]/ Контроль функциональной безопасности - Режим доступу: http://skfb.ru/p111aa1.html.
10. How to Measure Galvanic Skin Response [Електронний ресурс]/ wikiHow - Режим доступу: http://www.wikihow.com/Measure-Galvanic-Skin-Response - загол. з екрану.
11. A Stress Sensor Based on Galvanic Skin Response (GSR) Controlled by ZigBee [Електронний ресурс]/ US National Library of Medicine - Режим доступу: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3386730/ - загол. з екрану.
12. GSR EDA GALVANIC SKIN RESPONSE AMPLIFIER - GSR100C [Електронний ресурс]/ BIOPAC - Режим доступу: http:// www.biopac.com/gsr-eda-galvanic-skin-response-amplifier-electrodermal-activity - загол. з екрану.
13. Galvanic Skin Response Correlates of Different Modes of Experiencing [Електронний ресурс]/ The Gendlin Online Library - Режим доступу: http://www.biopac.com/gsr-eda-galvanic-skin-response-amplifier-electrodermal-activity - загол. з екрану.
14. Skin Resistance and Galvanic Skin Response [Електронний ресурс]/ JAMA Psychiatry - Режим доступу: http://archpsyc.jaman-etwork.com/article.aspx?articleid=488197 - загол. з екрану.
E
