一種提醒裝置及其方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種智能穿戴設備，特別是一種基于頭部生物電信號的具有提醒用戶精神狀態功能的裝置。
【背景技術】
[0002]在日常的快節奏的學習和工作中，人們往往無暇顧及超負荷運轉的身體處于什么樣的狀態，而身體狀態不佳的時候往往會更加容易犯錯誤，而這些錯誤往往會給自己或他人帶來意想不到的巨大損失。例如，高速公路上10.64%的車禍起因是疲勞駕駛，甚至還有越來越多的出租車司機和公交司機因為過度疲勞在開車途中猝死或昏迷。
[0003]目前已經出現了多款具有疲勞提醒功能的裝置。除了有些汽車上配備的復雜昂貴的疲勞駕駛預警系統，還有一款名為Wakeman針對駕駛員的疲勞提醒頭環。Wakeman頭環采用的主要技術是，九軸傳感器感應司機用戶是否低頭，如果檢測到用戶低頭了，就通過震動電機提醒司機抬頭看路。我們需要注意的是，司機從疲勞到注意力下降再到低頭瞌睡是一個很長的過程，而這種靠檢測到用戶低頭了才提醒的裝置，會使司機用戶在低頭瞌睡以前的注意力下降階段一直處于疲勞駕駛的危險中。
【發明內容】
[0004]針對現有技術的不足，本發明的任務是提供一種在檢測到用戶處于疲勞狀態時就發出提醒信號的一種基于頭部生物電信號的精神狀態提醒裝置，其特征包括:生物電信號傳感模塊、CPU、提醒模塊、電源模塊和可穿戴載體。
[0005]其中，所述生物電信號傳感模塊、CPU、提醒模塊和電源模塊電氣連接，并與可穿戴載體機械固定成為一體。
[0006]其中，所述CPU接收和處理來自所述生物電信號傳感模塊的信號，并經過計算處理判斷是否需要觸發和關閉提醒模塊動作。
[0007]其中，所述生物電信號傳感模塊用于采集和預處理用戶頭部的生物電信號，所述預處理包括差分放大、濾波、抑制工頻干擾、AD轉換等，其中所述AD轉換也可以在含有AD模塊的CPU中進行。
[0008]其中，所述生物電信號傳感模塊包括電極和生物電信號預處理模塊。所述電極為與人體皮膚接觸的電極，用于探測人體皮膚表面的生物電信號;優選的，所述生物電信號預處理模塊用于對電極送來的信號進行差分放大、濾波、抑制工頻干擾以及AD轉換等。
[0009]其中，所述腦電信號(EEG)，包括專注度與放松度，所述專注度與放松度為用戶大腦的專注與放松狀態反映在生物電信號上的數據;通過采集和分析用戶的腦電信號(EEG)的同時還可以獲悉所述眼電信號(EOG)和肌電信號(EMG)，即眨眼、水平眼動、咬牙、皺眉等眼部和面部動作反映出的生物電信號。
[0010]優選的，所述電極包括探測電極、參考電極和地電極。所述探測電極和參考電極連接所述生物電信號預處理模塊的信號輸入端，其中探測電極用于探測用戶的生物電信號，參考電極用于提供參考電勢;所述地電極與所述生物電信號預處理模塊的對消電路輸出端連接，用于有效抑制工頻干擾。
[0011]優選的，所述可穿戴載體可以設計為頭環，所述頭環上的探測電極的位置為用戶的前額，優選國際腦電圖學會標定的10/20電極導聯定位標準中的Fpl和Fp2中的任何一個；參考電極和地電極分別位于用戶前額遠離探測電極的一側或位于用戶的耳后乳突或通過耳夾夾在用戶的耳垂上。
[0012]優選的，所述可穿戴載體還可以設計為頭戴式耳機、帽子或頭盔等。
[0013]優選的，所述提醒模塊包括振動器和/或發聲器。所述振動器和/或所述發聲器都受所述CPU控制，由CPU根據計算出的用戶狀態或意圖決定是否觸發或停止所述振動器和/或所述發聲器動作。
[0014]優選的，所述電源模塊包括可充電電池和充電電路，優選的，所述可充電電池為鋰電池，所述充電電路為USB充電電路。
[0015]優選的，所述電源模塊為可更換電池，通過快速更換電池可以節省本發明所述裝置在線充電的時間。
[0016]優選的，所述電源模塊包括可充電電池和發電模塊，其中所述發電模塊包括光伏發電模塊和/或溫差發電模塊。其中，優選的，所述光伏發電模塊為在光線不夠充足的環境下也能高效發電的染料敏化型光伏發電模塊，使得用戶在佩戴本發明所述裝置時可以隨時充電。所述溫差發電模塊在人體表面溫度與環境溫差大的時候也可以為所述可充電電池充電。
[0017]基于上述精神狀態提醒裝置的一種精神狀態提醒方法，其特征為，包括如下步驟:
a.通過位于用戶前額的探測電極和分別位于用戶前額遠離探測電極的一側或在用戶的耳后乳突附近或通過耳夾夾在用戶耳垂上的參考電極和地電極，采集用戶頭部的生物電信號；
b.生物電信號預處理模塊對步驟a中得到的生物電信號進行放大、濾波、抑制工頻干擾等初步處理；
c.AD轉換模塊對經過步驟b處理后的信號進行AD轉換，并將數字化的信號傳給CPU進行處理；
d.CPU中的數字信號預處理模塊對AD轉換后的信號進行去基線漂移和工頻陷波；
e.CPU中的特征信號提取模塊從步驟d處理后的信號中提取腦電信號、眼電信號和肌電信號，供特征信號處理模塊處理；
f.分別對腦電信號、眼電信號和肌電信號進行處理計算并判斷用戶的精神狀態和動作意圖；
g.根據步驟f中得到的用戶精神狀態和動作意圖判斷是否觸發和關閉提醒模塊動作。
[0018]所述步驟f中的動作意圖包括的動作有面部肌肉動作和眼部動作。例如，可以將快速連續眨眼、連續水平眼動、咬牙或者皺眉等設置為啟動或提醒模塊動作，當通過對眼電信號和肌電信號進行處理和計算，檢測到用戶的上述動作時，判斷用戶的動作意圖為啟動或關閉提醒模塊動作。
[0019]本發明的另一方案是，提供一種具有精神狀態和頭部動作姿態提醒功能的裝置，其特征在于，在上述精神狀態提醒裝置的基礎上，增加動作姿態傳感模塊，所述動作姿態傳感模塊與所述CPU連接，所述CPU接收和計算所述生物電信號傳感模塊和所述動作姿態傳感模塊的數據并判斷是否觸發和關閉所述提醒模塊動作。
[0020]其中，所述動作姿態傳感模塊為包含三軸陀螺儀和三軸加速度器的動作姿態傳感器，優選的，所述動作姿態傳感模塊可以為九軸傳感器，所述九軸傳感器能夠檢測用戶的頭部姿態數據和頭部運動數據。所述頭部姿態數據和頭部運動數據，不僅可以判斷用戶的頭部姿態和動作，還可以輔助腦電信號(EEG)、眼電信號(EOG)和肌電信號(EMG)判斷用戶的精神狀態或意圖。
[0021]基于上述具有精神狀態和頭部動作姿態提醒功能的裝置的一種精神狀態和頭部動作姿態提醒方法，其特征在于，包括如下步驟:
a.通過位于用戶前額的探測電極和分別位于用戶前額遠離探測電極的一側或在用戶的耳后乳突附近或通過耳夾夾在用戶耳垂上的參考電極和地電極，采集用戶頭部的生物電信號;通過動作姿態傳感器采集用戶頭部的動作姿態信號以及位移數據；
b.生物電信號預處理模塊對步驟a中得到的生物電信號進行放大、濾波、抑制工頻干擾等初步處理；
c.AD轉換模塊對經過步驟b處理后的信號進行AD轉換，并將數字化的信號傳給CPU進行處理；
d.CPU中的數字信號預處理模塊對AD轉換后的信號進行去基線漂移和工頻陷波；
e.CPU中的特征信號提取模塊從步驟d處理后的信號中提取腦電信號、眼電信號和肌電信號，供特征信號處理模塊處理；
f.分別對腦電信號、眼電信號和肌電信號進行處理并結合頭部動作姿態信號判斷用戶的精神狀態、頭部動作姿態和用戶的動作意圖；
g.根據步驟f中得到的用戶精神狀態、頭部動作姿態和用戶的動作意圖判斷是否觸發和關閉提醒t吳塊動作。
[0022]所述步驟f中的動作意圖包括的動作有面部肌肉動作、眼部動作和頭部姿態動作。例如，可以將快速連續眨眼、連續水平眼動、咬牙、皺眉或者連續搖頭等設置為啟動或提醒模塊動作，當通過對眼電信號、肌電信號和頭部動作姿態信號進行處理和計算，檢測到用戶的上述動作時，判斷用戶的動作意圖為啟動或關閉提醒模塊動作。
[0023]本發明通過同時檢測用戶的腦電波數據、眼電數據、肌電數據，分析用戶的精神狀態，相比現有的疲勞提醒頭環產品，采用多種參數結合的方式，可以更早更準確地做出判斷，讓用戶避免在注意力不集中和半瞌睡的狀態下開車或做其它工作。本發明的另一技術方案通過檢測頭部動作姿態數據，可以更加準確快速地判斷用戶精神狀態和意圖，同時還具有姿態提醒功能，如佩戴者是學生，則可以通過姿態傳感器及時提醒其糾正歪頭、隊桌子等不當的坐姿。本發明還可以通過檢測用戶的眼電信號、肌電信號和頭部動作姿態信號來判斷用戶的意圖，可以方便地觸發和關閉提醒模塊動作。
【附圖說明】
[0024]圖1:國際腦電圖學會標定的10?20電極導聯定位標準。
[0025]圖2:本發明所述的一種精神狀態提醒裝置的一種頭環式優選實施方式基本結構圖。
[0026]圖3:本發明所述的一種精神狀態和頭部姿態提醒裝置的一種頭環式優選實施方式基本結構圖。
[0027]圖4:本發明所述的一種精神狀態和頭部姿態提醒裝置的一種耳機式優選實施方式外觀基本結構圖。
【具體實施方式】
[0028]為了使本領域技術人員能夠更加清楚地理解本發明的內容，下面結合附圖及實施例對本發明做進一步描述。在無特別說明的情況下，下述實施例所涉及的附圖中，編號一致的特征為相同或相應的技術特征。
[0029]實施例一:
圖2所示為實施例一的一種精神狀態提醒裝置的一種頭環式優選實施方式基本結構圖，其中001為頭帶，002為頭環主機，頭環主機002中的003為主機線路板，004為電源模塊，006為生物電信號預處理模塊，007為CPU，008為提醒模塊，009為探查電極，010為地電極(GND)，011為參考電極(REF)。
[0030]本實施例中，CPU007分別與電源模塊004、生物電信號預處理模塊006、提醒模塊00