一種提醒裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種智能穿戴裝置，特別是一種基于頭部生物電信號采集和頭部動作姿態傳感的具有提醒用戶精神狀態和頭部姿態功能的裝置。本實用新型通過生物電信號采集模塊和運動姿態傳感模塊采集用戶的腦電信號、眼電信號、肌電信號和頭部動作姿態信號，并用于分析用戶的精神狀態和頭部姿態。本實用新型所述裝置在檢測到用戶精神狀態不佳或頭部姿態不當時，通過觸發提醒模塊動作，可提醒疲勞駕駛的司機注意休息或提醒自習的學生改正頭部姿態和不良坐姿等。
【專利說明】
一種提醒裝置
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]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。
[0018]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。
[0019]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】
[0020]圖1:國際腦電圖學會標定的10?20電極導聯定位標準。
[0021]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。
[0022]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。
[0023]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】
[0024]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。
[0025]實施例一:
[0026]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(6冊)，011為參考電極(1^0。
[0027]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008連接。
[0028]本實施例中，電源模塊004有多種實現方式:首先，電源模塊可以是可充電紐扣鋰電池和USB充電電路，可以方便地通過USB線連接電腦或者車載充電器等進行充電；其次，電源模塊004可以是可更換的電池，電源電量不足時直接更換電池，方便快捷;第三，電源模塊004還可以是可充電紐扣鋰電池和染料敏化型光伏發電模塊的組合，通過所述染料敏化型光伏發電模塊持續對所述可充電紐扣鋰電池進行充電，可以保證電源的供電。
[0029]本實施例中，頭環主機002內側采用貼合用戶頭部的曲面設計，在頭環主機的內側設置有三個電極，分別為探查電極009，地電極010，參考電極011。
[0030]本實施例中，頭帶001為寬松緊帶，用戶佩戴時可以輕松拉開，佩戴后頭帶001收縮使電極009、010、011可以有效和用戶前額接觸。
[0031]本實施例中，生物電信號預處理模塊006從探測電極009、參考電極011、地電極010獲取用戶前額的原始生物電信號，進行差分放大、濾波、AD轉換等預處理后送入CPU 007，CPU 007對數字化的生物電信號再次處理計算后判斷是否觸發提醒模塊008動作。
[0032]本實施例中，所述生物電信號包括腦電信號(EEG)、肌電信號(EMG)、眼電信號(E0G)，所述腦電信號包括用戶的專注度與放松度;所述肌電信號包括用戶的皺眉、咬牙等特征面部動作產生的特征肌電信號;所述眼電信號包括水平眼動、眨眼等。其中所述專注度與放松度信號可以用于用戶精神狀態的評估。所述皺眉、咬牙等面部肌電信號，可以分別用于觸發和/或關閉提醒模塊008動作。所述水平眼動、眨眼頻率和閉眼時間長短等眼電信號，可以評估用戶的精神狀態。
[0033]本實施例中，提醒模塊008為振動器或發聲器，受CPU007控制。CPU 007判斷是否觸發或關閉提醒模塊008動作的信號包括上述的腦電信號(EEG)、肌電信號(EMG)和眼電信號(EOG)以及它們的組合。觸發提醒模塊008動作的模式，除了微處理器通過上述信號判斷出用戶的疲勞狀態或不恰當的頭部姿態外，還有用戶通過特定動作主動激發的方式，比如通過咬牙或連續眨眼等觸發提醒模塊動作。
[0034]本實施例中，電極采用親和皮膚的導電材料，具有優秀的舒適性和傳感效率，電極的擺放采用Fpl處布置探測電極009，Fp2的兩側布置地電極010和參考電極011的方式，其中地電極010，可以有效抑制共模干擾，通過差分探測電極009與參考電極011得到腦電信號(EEG)，眼電信號(EOG)，面部肌電信號(EMG)。
[0035]本實施例中，生物電信號預處理模塊006，接收來自電極的包含腦電、肌電、眼電等多種信號的生物電信號，通過差分放大、濾波、去除工頻干擾等預處理得到載有腦電信號(EEG)、面部肌電信號(EMG)、眼電信號(EOG)的可用波形信號，并最終通過處理和計算此可用的波形信號來判斷是否觸發提醒模塊008動作。
[0036]實施例二:
[0037]圖3所示為實施例二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，本實施例在實施例一的基礎上增加了九軸傳感器模塊005。
[0038]本實施例中，CPU007分別與電源模塊004、九軸傳感器模塊005、生物電信號預處理模塊006、提醒模塊008連接。
[0039]本實施例中，所述九軸傳感器模塊005包含三軸陀螺儀、三軸加速度計和三軸磁力
i+o
[0040]本實施例中，九軸傳感器模塊005監測用戶頭部的運動狀態和姿態，并通過CPU007對九軸傳感器所測得的數據進行處理并判斷是否觸發和/或關閉提醒模塊008動作。
[0041]本實施例中，提醒模塊008為振動器或發聲器，受CPU007控制。CPU 007判斷是否觸發或關閉提醒模塊008動作的信號包括上述的腦電信號(EEG)、肌電信號(EMG)、眼電信號(EOG)和頭部動作姿態信號以及它們的組合。觸發提醒模塊008動作的模式，除了微處理器通過上述信號判斷出用戶的疲勞狀態或不恰當的頭部姿態外，還有用戶通過特定動作主動激發的方式，比如通過咬牙或連續搖頭等觸發提醒模塊動作。
[0042]本實施例中，通過九軸傳感器005傳感用戶頭部的運動狀態、姿態等信息，并將此信息經過CPU 007處理計算后用于判斷是否觸發或關閉提醒模塊008動作。
[0043]實施例三:
[0044]如圖3所示為本實施例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，圖中201為耳機頭帶，202為右耳喇叭，203為主機，204為右耳海綿套，205為左耳海綿套，206為探測電極，207為參考電極，208為地電極。其中主機203中包含電源模塊，九軸傳感器模塊，生物電信號預處理模塊，微處理器，提醒模塊和左耳喇叭。
[0045]本實施例在傳感和提醒模塊上與實施例一的電氣結構和原理是一致的，不同點在于，電路方面，本實施例多了一套傳統的耳機電路。電極位置方面，探查電極206從耳機頭帶201引到用戶前額，參考電極207和地電極208固定在左耳海綿套205上，用戶佩戴時可以有效地壓在用戶耳部周圍的皮膚上。
[0046]上述實施例僅為本發明所述的一種精神狀態和頭部姿態提醒裝置的部分優選實施方式，任何本領域技術人員，都可以在不付出創造性勞動的情況下，在本發明公開的范圍內得到其它的實施方式，因此，上述實施例并不對本發明的保護范圍形成限制，本發明的實際保護范圍應該以權力要求書為準。
【主權項】
1.一種精神狀態提醒裝置，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； 其中，所述CPU、生物電信號傳感模塊、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； 其中，CPU接收和計算所述生物電信號傳感模塊的數據并判斷是否觸發和關閉提醒模塊動作。2.根據權利要求1所述的一種精神狀態提醒裝置，其特征為，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； 所述電極包括探測電極、參考電極和地電極，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，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，所述生物電信號預處理模塊對所述探測電極和參考電極之間的信號進行差分放大、濾波以及AD轉換。3.根據權利要求2所述的一種精神狀態提醒裝置，其特征為，所述可穿戴載體為頭環，所述頭環上的探測電極位于用戶前額，所述參考電極和地電極分別分布在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。4.根據權利要求2所述的一種精神狀態提醒裝置，其特征為，所述可穿戴載體為頭戴式耳機，所述探測電極從耳機頭帶引到用戶前額、所述參考電極、地電極分別分布在耳機一側的海綿套上。5.根據權利要求1、2、3或4所述的一種精神狀態提醒裝置，其特征為，所述提醒模塊包括震動器和/或發聲器。6.根據權利要求1、2、3或4所述的一種精神狀態提醒裝置，其特征為，所述電源模塊為可充電電池與USB充電電路的組合或為可充電電池與發電模塊的組合或為可更換電池； 其中所述發電模塊包括光伏發電模塊和/或溫差發電模塊。7.—種精神狀態和頭部動作姿態提醒裝置，包括權利要求1?6中任意一項所述的一種精神狀態提醒裝置，其特征在于，所述的精神狀態和頭部動作姿態提醒裝置中還設置有動作姿態傳感模塊； 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。8.根據權利要求7所述的一種精神狀態和頭部動作姿態提醒裝置，其特征為，所述動作姿態傳感模塊為包含三軸陀螺儀和三軸加速度計的動作姿態傳感器。
【文檔編號】G08B21/24GK205625923SQ201620039066
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年1月17日
【發明人】仲佳, 魯呈虎, 錢源
【申請人】仲佳, 魯呈虎