一種基于視覺誘發(fā)腦-機接口的智能家電控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種基于視覺誘發(fā)腦-機接口的智能家電控制裝置。特別是涉及一種能夠達到不需人的肢體動作僅依靠視覺和人腦電信號與外界設(shè)備進行交流的一種途徑，實現(xiàn)了一種利用腦電控制智能家電的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]一種基于視覺誘發(fā)腦-機接口的智能家電控制裝置是利用視覺刺激器誘發(fā)人腦產(chǎn)生特定的腦電信號實現(xiàn)人對外界家居環(huán)境的控制與交流的方法。這種方法對殘疾人的康復(fù)生活起到了很大的幫助，減少了醫(yī)護人員和家屬的護理工作量，幫助肢體殘疾人獨立的生活，提高他們的生活質(zhì)量和給予他們享受生活的權(quán)利。穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位(steady statevisual evoked potential，SSVEP)(刺激頻率> 8Hz)具有高信息傳輸率、較短訓(xùn)練時間和特征易于提取等優(yōu)點，且僅需要位于枕葉皮層位置少數(shù)幾個電極的信號就可提取。因此，穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位常作為人家交互系統(tǒng)的輸入信號。腦-機接口中信號的提取是十分關(guān)鍵的技術(shù)，信號的提取時是識別人腦意圖的過程，提取出的腦電信號可以實現(xiàn)對外部設(shè)備的控制，如家電、輪椅等?；谀X-機接口的智能家居技術(shù)，是在傳統(tǒng)的智能家居基礎(chǔ)上，把腦-機接口技術(shù)引入其中，為助殘和娛樂方便生活提出一種全新的解決途徑。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，提供一種利用人腦視覺誘發(fā)電位實時高效控制智能家電的裝置。
[0004]本實用新型所采用的技術(shù)方案是，一種基于視覺誘發(fā)腦-機接口的智能家電控制裝置，包括有依次串聯(lián)連接的信號采集模塊、腦電處理模塊和智能家電控制模塊，以及通過視覺刺激來使大腦產(chǎn)生視覺誘發(fā)電位信號的視覺刺激器模塊。
[0005]所述的信號采集模塊包括有與人腦部連接的頭皮電極和兩個耳電極組成的采集電極，以及與頭皮電極相連接受該頭皮電極所發(fā)出的信號的腦電放大器，及與腦電放大器相連接的腦電采集模塊，所述的腦電采集模塊的輸出端連接腦電處理模塊輸入端。
[0006]所述的采集電極由氯化銀電極組成。所述的腦電放大器包括前置放大電路、工頻陷波電路、濾波電路和后置放大電路；所述的腦電采集模塊包括A\D轉(zhuǎn)換電路。
[0007]所述的視覺刺激器模塊包括不同頻率的12組LED發(fā)光模塊，所述發(fā)光模塊由三級管驅(qū)動白色LED燈實現(xiàn)。12個不同的LED發(fā)光塊所顯示的頻率從13Hz_18.5Hz，每0.5Hz為一個單位間隔閃爍。
[0008]所述的智能家電控制模塊包括接受指令的無線模塊、控制電燈和電扇的繼電器模塊、控制電視的紅外模塊、獨立電源模塊、收音機模塊。
【附圖說明】
[0009]圖1是本實用新型的整體框圖
[0010]圖2是本實用新型腦電信號采集模塊原理框圖
[0011]圖3是本實用新型前置放大電路UlA原理圖
[0012]圖4是本實用新型前置放大電路U2A原理圖
[0013]圖5是本實用新型工頻陷波電路UlO原理圖
[0014]圖6是本實用新型濾波電路U9A原理圖
[0015]圖7是本實用新型后置放大電路U3A原理圖
[0016]圖8是本實用新型A\D轉(zhuǎn)換電路U26原理圖
[0017]圖9是本實用新型視覺刺激器模塊電路原理圖
[0018]圖10是本實用新型無線模塊P5電路原理圖
[0019]圖11是本實用新型獨立電源模塊U2電路原理圖
[0020]圖12是本實用新型收音機模塊Rl電路原理圖
[0021]圖13是本實用新型紅外模塊Il電路原理圖
[0022]圖14是本實用新型繼電器模塊Jl電路原理圖
[0023]其中:
[0024]1:信號采集模塊2:腦電處理模塊
[0025]3:視覺刺激器模塊4:智能家電控制模塊
[0026]11:采集電極12:腦電放大器
[0027]121:—級放大 UlA122:二級放大 U2A
[0028]123:陷波電路UlO124:濾波電路U9A
[0029]125:三級放大 U3A
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和實驗對本實用新型一種基于視覺誘發(fā)腦-機接口的智能家電控制裝置做出詳細說明。
[0031]如圖1所示，本實用新型一種基于視覺誘發(fā)腦-機接口的智能家電控制裝置總體框圖，包括有依次串聯(lián)連接的信號采集模塊(I)、腦電處理模塊(2)、視覺刺激器模塊(3)和智能家電控制模塊(4)。其中所述的信號采集模塊(I)主要負責(zé)采集人腦的生物電信號，并進行放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換，完成生物腦電信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。所述的腦電處理模塊(2)主要處理從信號采集模塊(I)收到的數(shù)字腦電信號，經(jīng)過處理識別出特征值并轉(zhuǎn)化為控制命令控制智能家電控制模塊(4)。
[0032]所述的信號采集模塊(I)包括與人腦部相連接的頭皮電極和耳電極構(gòu)成的采集電極(11)，與采集電極(11)相連接接收該信號的腦電放大器(12)，以及與腦電放大器(12)相連接的腦電采集模塊(13)。采集電極(11)采用氯化銀電極。
[0033]如圖2所示，所述的腦電放大器(12)包括前置放大電路(U1A、U2A)、工頻陷波電路(UlO)、濾波電路(U9A)和后置放大電路(U3A)。所述的腦電采集模塊(13)包括A\D轉(zhuǎn)換電路(U26)。所述的信號采集模塊(I)包括如下過程:腦電信號由采集電極(11)采集后進入前置放大電路(U1A、U2A)，經(jīng)過前置放大后進入工頻陷波電路(UlO)和濾波電路(U9A)，最后經(jīng)過后置放大電路(U3A)進入A\D轉(zhuǎn)換電路(U26)由生物電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。所述的腦電采集模塊(13)輸出端連接腦電信號處理模塊(2)的信號輸入端。
[0034]如圖3至圖8所示，采集到的腦電信號先經(jīng)過第一級放大電路UlA (圖3)進行初級放大，為提高共模抑制比和高輸入阻抗，核心芯片選用AD620芯片。第二級放大電路U2A (圖4)采用AD210芯片，電路起到隔離耦合作用。工頻陷波電路UlO (圖5)芯片采用專用的陷波模塊MXT050。濾波電路U9A(圖6)和后置放大器U3A(圖7)核心芯片均采用雙運放芯片TL062。A\D轉(zhuǎn)換電路U26(圖8)采用16_bit AD轉(zhuǎn)換器AD976芯片。
[0035]如圖9所示，所述的視覺刺激器模塊(3)包括顯示12個不同頻率的12組LED發(fā)光模塊，每個發(fā)光模塊的閃爍頻率固定。驅(qū)動LED燈的三極管采用S8050芯片。根據(jù)穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位的產(chǎn)生機理，頻率在13HZ-18.5Hz之間分布。為了避免相鄰LED之間的干擾，將發(fā)光塊封裝成邊長為2厘米的正方形，相鄰發(fā)光塊的之間的距離是2厘米。受試者通過注視12個頻率不同的LED發(fā)光快中的一個頻率顯示模塊來選擇相應(yīng)的控制命令。
[0036]如圖10至圖14所示，所述的智能家電控制模塊⑷中接收指令的無線模塊P5(圖10)采用的是NRF24L01模塊?？刂齐姛艉碗娚鹊牟捎美^電器模塊Jl (圖14)?？刂齐娨暤募t外模塊Il (圖13)采用CHQ1838，紅外模塊Il (圖13)在接收到無線模塊P5 (圖10)的指令后經(jīng)過譯碼發(fā)送指令控制電視的開關(guān)和瀏覽。獨立電源模塊U2(圖11)負責(zé)設(shè)備的單獨供電和各個模塊間的電壓轉(zhuǎn)換，選用的芯片是L78L05AC。收音機模塊Rl (圖12)核心采用TEA5787 芯片。
[0037]通過實驗驗證，經(jīng)過受試訓(xùn)練后本實用新型一種基于視覺誘發(fā)腦-機接口的智能家電控制裝置正確率高達100%，發(fā)送單條指令的時間平均5s以內(nèi)，最遠傳輸控制距離可達50米左右，且受試者幾乎全部都能在規(guī)定時間內(nèi)完成全套設(shè)備的觸發(fā)開關(guān)動作，實現(xiàn)了無需肢體動作僅用腦電信號實時控制家用電器的目的。本實用新型表明了基于腦-機接口的智能家電控制裝置的可行性和實用性，實時性和識別率良好，準確判斷人的意圖，具有較好的使用價值。
【主權(quán)項】
1.一種基于視覺誘發(fā)腦-機接口的智能家電控制裝置，其特征在于，包括有依次串聯(lián)連接的信號采集模塊(I)、腦電處理模塊(2)、智能家電控制模塊(4)，以及通過視覺刺激來使大腦產(chǎn)生視覺誘發(fā)電位信號的視覺刺激器模塊(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于視覺誘發(fā)腦-機接口的智能家電控制裝置，其特征在于，所屬信號采集模塊(I)包括有與人腦部連接的頭皮電極和兩個左右耳連接的參考電極組成的采集電極模塊(11)，與采集電極模塊(11)相連接收該頭皮電極所發(fā)出的信號的腦電放大器(12)，及與腦電放大器(12)相連的腦電采集模塊(13)，所述的腦電采集模塊(13)的輸出端連接腦電處理模塊(2)的信號輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于視覺誘發(fā)腦-機接口的智能家電控制裝置，其特征在于，所述的腦電放大器(12)包括前置放大電路(U1A、U2A)、工頻陷波電路(UlO)、濾波電路(U9A)和后置放大電路(U3A);所述的腦電采集模塊(13)包括A\D轉(zhuǎn)換電路(U26)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于視覺誘發(fā)腦-機接口的智能家電控制裝置，其特征在于，所述的視覺刺激器模塊(3)包括不同頻率的12組LED發(fā)光模塊，所述發(fā)光模塊由三級管(Q1-Q12)驅(qū)動LED發(fā)光模塊(D1-D12)實現(xiàn)；頻率從13Hz_18.5Hz每0.5HZ為單位間隔分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于視覺誘發(fā)腦-機接口的智能家電控制裝置，其特征在于，所述的智能家電控制模塊(4)包括接受指令的無線模塊(P5)、控制電燈和電扇的繼電器模塊(Jl)、控制電視的紅外模塊(II)、獨立電源模塊(U2)、收音機模塊(Rl)。
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于視覺誘發(fā)腦-機接口的智能家電控制裝置，所述裝置包括依次串聯(lián)連接的信號采集模塊(1)、腦電處理模塊(2)和智能家電控制模塊(4)，以及通過視覺刺激來使大腦產(chǎn)生視覺誘發(fā)信號的視覺刺激器模塊(3)。設(shè)定視覺刺激器的頻率，使12個不同的LED發(fā)光塊以不同的頻率穩(wěn)定閃爍；將一個頭皮電極放置在腦后枕區(qū)，兩個耳電極作為參考電極，并使人的視覺平行對著12個不同的LED發(fā)光快，通過頭皮電極采集腦電信號并對采集到的腦電信號進行放大和A\D轉(zhuǎn)換后進入腦電處理模塊進行數(shù)據(jù)處理；通過無線模塊將指令傳給家電設(shè)備，控制其智能動作。本實用新型不需要語言和肢體動作作為信息傳遞媒介，僅通過腦電信號就實現(xiàn)人對外界家居環(huán)境和設(shè)備的控制。
【IPC分類】G06F3-01
【公開號】CN204480175
【申請?zhí)枴緾N201420396294
【發(fā)明人】邢瀟, 趙麗, 孫永
【申請人】天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2014年7月16日