一种基于P300电位的脑控轮椅的制作方法

本实用新型涉及一种基于P300电位的脑控轮椅，属于脑机接口技术领域。

背景技术：

脑机接口（Brain-computer Interface，BCI），是建立在人的大脑与计算机之间的交流通道，在一定程度上对人的简单思维的解读，并将其转换为外部控制命令。脑机接口就相当于一座链接“脑”和“机”的桥梁。通过采集脑电特征把脑活动的生物信号转化为电信号，通过脑机接口技术，用户可以直接通过大脑思维与外界进行交流与控制。同时，脑机接口也被认为是一种交互方式，如同键盘、鼠标、遥控器一样。区别在于，常见的交互方式是用手来完成的，而脑机接口是通过大脑来完成的，目前BCI已经成为国际前沿研究热点。

P300电位属于由小概率事件诱发产生的事件相关电位，因对应与事件发生后的约300毫秒处脑电信号中的正电位而得名。P300电位幅值在颅顶极点最大，随着记录点往中间和正面移动逐渐递减。产生清楚的诱发电位要满足四个条件:有一个随机出现的刺激序列；必须有一个分类规则把一系列的事件分成两类；用户的任务必须使用这个规则；其中一类事件不经常发生。使用满足这四个条件的实验范式，P300电位在许多研究中被用来作为BCI系统的基础。曾经，有人运用P300来构建了基于脑机接口的英文打字系统，该系统可以打出26个英语字母和十个数字，还实现了测谎，浏览器浏览等操作。脑控轮椅是一种基于脑机接口技术的新型智能轮椅，它与普通轮椅的不同之处在于它的行驶是由大脑控制的，它只需要大脑来运动，就能控制轮椅的方向和速度。

现有的脑控轮椅利用运动想象来控制轮椅，只能进行简单的转向和匀速运动，当遇到障碍时只能进行停止运动，并不能后退，只靠简单的转向并不能解决这些问题；利用SSVEP视觉诱发电位来控制轮椅，用户在采集脑电信号时，需要注视不同频率的闪烁刺激，这样容易造成用户眼疲劳。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：本发明克服了现有脑控轮椅的不足，利用P300电位能更容易、准确的提取到用户的思维，降低用户眼疲劳，给那些思维正常但运动不方便、重症瘫痪的残疾人提供一种代步工具，来辅助他们的生活。

本实用新型的技术方案是：

基于P300电位的脑控轮椅，其特征在于：包括显示界面、脑电信号采集装置、脑电信号处理模块、自动导航模块、复位模块、时钟模块和电动轮椅，分别与单片机1连接；

所述脑电信号采集装置为无线脑电帽，用于采集用户的脑电信号；

所述脑电信号预处理模块用于对采集到的脑电信号进行滤波放大处理，再转换为数字信号后进行特征提取和分类；

所述自动导航模块包括GPS接收器、GSM通信模块、电子地图、显示器、语音器模块和存储模块，分别与单片机2连接，用于导航和语音播报；

所述复位模块用于系统异常时的复位；

所述时钟模块用于驱动单片机1正常工作。

所述语音器模块包括电阻R6、蜂鸣器SPEAKER和三极管Q3，三极管Q3B极通过电阻R6与单片机2的P2.1连接、E极与系统VCC连接、C极与蜂鸣器SPEAKER连接；

所述存储模块为24C02芯片，24C02的1脚、2脚、3脚、4脚和7脚分别与GND连接，5脚和6脚分别与单片机2的P2.2和P2.3连接，8脚与系统VCC连接。

所述电动轮椅通过电机驱动模块来实现运动，所述电机驱动模块采用L293D芯片驱动轮椅电机P1、P2，L293D芯片的2脚、7脚、10脚和15脚分别与单片机1的P3.0、P3.1、P3.2和P3.3连接，4脚、5脚、12脚和13脚分别与GND连接，16脚与系统VCC连接，8脚接入7.2伏电压，1脚和电阻R4串联后再接单片机1的P3.4，9脚和电阻（R5）串联后再接单片机1的P3.5，3脚和6脚分别与轮椅电机1P1连接、11脚和14脚分别与轮椅电机2P2连接。

所述复位模块与单片机1连接，包括开关S1、电阻R7、R8和电容C4，开关S1一端与电阻R8串联后与电容C4并联最后与单片机1的复位引脚RST连接，另一端与系统VCC连接；电阻R7一端与单片机1的复位引脚连接，另一端与系统GND连接。

所述时钟模块与单片机1连接，包括晶振Y1和电容C2、C3，电容C2、C3一端通过晶振Y1的两脚与单片机1的XTAL1、XTAL2引脚相连，另一端共地。

所述电动轮椅的靠椅上设有滚动按摩器。

本实用新型的工作过程：

用户在使用轮椅之前，首先佩戴脑电信号采集装置即无线脑电帽。当用户想选择自动导航功能时，用户通过想象来产生一个目的地,此时的脑电信号被无线脑电帽采集后经过脑电信号处理模块进行滤波、放大、特征提取和分类处理，脑电信号处理模块将处理好的脑电信号通过无线发送给自动导航模块，自动导航模块根据脑电信息指令进行定位，然后将位置信息通过无线发送给单片机1，单片机1根据实时的位置信息通过无线来控制电动轮椅持续工作，从而实现自动导航；当自动导航有位置偏差或用户想自己控制轮椅时，用户可以通过用眼睛盯着电动轮椅上的P300刺激显示界面上相应的功能图标，当眼睛盯着功能图标所在的行和列各闪烁一次后就会激发大脑产生P300电位，脑电信号经过同样的采集和处理之后发送给单片机1，单片机1根据脑电信号指令通过无线来控制电动轮椅上相应的设备，当单片机1通过脑电信号检测到用户处于疲劳状态时就控制电动轮椅上的滚动按摩器启动，来对用户的颈部进行滚动式按摩。

本实用新型的有益效果：本实用新型基于P300电位的脑控轮椅，利用P300电位能更容易、准确的提取到用户的思维，利用直视显示界面产生的信号来控制轮椅，不需要多模式来控制轮椅，同时降低用户眼疲劳及身体疲劳。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的脑电采集装置示意图；

图3是本实用新型的自动导航模块框图；

图4是本实用新型的语音器模块原理图；

图5是本实用新型的存储模块原理图；

图6是本实用新型的电机驱动模块原理图；

图7是本实用新型的复位模块原理图；

图8是本实用新型的时钟模块原理图；

图9是本实用新型的刺激显示界面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步说明。

实施例1：如图所示，一种基于P300电位的脑控轮椅，其特征在于：包括显示界面、脑电信号采集装置、脑电信号处理模块、自动导航模块、复位模块、时钟模块和电动轮椅，分别与单片机1连接；

所述脑电信号采集装置为无线脑电帽，用于采集用户的脑电信号；

所述脑电信号预处理模块用于对采集到的脑电信号进行滤波放大处理，再转换为数字信号后进行特征提取和分类；

所述自动导航模块包括GPS接收器、GSM通信模块、电子地图、显示器、语音器模块和存储模块，分别与单片机2连接，用于导航和语音播报；

所述复位模块用于系统异常时的复位；

所述时钟模块用于驱动单片机1正常工作；

所述电动轮椅可以实现左转、右转、前进、后退、加速前进、减速前进、加速后退和减速后退。

实施例2：如图2所示，使用时，用户佩戴无线脑电帽，将左侧耳夹夹在耳垂上，打开右侧的开关按钮4。无线脑电帽前端装有电极2、左侧设有无线接收器1、右侧内部设有充电插口3。

图4中语音器模块包括电阻R6、蜂鸣器SPEAKER和三极管Q3，三极管Q3B极通过电阻R6与单片机2的P2.1连接、E极与系统VCC连接、C极与蜂鸣器SPEAKER连接；

图5中存储模块为24C02芯片，24C02的1脚、2脚、3脚、4脚和7脚分别与GND连接，5脚和6脚分别与单片机2的P2.2和P2.3连接，8脚与系统VCC连接。

GPS接收器和GSM通信模块接收和发送电动轮椅实时的地理位置给单片机2，单片机2通过将实时的地理位置与离线地图进行匹配，然后通过显示模块将地理位置显示出来，并将位置信息通过无线发送给单片机1来进行自动导航，当需要转弯或前方有障碍物时，语音器模块会以语音播报的方式提前自动提示，存储模块具有存储电动轮椅之前走过路线的功能，如果按原路返回则不需要再次设定路线。

图6中电机驱动模块采用L293D芯片驱动轮椅电机P1、P2，L293D芯片的2脚、7脚、10脚和15脚分别与单片机1的P3.0、P3.1、P3.2和P3.3连接，4脚、5脚、12脚和13脚分别与GND连接，16脚与系统VCC连接，8脚接入7.2伏电压，1脚和电阻R4串联后再接单片机1的P3.4，9脚和电阻R5串联后再接单片机1的P3.5，3脚和6脚分别与轮椅电机1P1连接、11脚和14脚分别与轮椅电机2P2连接。

单片机1通过电机驱动模块来对轮椅电机进行驱动，进而使轮椅电机1和轮椅电机2工作。

图7中复位模块包括开关S1、电阻R7、R8和电容C4，开关S1一端与电阻R8串联后与电容C4并联最后与单片机1的复位引脚RST连接，另一端与系统VCC连接；电阻R7一端与单片机1的复位引脚连接，另一端与系统GND连接。当使用者发现系统工作发生异常时，可以通过按复位按钮来使系统退出所有工作状态，电动轮椅处于静止状态。

图8中时钟模块包括晶振Y1和电容C2、C3，电容C2、C3一端通过晶振Y1的两脚与单片机1的XTAL1、XTAL2引脚相连，另一端共地。时钟模块用来驱动单片机1正常工作。

图9中刺激显示界面由9个图标组成，包括左转、右转、前进、后退、加速前进、减速前进、加速后退 、减速后退和开始，所有图标排列成3*3的矩阵界面。图标闪烁时间代表轮椅移动时间，最长不超过200秒，使用者控制电动轮椅时，用眼睛盯着刺激显示界面上相应的功能图标，直到这个功能图标所在的行和列都闪烁一次。

上面结合附图对本实用新型的具体实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。