一种智能头盔的制作方法

一种智能头盔的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种智能头盔，包括头罩装置及安装于所述头罩装置上的眼罩装置、耳罩装置、按摩装置及主控装置，所述眼罩装置、耳罩装置、按摩装置均电连接到所述主控装置，主控装置的电路板上设置信号放大电路、模数转换电路、微处理器、音频节拍电路、电机驱动电路、数据传送电路及供电电路，眼罩装置检测的使用者眼电位差信号经放大、数模转换后，由微处理器计算使用者眼动参数，并根据预设参数对照表，判断使用者的睡眠状态，评估结果经数据传送电路发送至外部智能设备，并在使用者未入眠或浅睡眠时，微处理器控制音频节拍电路产生节拍声，和/或控制电机带动具有按摩头的按摩盘进行催眠。本发明可监测及改善使用者睡眠质量，适用范围较广。
【专利说明】
一种智能头盔
技术领域
[0001] 本发明涉及智能穿戴设备，尤其涉及一种改善睡眠的智能头盔，十分适合于中学 生使用。
【背景技术】
[0002] 中学生的学习压力十分大，睡眠质量不好将极大地影响其身心发育，因此有必要 对他们的睡眠质量进行监测，并研发出相应产品来改善他们的睡眠质量。
[0003] 目前市场上已有睡眠监测装置出售：一类为医用睡眠监测装置，其主要通过测量 脑电波来评估使用者的睡眠质量，由于脑电波信号极其微弱，记录脑电波时要求设备精准 性极高，由此导致产品成本高、体积大、测量不便，且使用者头顶佩戴的大量电极可能造成 不舒适而影响睡眠效果；另一类为家居睡眠监测装置，其大多为肢体佩戴式设备，其以加速 度计来获取使用者在睡眠过程中的肢体运动数据，并通过微处理器分析该数据来评估使用 者的睡眠状态，由于肢体运动与睡眠状态没有直接关系，因而容易产生睡眠质量评估效果 的误判。
[0004] 对于睡眠质量不好者，可以采取一些措施来促进其入睡。一般可以通过服用安眠 药物来维持睡眠，但安眠药会带来头晕、头痛、嗜睡、恍惚、记忆力下降等副作用，长期服用 还会产生药物依赖，一旦停药会造成失眠症状加重。此外，运用按摩的方法也可以使失眠者 陷入催眠状态，但现有按摩催眠产品多为床式或架式结构，存在体积大、结构复杂、价格较 高等问题，不太适合普通用户使用。
[0005] 上述监测睡眠和促进睡眠的产品都存在缺陷，且它们的功能没有很好地结合起 来，这大大地限制了这些产品的推广应用。目前市场上的监测睡眠和促进睡眠的产品并不 能很好地满足广大用户的需求，实际上也难以有效地改善使用者的睡眠质量。有鉴于此，有 必要对现有产品进行优化设计，推出一种受市场欢迎的改善睡眠的新产品。

【发明内容】

[0006] 针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种智能头盔，以便有效地监测及促进使 用者的睡眠质量。
[0007] 为解决以上技术问题，本发明提供一种智能头盔，包括头罩装置及安装于所述头 罩装置上的眼罩装置、耳罩装置、按摩装置及主控装置，所述眼罩装置、耳罩装置、按摩装置 均电连接到所述主控装置，所述主控装置的电路板上设置有信号放大电路、模数转换电路、 微处理器、音频节拍电路、电机驱动电路、数据传送电路及供电电路，所述信号放大电路接 入安装于所述眼罩装置上的眼电位传感器，所述信号放大电路、模数转换电路、微处理器依 次电连接，所述微处理器同时电连接所述音频节拍电路、电机驱动电路及数据传送电路，所 述音频节拍电路电连接安装于所述耳罩装置上的扬声器，所述电机驱动电路电连接安装于 所述按摩装置上的微型电机，所述供电电路为所述信号放大电路、数模转换电路、微处理 器、音频节拍电路、电机驱动电路及数据传送电路提供相应的电源;所述眼电位传感器检测 并输出的眼球活动时眼电位差信号，经所述信号放大电路放大及所述模数转换电路转换 后，由所述微处理器计算使用者眼动频率及其变化率、眼动幅度及其变化率，以便根据预设 的睡眠状态/质量-眼动参数对照表来评估使用者的睡眠状态/质量，输出的评估结果由所 述数据传送电路发送至外部智能设备;并在使用者未入眠或浅睡眠时，由所述微处理器输 出音频控制信号来控制所述音频节拍电路产生节拍声，经扬声器传入使用者耳部来进行催 目民；和/或，所述微处理器输出电机控制信号来控制所述电机驱动电路产生电机驱动信号， 来驱动所述微型电机而带动安装于所述按摩装置上的按摩盘，以便由安装于所述按摩盘上 的按摩头对使用者太阳穴进行按摩而催眠。
[0008] 与现有技术相比，本发明为一种智能头盔，其通过监测使用者的眼部活动参数来 评估使用者的睡眠状态及睡眠质量，具有较高的精度和准确度;且本发明可以采用音频节 拍及头部按摩来进行催眠，同时还结合中药来改善睡眠效果，由此兼具促进睡眠的功能。本 发明采用织物式头罩结构，其主要功能模块分别设置于眼部、耳部、太阳穴部及头顶部，其 结构较为紧凑，佩戴舒适性好。特别地，本发明各部分的结构进行了优化设计，它们采用较 为普通的元件就可以达到较为理想的性能，这使得产品成本大大降低，推广使用起来较为 容易，因而具有较好的市场前景。
【附图说明】
[0009] 图1是本发明智能头盔的物理结构示意图；
[0010] 图2是图1中头罩装置的局部剖面示意图；
[0011]图3a是图1中眼罩装置的示意图；
[0012]图3b是图1中眼罩装置的安装示意图；
[0013]图4a是图1中耳罩装置的示意图；
[0014]图4b是图1中耳罩装置的安装示意图；
[0015]图5a是图1中按摩装置的示意图；
[0016] 图5b是图1中按摩装置的安装示意图；
[0017] 图6是图1中主控装置的安装示意图；
[0018] 图7是图1所示智能头蓝的功能结构框图；
[0019] 图8是图7中信号放大电路的电路图；
[0020] 图9是图7中模数转换电路的电路图；
[0021] 图10是图7中音频节拍电路的电路图；
[0022] 图11是图7中电机驱动电路的电路图；
[0023] 图12是图7中数据传送电路的电路图；
[0024] 图13是图7中供电电路的电路图。
【具体实施方式】
[0025]为便于对本发明进行充分说明，先对睡眠状态/质量-眼动参数的关系、眼动参数 的检测原理进行简要介绍。
[0026] 现有医学研究表明，睡眠状态/质量与眼部活动参数(简称眼动参数)存在明显的 关联。眼部活动参数包括眼球活动的频率、幅度等信息，其中的眼球活动频率(简称眼动频 率)是一个主要的眼部活动参数。根据眼动频率的变化，可将睡眠周期分为非快速眼动周期 和快速眼动周期。非快速眼动睡眠又分为浅睡期、轻睡期、中睡期和深睡期4期，然后进入快 速眼动睡眠期，算是一个睡眠周期结束，而后继续启动下一个睡眠周期。
[0027]眼电位是指眼球的角膜和视网膜间产生的数十mV的电位差，眼球的运动和眨眼等 眼部动作会引起电位差变化。眼电位传感器就是测量这种电位差的器件，在测量时将测量 电极附着在眼睛的近侧，当眼睛的位置在固定参考点时眼电图的电位定义为零，眼球水平 移动时眼电位变化。利用眼电位传感器检测眼运动引起的电位变化就可以得到眼电图 (E0G)，由此提供眼睛的取向、角速度、角加速度的影响，是作为研究睡眠和视角搜查运动等 的重要手段。
[0028]本发明采用的眼电位传感器为习知的已有检测元件，鉴于篇幅限制不再对其具体 结构进行详细介绍。由于眼电位传感仅需在眼睛周围配置电极即可，因而可以象JINS MEME 眼镜那样，在不给佩戴者造成负担的情况下进行测量。这就表明，本发明采用眼电位传感器 来检测眼部活动参数，就有助于实现产品小型化，改善产品佩戴舒适性。
[0029]以下结合附图与具体实施例进行详细说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节 以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领 域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具 体实施例的限制。
[0030] 本发明的智能头盔采用织物式头罩结构，主要功能模块设置于眼部、耳部、太阳穴 部及头顶部，其可通过监测使用者的眼部活动参数来评估使用者的睡眠状态及睡眠质量， 同时采用音频节拍及头部按摩来进行催眠，并结合中药来改善睡眠效果，以下结合图1~图 13给出的具体实施例来进行详细说明。
[0031] 参见图1~图6,示出本发明智能头蓝的产品示意图，其中：图1是本发明智能头蓝 的物理结构示意图；图2是图1中头罩装置的局部剖面示意图；图3b是图1中眼罩装置的安装 示意图；图4a是图1中耳罩装置的示意图；图4b是图1中耳罩装置的安装示意图；图5a是图1 中按摩装置的示意图；图5b是图1中按摩装置的安装示意图；图6是图1中主控装置的安装示 意图。
[0032] 如图丨~图6所示，该智能头盔100由头罩装置110、眼罩装置 130、耳罩装置150、按 摩装置140及主控装置120等部分组成，其中眼罩装置130、耳罩装置150、按摩装置140均电 连接到主控装置120(为简便起见，图1~图6省略了眼罩装置130、耳罩装置150、按摩装置 140与主控装置120进行电连接的的电源/数据线，本领域技术人员可以容易地布置这些连 线的走向，不再赘述）。
[0033] 上述智能头盔100各部分的主要功能为：头罩装置110为眼罩装置130、耳罩装置 150、按摩装置140及主控装置120提供安装基础，眼罩装置130完成使用者眼部活动参数的 检测，耳罩装置150完成音频节拍催眠功能，按摩装置140完成按摩催眠功能，主控装置120 则对眼罩装置130、耳罩装置150及按摩装置140进行控制、调度，使得它们按照预定策略完 成监测睡眠及促进睡眠的功能。以下具体对各部分进行详细描述。
[0034] 图1中的头罩装置110包括具有双层织物的头罩本体111，这些织物的面料选用棉、 麻、或棉/麻与其它材料的混纺材料，以便具有较高的舒适性。优选地，织物为竹、棉、麻混纺 面料，其具体由2〇-25wt %竹纤维、30-40wt %的棉纤维、35-50wt %麻纤维混纺制造(混纺纱 及面料的制备工艺均可采用本行业的通用方法，为本领域普通技术人员所熟知），并于常温 下在抗菌整理液中浸渍70-90分钟而得到。具体地，抗菌整理液配方中加有竹醋液作为抗菌 有效成分，其含量为竹醋液90~95%、柔软剂5~10%，这种竹醋液是在用竹材烧炭的过程 中，收集竹材在高温（100 °C~120°C)分解中产生的气体，并将这种气体在常温下经过冷凝 回收得到的青黄色或黄棕色的液体，其抗菌效果好、成本较低;柔软剂可以Y-17238柔软剂， 能够较好地改善手感，保证使用者佩戴舒适性。
[0035]如图1及图2所示，头罩本体111用缝纫线113分割成多个罩体单元，其中每个罩体 单元中促进睡眠用的填料115,该填料115可根据使用者的具体情况选用不同的中药类主材 及辅料。较优地，填料115由明觉子40-50Wt %、荞麦壳30-40Wt %、黄荆条籽10-20Wt %、茉莉 花5-10Wt%及薰衣草5-10Wt%组成，其中：明觉子、荞麦壳、黄荆条籽软硬合适，可起到一定 的按摩效果;茉莉花、薰衣草略带芳香，可以促进睡眠。这样，即使智能头盔单纯地配置为设 有填料115的头罩本体111，它也能在一定程度上起到促进睡眠的效果。
[0036] 上述的头罩本体111的底部设置头罩弹性边114,这些弹性边114可以是弹性织带、 松紧带、包边带、花边、弹性花边等，它们在使用者佩戴智能头盔100时裹住使用者P头部，由 此避免头罩本体111脱落，以便保证智能头盔100持续地作用于使用者。
[0037] 如图1~图2所示，本发明中头罩本体111在对应于使用者的眼部、耳部、太阳穴及 头顶位置分别缀有头罩基片112来安装眼罩装置130、耳罩装置150、按摩装置140及主控装 置120,这些眼罩装置130、耳罩装置150、按摩装置140及主控装置120可方便地安装于头罩 基片112。所述的头罩基片112可以为皮革或PVC等材料，它们可以用强力胶粘贴于头罩本体 111的织物外侧面上，也可以用针线缝制在头罩本体111的织物外侧面上，这样有助于避免 使用者佩戴智能头盔100产生不舒适感。当然，本领域技术人员可容易地知道，还可以采用 其它方式将眼罩装置130、耳罩装置150、按摩装置140及主控装置120安装于头罩本体111 上，在此不再赘述。
[0038]如图3a，眼罩装置130包括眼罩本体131，该眼罩本体131可采用PVC材料的眼镜型 框架，鼻托及眉间部位分别设置三点式的眼电位传感器132。这些眼电位传感器132的电极 附着在眼睛的近侧，由此可以检测并输出眼球活动时眼电位差信号。通过分析眼球活动时 眼电位差信号，可以计算有关眼动参数，并与睡眠状态/质量-眼动参数的关系图（表)进行 比照，从而评估出使用者的的睡眠状态/质量。本实施例中的眼罩本体131可选配弹力绳 133,以便更好地将眼罩装置130与头罩装置110进行固定。此外，眼罩本体131对应于两眼部 分可选设遮光片，不再赘述。
[0039]如图3b所示，眼罩装置130的安装方式较为简便，将眼罩本体131直接安装于头罩 本体111眼部的矩形头罩基片112上即可(如图3b的箭头方向）。具体地，头罩本体111的眼部 缀有头罩基片112,且该部分的头罩本体111及头罩基片112上分别开设哑铃形孔111a、 112a，眼罩本体131粘于眼部头罩基片112的外侧，使得眼罩本体131上的眼电位传感器132 穿过哑铃形孔112a、llla后附着在眼睛的近侧，由此来检测并输出眼球活动时眼电位差信 号。
[0040]如图4a所示，耳罩装置150包括PVC材料制成的两个耳罩本体151 (两者之间可以弹 力绳154来连接并与头罩装置110固定），耳罩本体151内部设置扬声器152,耳罩本体151内 侧面设置软性材料材质（如天鹅绒）制成的垫片153,该垫片153的外径小于耳罩本体151的 外径。使用者佩戴智能头盔100时，耳罩本体151通过垫片153完全罩住使用者耳部，外部声 音被隔绝，使用者仅可以接收来自于扬声器152的声音(如这些声音为低沉的节拍声则可以 进行催眠）。
[0041]如图4b所示，头罩本体111的耳部缀有头罩基片112,且该部分的头罩本体111及头 罩基片112上分别开设圆形孔lllb、112b，耳罩本体151粘于部头罩基片112的外侧，使得耳 罩本体151上的垫片153穿过圆孔112b、lllb后罩住着在使用者耳部，以便接收到低沉节拍 声时进行催眠。这种耳罩装置150的安装方式十分简便，并有助于保证使用者穿戴舒适性。 [0042]如图5a所示，按摩装置140包括按摩本体141、微型电机144(为直流电压驱动)及按 摩盘143,按摩本体141之间可以弹力绳145连接并固定于头罩装置110,微型电机144及按摩 盘143支撑于按摩本体141上，其中按摩盘143的转轴与微型电机144的动力输出轴传动连接 (传动连接的方式可选用本领域的常规结构，如减速机、联轴器等，不再赘述），由此使得按 摩盘143由微型电机144进行驱动。上述的按摩盘143设有多个软性材料(如硅胶)制成的球 状或其它形状的按摩头142,各按摩头142贴住使用者太阳穴位置。当微型电机144起动时， 该按摩盘143进行转动，按摩盘143上面的按摩头142对使用者的头部太阳穴进行按摩，由此 实现按摩催眠目的。
[0043]如图5b所示，按摩装置140的安装方式为：头罩本体111的太阳穴缀有头罩基片 112,且该部分的头罩本体111及头罩基片112上分别开设圆形孔lllC、112c，按摩本体141粘 于部头罩基片112的外侧，按摩本体141上的按摩盘143穿过圆孔112c、lllc(按摩盘143的外 径小于按摩本体141的外径），各按摩头142贴住使用者太阳穴位置，以便在微型电机144起 动时对使用者头部太阳穴进行按摩。
[0044] 如图6所示，头罩本体111的头顶缀有头罩基片112,主控装置120的电路板121粘于 头顶部头罩基片112的外侧，由此使得主控装置120固定到头罩装置110上。较优地，此处的 电路板121采用柔性电路板(FPC)，其可以进行一定程度的弯折，以便与头罩装置110的外轮 廓相匹配。此外，主控装置120的电路板121外可加装外壳（图未示出），以便保持清洁，并起 到防护作用。
[0045] 通过上述方式安装眼罩装置130、耳罩装置150、按摩装置140及主控装置120安装 于头罩装置110后，再将眼罩装置130、耳罩装置150、按摩装置140分别与主控装置120电连 接(图未示出接线），由此得到完整的智能头盔100,其可以完成以下功能:处理眼罩装置130 上眼电位传感器的检测信号，输出使用者睡眠状态/质量，并在使用者未入眠或浅睡眠时控 制耳罩装置150或按摩装置140进行催眠，以下进一步结合图7~图13进行详细描述。
[0046] 参见图7~图13,示出本发明智能头盔的功能结构，其中：图7是本发明智能头盔的 功能框图；图8是图7中信号放大电路的电路图；图9是图7中模数转换电路的电路图；图10是 图7中音频节拍电路的电路图；图11是图7中电机驱动电路的电路图；图12是图7中数据传送 电路的电路图；图13是图7中供电电路的电路图。以下进一步结合附图，对智能头盔100功能 结构的具体电路进行详细描述。
[0047] 如图7所示，主控装置120包括电路板121 (图7未示出），该电路板121上设置有功能 电路122,其包括信号放大电路1221、模数转换电路1222、微处理器(MCU，可选STM32L)1225、 音频节拍电路1223、电机驱动电路1224、数据传送电路1226及供电电路1227，其中功能电路 122的连接结构及信号传递关系如下所述。
[0048] 功能电路122电路结构的连接关系为：眼电位传感器132(可以为多路）、信号放大 电路1221、模数转换电路1222、微处理器1225依次电连接，微处理器1225还同时电连接音频 节拍电路1223、电机驱动电路1224及数据传送电路1226,音频节拍电路1223电连接扬声器 152，电机驱动电路1224电连接微型电机144，而供电电路1227为信号放大电路1121、数模转 换电路1222、微处理器1225、音频节拍电路1223、电机驱动电路1224及数据传送电路1226提 供相应的电源。
[0049] 功能电路122的信号传递关系为:眼电位传感器132检测并输出的眼球活动时眼电 位差信号经信号放大电路1221放大，模数转换电路1222为数字信号后，微处理器1225计算 使用者眼动频率及其变化率、眼动幅度及其变化率，获得并根据预设的睡眠状态/质量-目艮 动参数对照表，评估使用者的睡眠状态/质量，输出的评估结果由数据传送电路1226发送至 外部智能设备200(如手机、平板电脑等常见产品，不再本发明范围内描述），并在使用者未 入眠或浅睡眠时:微处理器1225输出音频控制信号，以便音频节拍电路1223产生节拍声，经 扬声器152传入使用者耳部来进行催眠;和/或，微处理器1225输出电机控制信号，以便电机 驱动电路1224产生电机驱动信号而驱动微型电机144,从而带动按摩盘143进行转动，由此 使得按摩盘143上的按摩头142来按摩使用者太阳穴进行催眠。
[0050] 可以理解的是，供电电路1227可以象手机等电子产品一样将设置成电池+充电装 置的形式，功能电路122的信号放大电路1121、数模转换电路1222、微处理器1225、音频节拍 电路1223、电机驱动电路1224及数据传送电路1226由电池(组)供电，而电池(组）电力不足 时可由充电装置进行充电。这样，供电电路1227的主要结构与功能电路122的其它部分分离 开来，由此达到减小智能头盔100体积的目的。
[0051] 以上对本发明的智能头盔100功能电路的总体情况进行了说明，下面进一步对该 智能头盔100功能电路的主要组成部分进行描述。这些电路均采用较为普通的元件，其通过 优化设计可以达到较为理想的性能，由此使得成本大大降低，因而易于推广使用，故产品具 有较好的市场前景，详细描述如下。
[0052]为方便起见，图8~图13中的相同元件类型以同样的字母表示。需注意的是，图8~ 图13中的电源电压并不完全相同（提供参考的工作电压），故下文采用了不同的表示标识 符。
[0053] 如图8所示，信号放大电路1221包括运算放大器A1 (可选μΑ766)及电阻R1~R4,运 算放大器Α1的反相输入脚2经电阻R1接信号放大电路输入端(连接眼电位传感器132的输出 端），运算放大器Α1的同相输入脚3经电阻R2接地，运算放大器Α1的控制脚8经电阻R3接地， 运算放大器Α1的输出脚6连接信号放大电路输出端(接至数模转换电路1222的某一路信号 输入端），运算放大器Α1的输出脚6与反相输入脚2之间接电阻R4,运算放大器Α1的正电源脚 7接信号放大电路电源正端(+1.5V)，运算放大器Α1的负电源脚4接信号放大电路电源负端 (-1.5V)。
[0054]该实施例中，利用运算放大器Α1可构成低电源和低功率消耗的信号放大电路 1221，其无需外接电阻、电容对频率特性进行补偿，使用起来较为方便。其中，控制脚8接有 电阻R3，可以控制功率消耗、翻转速度及频率特性。
[0055]如图9所示，数模转换电路1 2 2 2包括数模转换芯片AD C (可选MAXIΜ系列的 ΜΑΧ1024)，在配置接口电路后就可以实现与微处理器MCU(可选MC683系列的如MC683XX)的 连接。该数模转换芯片ADC为一个lObit的串行ADC，具有8路模拟输入和一路数字输出。该数 模转换电路1222的具体电路结构为:数模转换芯片ADC的各路模拟输入脚CH0~CH7接入对 应通道的数模拟信号（即信号放大电路1221放大后的眼电位差信号），数模转换芯片ADC的 基准电压脚REF经电容C1接地，数模转换芯片ADC的基准校准脚REFADJ经电容C2接地，数模 转换芯片ADC的片选输入脚CS(低电平有效)接微处理器Μ⑶的输入输出端1/0,数模转换芯 片ADC的串行时钟输入脚SCLK接微处理器MCU的时钟端CLK，数模转换芯片ADC的串行数据输 入脚DIN接微处理器MCU的主输出从输入端M0SI，数模转换芯片ADC的串行数据输出脚D0UT 接微处理器Μ⑶的MIS0主输入从输出端，数模转换芯片ADC的高电位正脚VDD接数模转换芯 片ADC的电源正端VH(+5V)，数模转换芯片ADC的电位负脚VSS接地，数模转换芯片ADC的低电 位正脚VL接微处理器MCU的电源正端VDD，微处理器Μ⑶的电源正端VDD接微处理器Μ⑶的电 源正端VL(+3V)，数模转换芯片ADC的高电位正脚VDD与地之间接电容C3,微处理器Μ⑶的电 源端VDD与地之间接电容C4。该数模转换芯片ADC中CS低电平有效，只有该端置低，数据才可 同步输入(DIN)或输出（D0UT):CS为低时，DIN上的数据在SCLK的上升沿输入片内；CS为低 时，D0UT上的数据在SCLK的下降沿输出；置高时，D0UT为高阻状态。SSTRB为串行触发输出 脚:在内部时钟模式下，SSTRB的上升沿跳变表明转换完成;在外部时钟模式下，SSTRB-直 为低电平。SHDN为关断控制脚，其低电平有效，可以接入相应的关断控制信号。
[0056] 该数模转换电路1222采用低功耗串行A/D转换器，其元件较少，体积较小，工作电 压范围较宽(2.7V~5.25V)。该数模转换电路1222在接收某一路放大后的眼电位差信号后， 可以将模拟信号转换为数字信号，由此可以供微处理器MCU进行后续的处理。
[0057] 如图10所示，音频节拍电路1223可以产生低沉的音频节拍声。该音频节拍电路 1223包括单结N沟道晶体管Tl(选型为BT33)、NPN型三极管T2(选型为3DG6)，单结N沟道晶体 管Τ1的第一个基极通过电阻R5接地，单结Ν沟道晶体管Τ1的第二个基极通过电阻R7接音频 节拍电路电源正端VC(+3V)，单结Ν沟道晶体管Τ1的发射极与地之间接入电容C5，单结Ν沟道 晶体管Τ1的发射极与音频节拍电路电源正端VC之间接入串联的电阻R6及电位器RW，NPN型 三极管T2的基极通过电阻R8与单结N沟道晶体管T1的第一个基极连接，NPN型三极管T2的集 电极通过电阻R9接于音频节拍电路电源正端VC，NPN型三极管T2的发射极接地;扬声器132 接于音频节拍电路电源正端VC和地之间，该音频节拍电路电源正端VC由微处理器MCU控制 的开关K1(可选开关管，如三极管或产效应管等)等来接通/关断电源，即通过微处理器MCU 产生的音频控制信号为"Γ时接通电路电源，在音频控制信号K/A为"0"时断开电路电源。 [0058]该音频节拍电路1223中，单结N沟道晶体管T1产生的信号脉冲由NPN型三极管T2放 大后经扬声器132输出，这样发出低沉的节拍声，由此可以实现对人的催眠。特别地，在单结 N沟道晶体管Τ1的第一个基极与电阻R6之间接入电位器RW，该电位器RW的动触头与电位器 RW的一个定接线连接;调节该电位器RW可以改变脉冲频率(两节拍可间隔1~3秒），以适应 不同人的要求。
[0059] 如图11所示，电机驱动电路1224为包括两个PNP型三极管及两个与非门（可选 CD40107)构成的桥式电路。具体电路结构为:三极管T3的基极经电阻R10接与非门NA1的第 一输入端，三极管T3的发射极接电机驱动电路电源正端VD( + 12V)，三极管T3的集电极同时 接与非门NA1的输出端及与非门NA2的第一输入端，三极管T4的基极经电阻R11接与非门NA2 的第一输入端，三极管T4的发射极接电机驱动电路电源正端VD，三极管T4的集电极同时接 与非门NA2的输出端及与非门ΝΑΙ的第一输入端，微处理器MCU输出的两个驱动信号M1、M2分 别接至与非门NA1的第二输入端和与非门NA2的第二输入端，直流电压驱动的微型电机144 的两个驱动端分别接与非门NA1的输出端和与非门NA2的输出端。
[0060] 该电机驱动电路1224可适用于12V直流电机的驱动和控制电路，它的逻辑电路主 要为两个与非门和两个三极管构成。电路中的两个与非门构成桥式电路形式，两个三极管 作为与非门缓冲器的负载，驱动可逆12V的直流微型电机运转，下表1为微型电机驱动端的 真值表。
[0061] 表1微型电机驱动电路输入端子端的真值表
[0063]由上表1可知，根据微处理器MCU的电机驱动信号的状态，微型电机144可以进行正 转或翻转。微型电机144运转后，可以带动按摩盘143进行转动，由此按摩盘143上的按摩头 142按摩使用者太阳穴进行催眠。
[0064] 如图12所示，数据传送电路1226包括发射芯片SEND IC(可选为MICRF102)，其内部 含有合成器、压控振荡器、功率放大器等单元。该数据传送电路1226的具体结构是:发射芯 片SEND 1C的功率控制输入脚(PC) 1经电阻R12接数据传送电路电源正端VS(+5V)，发射芯片 SEND IC的电源脚(VDD) 2接数据传送电路电源正端VS，发射芯片SEND IC的接地脚(VSS) 3接 地，发射芯片SEND IC的基准振荡脚(REF0SC)4经晶振)(接地，发射芯片SEND IC的待机模式 控制脚(STBY)5接发射/待机电源(其中，接VDD为发射方式，接VSS为待机模式），发射芯片 SEND 1C的功率发射高脚(ANTP)6和功率发射低脚(ANTM)7之间接入印制天线ANT，发射芯片 SEND 1C的数据输入脚(ASK)8接收输入数据(此数据来自微处理器MCU的数据输出端）。此 外，发射芯片SEND 1C的功率控制输入脚1与地之间接入并联的电阻R13及电容C9，发射芯片 SEND 1C的电源脚2和接地脚3之间接入并联的电容C6、电容C7和C8，以消除电源波纹。
[0065] 该数据传送电路1226中，接收的数据由发射芯片SEND 1C处理后，通过印制天线 ANT发送出去，由此有关的智能设备200可以获知使用者的睡眠状态及质量，以便采取后续 的措施。这种数据传送电路1226中体积小，具有很强的抗干扰能力，可以实现无线自动调 谐。
[0066] 如图13所示，供电电路1227由电源适配器1227-1及电池充电电路1227-2两部分组 成，其中电源适配器1227-1为交流/直流转换电路(AC/DC)，可将市电220V交流电转换为5/ 12V直流电输出，然后电池充电电路1227-2用该直流电对可充电电池(组)BT进行充电。该电 池(组)BT优选为镍镉电池，其可以引出多路输出（Vo 1，Vo2，……，Von )，以便满足功能电路 122中信号放大电路1221、模数转换电路1222、微处理器(MCU) 1225、音频节拍电路1223、电 机驱动电路1224及数据传送电路1226的供电要求。
[0067] 可以理解的是，电源适配器1227-1及电池充电电路1227-2可以采用多种电路结 构，以下为一种结构简单的较优电路形式。
[0068] 如图13所示，电源适配器1227-1为一种开关型稳压电源，该电源适配器1227-1包 括高频变压器、功率管和高输入线性稳压器WDS(可为LR6)及脉冲宽度调制器PWM 1C(可选 为MAX5069)等元件，其具体电路结构是:高输入线性稳压器WDS的输入脚Vin接第一市电端， 高输入线性稳压器WDS的输出脚Vout接脉冲宽度调制器的输入脚，高输入线性稳压器WDS的 接地脚GND和脉冲宽度调制器PWM 1C的接地脚分别接第二市电端，脉冲宽度调制器PWM 1C 的控制脚接功率管(MOSFET) Qs的栅极，功率管Qs的源极经电阻R14接第二市电端，功率管Qs 的漏极与第一市电端之间接高频变压器原边L1，电容C6接于高输入线性稳压器WDS的输入 脚Vin与第二市电端之间，电容C7接于高输入线性稳压器WDS的输出脚Vout与第二市电端之 间；高频变压器第一副边L2的第一端经整流二极管D1接电源适配器1227-1输出正端P1 (与 电池充电电路1227-2输入正端连接），高频变压器第一副边L2的第二端接电源适配器1227-1输出地端P2 (与电池充电电路1227-2输入地端连接），电容C8接于电源适配器1227-1输出 正端P1和输出地端P2之间；高频变压器第二副边L3的第一端与脉冲宽度调制器PWM 1C的电 源脚之间串接二极管D2和二极管D3,高频变压器第二副边L3的第二端接第二市电端，电容 C9接于高频变压器第二副边L3的第二端与二极管D2和二极管D3的节点之间。
[0069] 该电源适配器1227-1可将市电（220V交流电）转换为5V/12V直流电，其中高输入线 性稳压器WDS用作电源适配器1227-1的辅助电源，脉冲宽度调制器PWM 1C由高输入线性稳 压器WDS提供启动电压。脉冲宽度调制器PWM IC开始的工作电压由辅助电源高输入线性稳 压器WDS提供，启动后则由高频变压器副边整流后的电压提供，此电压高于高输入线性稳压 器WDS输出电压时使高输入线性稳压器WDS关闭。
[0070] 如图13所示，电池充电电路1227-2包括PNP型的三极管T5、NPN型的三极管T6、二极 管D4、二极管D5、电阻R15、电阻R16及发光二极管D6，具体电路结构是:三极管T5的发射极接 电池充电电路输入正端Pl(接电源适配器1227-1的输出正端，5V~12V)，三极管T5的基极与 二极管D5的阴极连接，二极管D5的阳极与二极管D4的阴极连接，二极管D4的阳极接至电池 充电电路输入正端P1，三极管T5的集电极与发光二极管D6的阳极连接，发光二极管D6的阴 极与充电接口 A连接，电池(组)BT位于充电接口 A与电池充电电路输入地端(接电源适配器 1227-1的输出地端，0V)之间充电；三极管T6的集电极经电阻R16连接三极管T5的基极，三极 管T6的发射极接至电池充电电路输入地端，三极管T6的基极与充电接口 A之间接入电阻 R15〇
[0071] 本实施例电池充电电路中，由二极管D4、D5、电阻R15、R16和三极管T5组成充电部 分，三极管T6和电阻R15组成充电保护部分。当电池剩余电压低于预设阈值(如0.6V)时，三 极管T6导通，三极管T5也导通，电流经电阻R15、三极管T5给电池充电，发光二极管D6亮，表 示充电正常。如果电池极性接反，该三极管T6的基极为负电位，三极管T6截止，三极管T5的 基极电位升高，使得三极管T5关闭，由此不会对电池充电，此时发光二极管不亮，表示电池 极性接反。这样，有助于防止充电电路1227-2的极性接反，由此起到较好的防护作用。
[0072]图8~图13分别给出了功能电路122中信号放大电路1221、模数转换电路1222、音 频节拍电路1223、电机驱动电路1224、数据传送电路1226及供电电路1227的一种具体实现 电路。可以理解的是，本领域技术人员将这些电路集成在一起时还可以加入部分外围电路 元件来优化功能电路122的整体性能，在此不再详细阐述这部分公知常识。
[0073]以上对智能头盔的物理结构及功能结构进行了详细的描述，该产品可以较精准地 监测睡眠状态及质量，并具有有效促进睡眠的功能，该产品结构较为紧凑，佩戴舒适性好， 价格较低，推广容易，市场前景看好。
[0074]以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对 本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的 普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改 进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种智能头盔，其特征在于，包括头罩装置及安装于所述头罩装置上的眼罩装置、耳 罩装置、按摩装置及主控装置，所述眼罩装置、耳罩装置、按摩装置均电连接到所述主控装 置，所述主控装置的电路板上设置有信号放大电路、模数转换电路、微处理器、音频节拍电 路、电机驱动电路、数据传送电路及供电电路，所述信号放大电路接入安装于所述眼罩装置 上的眼电位传感器，所述信号放大电路、模数转换电路、微处理器依次电连接，所述微处理 器同时电连接所述音频节拍电路、电机驱动电路及数据传送电路，所述音频节拍电路电连 接安装于所述耳罩装置上的扬声器，所述电机驱动电路电连接安装于所述按摩装置上的微 型电机，所述供电电路为所述信号放大电路、数模转换电路、微处理器、音频节拍电路、电机 驱动电路及数据传送电路提供相应的电源;所述眼电位传感器检测并输出的眼球活动时眼 电位差信号，经所述信号放大电路放大及所述模数转换电路转换后，由所述微处理器计算 使用者眼动频率及其变化率、眼动幅度及其变化率，以便根据预设的睡眠状态/质量-眼动 参数对照表来评估使用者的睡眠状态/质量，输出的评估结果由所述数据传送电路发送至 外部智能设备;并在使用者未入眠或浅睡眠时，由所述微处理器输出音频控制信号来控制 所述音频节拍电路产生节拍声，经扬声器传入使用者耳部来进行催眠；和/或，所述微处理 器输出电机控制信号来控制所述电机驱动电路产生电机驱动信号，来驱动所述微型电机而 带动安装于所述按摩装置上的按摩盘，以便由安装于所述按摩盘上的按摩头对使用者太阳 穴进行按摩而催眠。2. 如权利要求1所述的智能头盔，其特征在于，信号放大电路包括运算放大器，该运算 放大器的反相输入脚经电阻R1接信号放大电路输入端，运算放大器的同相输入脚经电阻R2 接地，运算放大器的控制脚经电阻R3接地，运算放大器的输出脚连接信号放大电路输出端， 运算放大器的输出脚与反相输入脚之间接电阻R4,运算放大器的正电源脚接信号放大电路 电源正端，运算放大器的负电源脚接信号放大电路电源负端。3. 如权利要求2所述的智能头盔，其特征在于，数模转换电路包括数模转换芯片，该数 模转换芯片的各路模拟输入脚接入对应通道的数模拟信号，数模转换芯片的基准电压脚经 电容C1接地，数模转换芯片的基准校准脚经电容C2接地，数模转换芯片的片选脚接微处理 器的输入输出端，数模转换芯片的串行时钟脚接微处理器的时钟端，数模转换芯片的串行 输入脚接微处理器的主输出从输入端，数模转换芯片的串行输出脚接微处理器的主输入从 输出端，数模转换芯片的高电位正脚接数模转换芯片电源正端，数模转换芯片的电位负脚 接地，数模转换芯片的低电位正脚接微处理器的电源正端，该微处理器的电源正端接微处 理器电源正端，数模转换芯片的高电位正脚与地之间接电容C3,微处理器的电源端与地之 间接电容C4。4. 如权利要求3所述的智能头盔，其特征在于，音频节拍电路包括单结N沟道晶体管T1 和NPN型三极管T2,其中：晶体管T1的第一个基极通过电阻R5接地，晶体管T1的第二个基极 通过电阻R7接音频节拍电路电源正端，晶体管T1的发射极与地之间接入电容C5,晶体管T1 的发射极与音频节拍电路电源正端之间接入串联的电阻R6及电位器RW，三极管T2的基极通 过电阻R8与晶体管T1的第一个基极连接，三极管T2的集电极通过电阻R9接于音频节拍电路 电源正端，三极管T2的发射极接地;扬声器接于音频节拍电路电源正端和地之间，音频节拍 电路电源正端由微处理器控制的开关来接通/关断电源。5. 如权利要求4所述的智能头盔，其特征在于，电机驱动电路包括PNP型三极管T3、PNP 型三极管T4及与非门NA1、与非门NA2,其中：三极管T3的基极经电阻R10接与非门ΝΑΙ的第一 输入端，三极管Τ3的发射极接电机驱动电路电源正端，三极管Τ3的集电极同时接与非门ΝΑ1 的输出端及与非门ΝΑ2的第一输入端，三极管Τ4的基极经电阻R11接与非门ΝΑ2的第一输入 端，三极管Τ4的发射极接电机驱动电路电源正端，三极管Τ4的集电极同时接与非门ΝΑ2的输 出端及与非门ΝΑ1的第一输入端，微处理器输出的两个驱动信号Ml、Μ2分别接至与非门ΝΑ1 的第二输入端和与非门ΝΑ2的第二输入端，微型电机的两个驱动端分别接与非门ΝΑ1的输出 端和与非门ΝΑ2的输出端。6. 如权利要求5所述的智能头盔，其特征在于，数据传送电路包括发射芯片，该发射芯 片的功率控制输入脚经电阻R12接数据传送电路电源正端，发射芯片的电源脚接数据传送 电路电源正端，发射芯片的接地脚接地，发射芯片的基准振荡脚经晶振接地，发射芯片的待 机模式控制脚接发射/待机电源，发射芯片的功率发射尚脚和功率发射低脚之间接入印制 天线，发射芯片的数据输入脚接收输入数据，发射芯片的功率控制输入脚与地之间接入并 联的电阻R13及电容C9，发射芯片的电源脚和接地脚之间接入并联的电容C6、电容C7和C8。7. 如权利要求6所述的智能头盔，其特征在于，供电电路由电源适配器及电池充电电路 组成，其中：电源适配器包括高频变压器、功率管和高输入线性稳压器及脉冲宽度调制器， 高输入线性稳压器的输入脚接第一市电端，高输入线性稳压器的输出脚接脉冲宽度调制器 的输入脚，高输入线性稳压器的接地脚和脉冲宽度调制器的接地脚分别接第二市电端，脉 冲宽度调制器的控制脚接功率管Qs的栅极，功率管Qs的源极经电阻R14接第二市电端，功率 管Qs的漏极与第一市电端之间接高频变压器原边L1，电容C6接于高输入线性稳压器的输入 脚与第二市电端之间，电容C7接于高输入线性稳压器的输出脚与第二市电端之间；高频变 压器第一副边L2的第一端经整流二极管D1接电源适配器输出正端，高频变压器第一副边L2 的第二端接电源适配器输出地端P2,电容C8接于电源适配器输出正端和输出地端之间；高 频变压器第二副边L3的第一端与脉冲宽度调制器的电源脚之间串接二极管D2和二极管D3， 高频变压器第二副边L3的第二端接第二市电端，电容C9接于高频变压器第二副边L3的第二 端与二极管D2和二极管D3的节点之间；电池充电电路包括PNP型的三极管T5、NPN型的三极 管T6、 二极管D4、二极管D5、电阻R15、电阻R16及发光二极管D6,三极管T5的发射极接电源适 配器输出正端，三极管T5的基极与二极管D5的阴极连接，二极管D5的阳极与二极管D4的阴 极连接，二极管D4的阳极接至电源适配器输出正端，三极管T5的集电极与发光二极管D6的 阳极连接，发光二极管D6的阴极与充电接口连接，电池位于充电接口与电源适配器的输出 地端之间充电；三极管T6的集电极经电阻R16连接三极管T5的基极，三极管T6的发射极接至 电源适配器输出地端，三极管T6的基极与充电接口之间接入电阻R15。8. 如权利要求1~7任一项所述的智能头盔，其特征在于，所述头罩装置具有双层织物 的头罩本体，所述头罩本体用缝纫线分割成多个罩体单元，每个罩体单元中设置促进睡眠 用的填料，其中：头罩本体的织物包括20-25wt %的竹纤维、30-40wt %的棉纤维、35-50wt % 的麻纤维混纺制造，于常温下在抗菌整理液中浸渍70-90分钟得到，该抗菌整理液中含量为 竹醋液90~95 %、柔软剂5~10 %，该竹醋液为竹材于100 °C~120 °C中分解气体在常温下冷 凝回收得到的液体；头罩本体的填料包括明觉子40_50Wt %、荞麦壳30-40Wt %、黄荆条籽 10-20Wt %、茉莉花5-10Wt %及薰衣草5-10Wt %组成。9. 如权利要求8所述的智能头盔，其特征在于，所述头罩本体对应于眼部、耳部、太阳穴 及头顶位置分别缀有头罩基片来安装所述眼罩装置、耳罩装置、按摩装置及主控装置;所述 眼罩装置设置有眼罩本体，所述眼罩本体上安装所述眼电位传感器;所述耳罩装置设置有 耳罩本体，所述耳罩本体中安装所述扬声器;所述按摩装置设置有按摩本体，所述微型电机 及所述按摩盘安装于所述按摩本体。10. 如权利要求9所述的智能头盔，其特征在于，头罩基片用强力胶粘贴于头罩本体的 织物外侧面上，或用针线缝制在头罩本体的织物外侧面上；眼罩本体在眼镜型框架的鼻托 及眉间部位分别设置三点式眼电位传感器，眼部的头罩本体及头罩基片上分别开设哑铃形 孔，眼罩本体粘于眼部头罩基片的外侧，眼罩本体上的眼电位传感器穿过哑铃形孔后附着 在眼睛的近侧;耳罩本体内部设置扬声器，耳罩本体内侧面设置软性材料材质成的垫片，耳 部的头罩本体及头罩基片上分别开设圆形孔，耳罩本体粘于耳部头罩基片的外侧，耳罩本 体上的垫片穿过圆孔后罩住着使用者耳部;按摩装置的微型电机及按摩盘支撑于按摩本体 上，按摩盘的转轴与微型电机的动力输出轴传动连接，太阳穴部位的头罩本体及头罩基片 上分别开设圆形孔，按摩本体粘于太阳穴部位头罩基片的外侧，按摩本体上的按摩盘穿过 圆孔，使得按摩头贴住使用者太阳穴位置;头顶缀有头罩基片，主控装置的电路板粘于头顶 部头罩基片的外侧，以便使得主控装置固定到头罩装置上。
【文档编号】A61B5/11GK105832293SQ201610147882
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月15日
【发明人】周涞
【申请人】周涞