一种基于视觉诱发脑-机接口的智能家电控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种基于视觉诱发脑-机接口的智能家电控制装置。特别是涉及一种能够达到不需人的肢体动作仅依靠视觉和人脑电信号与外界设备进行交流的一种途径，实现了一种利用脑电控制智能家电的装置。
【背景技术】
[0002]一种基于视觉诱发脑-机接口的智能家电控制装置是利用视觉刺激器诱发人脑产生特定的脑电信号实现人对外界家居环境的控制与交流的方法。这种方法对残疾人的康复生活起到了很大的帮助，减少了医护人员和家属的护理工作量，帮助肢体残疾人独立的生活，提高他们的生活质量和给予他们享受生活的权利。稳态视觉诱发电位(steady statevisual evoked potential，SSVEP)(刺激频率> 8Hz)具有高信息传输率、较短训练时间和特征易于提取等优点，且仅需要位于枕叶皮层位置少数几个电极的信号就可提取。因此，稳态视觉诱发电位常作为人家交互系统的输入信号。脑-机接口中信号的提取是十分关键的技术，信号的提取时是识别人脑意图的过程，提取出的脑电信号可以实现对外部设备的控制，如家电、轮椅等。基于脑-机接口的智能家居技术，是在传统的智能家居基础上，把脑-机接口技术引入其中，为助残和娱乐方便生活提出一种全新的解决途径。
【发明内容】
[0003]本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种利用人脑视觉诱发电位实时高效控制智能家电的装置。
[0004]本实用新型所采用的技术方案是，一种基于视觉诱发脑-机接口的智能家电控制装置，包括有依次串联连接的信号采集模块、脑电处理模块和智能家电控制模块，以及通过视觉刺激来使大脑产生视觉诱发电位信号的视觉刺激器模块。
[0005]所述的信号采集模块包括有与人脑部连接的头皮电极和两个耳电极组成的采集电极，以及与头皮电极相连接受该头皮电极所发出的信号的脑电放大器，及与脑电放大器相连接的脑电采集模块，所述的脑电采集模块的输出端连接脑电处理模块输入端。
[0006]所述的采集电极由氯化银电极组成。所述的脑电放大器包括前置放大电路、工频陷波电路、滤波电路和后置放大电路；所述的脑电采集模块包括A\D转换电路。
[0007]所述的视觉刺激器模块包括不同频率的12组LED发光模块，所述发光模块由三级管驱动白色LED灯实现。12个不同的LED发光块所显示的频率从13Hz_18.5Hz，每0.5Hz为一个单位间隔闪烁。
[0008]所述的智能家电控制模块包括接受指令的无线模块、控制电灯和电扇的继电器模块、控制电视的红外模块、独立电源模块、收音机模块。
【附图说明】
[0009]图1是本实用新型的整体框图
[0010]图2是本实用新型脑电信号采集模块原理框图
[0011]图3是本实用新型前置放大电路UlA原理图
[0012]图4是本实用新型前置放大电路U2A原理图
[0013]图5是本实用新型工频陷波电路UlO原理图
[0014]图6是本实用新型滤波电路U9A原理图
[0015]图7是本实用新型后置放大电路U3A原理图
[0016]图8是本实用新型A\D转换电路U26原理图
[0017]图9是本实用新型视觉刺激器模块电路原理图
[0018]图10是本实用新型无线模块P5电路原理图
[0019]图11是本实用新型独立电源模块U2电路原理图
[0020]图12是本实用新型收音机模块Rl电路原理图
[0021]图13是本实用新型红外模块Il电路原理图
[0022]图14是本实用新型继电器模块Jl电路原理图
[0023]其中:
[0024]1:信号采集模块2:脑电处理模块
[0025]3:视觉刺激器模块4:智能家电控制模块
[0026]11:采集电极12:脑电放大器
[0027]121:—级放大 UlA122:二级放大 U2A
[0028]123:陷波电路UlO124:滤波电路U9A
[0029]125:三级放大 U3A
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图和实验对本实用新型一种基于视觉诱发脑-机接口的智能家电控制装置做出详细说明。
[0031]如图1所示，本实用新型一种基于视觉诱发脑-机接口的智能家电控制装置总体框图，包括有依次串联连接的信号采集模块(I)、脑电处理模块(2)、视觉刺激器模块(3)和智能家电控制模块(4)。其中所述的信号采集模块(I)主要负责采集人脑的生物电信号，并进行放大和模数转换，完成生物脑电信号到数字信号的转换。所述的脑电处理模块(2)主要处理从信号采集模块(I)收到的数字脑电信号，经过处理识别出特征值并转化为控制命令控制智能家电控制模块(4)。
[0032]所述的信号采集模块(I)包括与人脑部相连接的头皮电极和耳电极构成的采集电极(11)，与采集电极(11)相连接接收该信号的脑电放大器(12)，以及与脑电放大器(12)相连接的脑电采集模块(13)。采集电极(11)采用氯化银电极。
[0033]如图2所示，所述的脑电放大器(12)包括前置放大电路(U1A、U2A)、工频陷波电路(UlO)、滤波电路(U9A)和后置放大电路(U3A)。所述的脑电采集模块(13)包括A\D转换电路(U26)。所述的信号采集模块(I)包括如下过程:脑电信号由采集电极(11)采集后进入前置放大电路(U1A、U2A)，经过前置放大后进入工频陷波电路(UlO)和滤波电路(U9A)，最后经过后置放大电路(U3A)进入A\D转换电路(U26)由生物电信号转化为数字信号。所述的脑电采集模块(13)输出端连接脑电信号处理模块(2)的信号输入端。
[0034]如图3至图8所示，采集到的脑电信号先经过第一级放大电路UlA (图3)进行初级放大，为提高共模抑制比和高输入阻抗，核心芯片选用AD620芯片。第二级放大电路U2A (图4)采用AD210芯片，电路起到隔离耦合作用。工频陷波电路UlO (图5)芯片采用专用的陷波模块MXT050。滤波电路U9A(图6)和后置放大器U3A(图7)核心芯片均采用双运放芯片TL062。A\D转换电路U26(图8)采用16_bit AD转换器AD976芯片。
[0035]如图9所示，所述的视觉刺激器模块(3)包括显示12个不同频率的12组LED发光模块，每个发光模块的闪烁频率固定。驱动LED灯的三极管采用S8050芯片。根据稳态视觉诱发电位的产生机理，频率在13HZ-18.5Hz之间分布。为了避免相邻LED之间的干扰，将发光块封装成边长为2厘米的正方形，相邻发光块的之间的距离是2厘米。受试者通过注视12个频率不同的LED发光快中的一个频率显示模块来选择相应的控制命令。
[0036]如图10至图14所示，所述的智能家电控制模块⑷中接收指令的无线模块P5(图10)采用的是NRF24L01模块。控制电灯和电扇的采用继电器模块Jl (图14)。控制电视的红外模块Il (图13)采用CHQ1838，红外模块Il (图13)在接收到无线模块P5 (图10)的指令后经过译码发送指令控制电视的开关和浏览。独立电源模块U2(图11)负责设备的单独供电和各个模块间的电压转换，选用的芯片是L78L05AC。收音机模块Rl (图12)核心采用TEA5787 芯片。
[0037]通过实验验证，经过受试训练后本实用新型一种基于视觉诱发脑-机接口的智能家电控制装置正确率高达100%，发送单条指令的时间平均5s以内，最远传输控制距离可达50米左右，且受试者几乎全部都能在规定时间内完成全套设备的触发开关动作，实现了无需肢体动作仅用脑电信号实时控制家用电器的目的。本实用新型表明了基于脑-机接口的智能家电控制装置的可行性和实用性，实时性和识别率良好，准确判断人的意图，具有较好的使用价值。
【主权项】
1.一种基于视觉诱发脑-机接口的智能家电控制装置，其特征在于，包括有依次串联连接的信号采集模块(I)、脑电处理模块(2)、智能家电控制模块(4)，以及通过视觉刺激来使大脑产生视觉诱发电位信号的视觉刺激器模块(3)。
2.根据权利要求1所述的一种基于视觉诱发脑-机接口的智能家电控制装置，其特征在于，所属信号采集模块(I)包括有与人脑部连接的头皮电极和两个左右耳连接的参考电极组成的采集电极模块(11)，与采集电极模块(11)相连接收该头皮电极所发出的信号的脑电放大器(12)，及与脑电放大器(12)相连的脑电采集模块(13)，所述的脑电采集模块(13)的输出端连接脑电处理模块(2)的信号输入端。
3.根据权利要求2所述的一种基于视觉诱发脑-机接口的智能家电控制装置，其特征在于，所述的脑电放大器(12)包括前置放大电路(U1A、U2A)、工频陷波电路(UlO)、滤波电路(U9A)和后置放大电路(U3A);所述的脑电采集模块(13)包括A\D转换电路(U26)。
4.根据权利要求1所述的一种基于视觉诱发脑-机接口的智能家电控制装置，其特征在于，所述的视觉刺激器模块(3)包括不同频率的12组LED发光模块，所述发光模块由三级管(Q1-Q12)驱动LED发光模块(D1-D12)实现；频率从13Hz_18.5Hz每0.5HZ为单位间隔分布。
5.根据权利要求1所述的一种基于视觉诱发脑-机接口的智能家电控制装置，其特征在于，所述的智能家电控制模块(4)包括接受指令的无线模块(P5)、控制电灯和电扇的继电器模块(Jl)、控制电视的红外模块(II)、独立电源模块(U2)、收音机模块(Rl)。
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于视觉诱发脑-机接口的智能家电控制装置，所述装置包括依次串联连接的信号采集模块(1)、脑电处理模块(2)和智能家电控制模块(4)，以及通过视觉刺激来使大脑产生视觉诱发信号的视觉刺激器模块(3)。设定视觉刺激器的频率，使12个不同的LED发光块以不同的频率稳定闪烁；将一个头皮电极放置在脑后枕区，两个耳电极作为参考电极，并使人的视觉平行对着12个不同的LED发光快，通过头皮电极采集脑电信号并对采集到的脑电信号进行放大和A\D转换后进入脑电处理模块进行数据处理；通过无线模块将指令传给家电设备，控制其智能动作。本实用新型不需要语言和肢体动作作为信息传递媒介，仅通过脑电信号就实现人对外界家居环境和设备的控制。
【IPC分类】G06F3-01
【公开号】CN204480175
【申请号】CN201420396294
【发明人】邢潇, 赵丽, 孙永
【申请人】天津职业技术师范大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2014年7月16日