一种智能门锁用脑电波控制电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种智能门锁用脑电波控制电路，包括对门锁操控者的脑电波信号进行采集及预处理的脑电信号获取装置、对被控制门锁的门锁开闭驱动装置进行控制的主控芯片、与主控芯片连接的参数输入单元和对被控制门锁的开闭状态进行同步显示的显示单元，脑电信号获取装置与主控芯片之间以无线通信方式进行通信；门锁开闭驱动装置为直流电机，主控芯片与直流电机的电机驱动电路连接；主控芯片为芯片STM32F103RBT6，电机驱动电路为电机驱动芯片L298N；脑电信号获取装置为TGAM模块或Mindwave Mobile脑立方耳机。本实用新型结构简单、设计合理且操作简便、使用效果好，基于脑电接口简便完成门锁的开闭控制。
【专利说明】
一种智能门锁用脑电波控制电路
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种控制电路，尤其是涉及一种智能门锁用脑电波控制电路。
【背景技术】
[0002]现如今人们非常注重人身财产和家庭的安全，随之市场上出现多种类型的防盗门窗，并配套对应的智能门锁。现有的防盗技术，主要包括以下两种:一种是常规的防盗门或者密码锁;另一种是基于指纹或者语音识别的防盗门锁，现已得到广泛应用。但现有的门锁设计，均存在以下三方面问题:第一、必须人工手动设定防盗指令才能进入防盗状态，不能智能防盗;第二、存在安全隐患，比如忘记反锁门时，易导致安全事故的发生;第三、使用用户受限，行动不便、残疾人群不能使用。
[0003]基于脑机接口技术，目前在国内正处于发展起步阶段，相关的研究还比较少。脑电波控制技术是借助于大脑发出的电信号，并通过人机接口技术来控制外界物体。脑电波控制技术在生物医学，计算机等领域成为近年来的热点研究之一。传统的皮下脑波采集方法既复杂有不方便，因此很难推广到其他领域。随着人机借口技术的日益成熟，脑波采集技术也得到飞速发展。TGAM(ThinkGear AM)模块是美国NeuroSky(神念科技)公司为大众市场应用所设计的脑波传感器ASIC模块，也称TGAM脑电模块。此TGAM( ThinkGear AM)模块可以处理并输出脑波频率谱、脑电信号质量、原始脑电波和三个Neurosky的eSense参数:专注度，冥想度(也称放松度)和眨眼侦测。其中，冥想度数据(也称放松度指数)表明了使用者精神“平静度”水平或者“放松度”水平，该指数值的范围是O到100 JGAMdliinkGear AM)模块和人体的界面只需一个简单的干接触点，所以可以很容易的运用于玩具、视频游戏和健康设备中，又由于能耗小，适合用在以电池供电的便携式消费产品的应用上。为使用操作简便，美国NeuroSky公司推出一款的Mindwave MobiIe脑立方耳机，它可以输出脑电图原始数据、8个波段的脑波能量值和2个生物反馈值，2个生物反馈值分别为专注度和放松度。因而，需设计一种结构简单、设计合理且操作简便、使用效果好的智能门锁用脑电波控制电路，基于脑电接口完成门锁的开闭锁控制。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种智能门锁用脑电波控制电路，其结构简单、设计合理且操作简便、使用效果好，基于脑电接口简便完成门锁的开闭控制。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:一种智能门锁用脑电波控制电路，其特征在于:包括对门锁操控者的脑电波信号进行采集及预处理的脑电信号获取装置、对被控制门锁的门锁开闭驱动装置进行控制的主控芯片、与主控芯片连接的参数输入单元和对被控制门锁的开闭状态进行同步显示的显示单元，所述脑电信号获取装置与主控芯片之间以无线通信方式进行通信，所述显示单元与主控芯片连接;所述门锁开闭驱动装置为直流电机，所述主控芯片与所述直流电机的电机驱动电路连接;所述主控芯片为芯片STM32F103RBT6，所述电机驱动电路为电机驱动芯片L298N;
[0006]所述脑电信号获取装置为TGAM模块或Mindwave MobiIe脑立方耳机，所述TGAM模块包括对门锁操控者的脑电信号进行提取的脑电信号提取装置和对脑电信号提取装置所提取信号进行采样及预处理的脑电信号预处理装置，所述脑电信号预处理装置与脑电信号提取装置连接，所述脑电信号提取装置包括对门锁操控者左侧或右侧额叶区的电位进行实时采样的第一脑电电极以及对门锁操控者的耳部电位进行实时采样的第二脑电电极和第三脑电电极，所述第一脑电电极、第二脑电电极和第三脑电电极均与脑电信号预处理装置连接。
[0007]上述一种智能门锁用脑电波控制电路，其特征是:还包括对门锁开闭驱动装置进行手动控制的遥控器，所述遥控器与主控芯片之间以无线通信方式进行通信。
[0008]上述一种智能门锁用脑电波控制电路，其特征是:所述主控芯片与第一无线通信模块连接，所述Mindwave Mobile脑立方耳机或脑电信号预处理装置与第二无线通信模块连接，所述第一无线通信模块和第二无线通信模块均为蓝牙无线通信模块;所述主控芯片通过第一无线通信模块和第二无线通信模块与所述Mindwave MobiIe脑立方耳机或脑电信号预处理装置进行通信。
[0009]上述一种智能门锁用脑电波控制电路，其特征是:所述脑电信号预处理装置为美国NeuroSky公司研发的TGAM芯片。
[0010]上述一种智能门锁用脑电波控制电路，其特征是:所述第一脑电电极的输出端接TGAM芯片的EEG引脚，第二脑电电极的输出端接TGAM芯片的REF引脚，第三脑电电极的输出端接TGAM芯片的EEG_GND引脚。
[0011]上述一种智能门锁用脑电波控制电路，其特征是:所述直流电机的数量为两个;所述芯片STM32F103RBT6的PB15、PB14、PB13和PB12引脚分别与电机驱动芯片L298N的IN1、IN2、IN3和IN4引脚连接;所述电机驱动芯片L298N的OUTl引脚和0UT2引脚分别与一个所述直流电机的两个接线端连接，所述电机驱动芯片L298N的0UT3引脚和0UT4引脚分别与另一个所述直流电机的两个接线端连接。
[0012]上述一种智能门锁用脑电波控制电路，其特征是:还包括与电机驱动电路连接的电机正反转指示电路;所述电机正反转指示电路包括四个发光二极管，四个所述发光二极管分别为发光二极管L1、L2、L3和L4;所述发光二极管LI的阳极经电阻R3后接电机驱动芯片L298N的0UT2引脚且其阴极接电机驱动芯片L298N的OUTl引脚，发光二极管L2与发光二极管LI反向并联;所述发光二极管L3的阳极经电阻R4后接电机驱动芯片L298N的0UT3引脚且其阴极接电机驱动芯片L298N的0UT4引脚，发光二极管L4与发光二极管L3反向并联。
[0013]本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
[0014]1、电路简单、设计合理、接线方便且使用操作简便、使用效果好，能简便对门锁进行开闭控制，投入成本较低。
[0015]2、所采用的脑电信号获取装置为TGAM模块或Mindwave MobiIe脑立方耳机，TGAM模块或Mindwave Mobi Ie脑立方耳机均为美国NeuroSky公司所推出的成品产品，体积小、接线方便且使用操作简便。
[0016]3、将脑电信号获取装置和主控芯片相配合，实现门锁的脑波开闭控制，并且使用操作简便。
[0017]4、结构简单、设计合理且体积小，主控芯片布设在被控制门锁上，而所采用的脑电信号获取装置与主控芯片之间以无线通信方式通信，不仅操作简便，而且整体体积小、占用空间少且便于携带。
[0018]5、使用方式灵活，能实现门锁的脑波开闭控制，不必须人工设定防盗指令才能进入防盗状态，因而能实现智能防盗;并且，也能通过遥控器对门锁进行手动控制，更加方便、安全。
[0019]6、使用操作简便且使用效果好，能简便对门锁进行开闭控制，并能对被控制门锁的开闭状态进行直观指示。并且，实用价值高，能有效增大被控制门锁的安全性能，减小安全隐患。同时，使被控制门锁能满足行动不便、残疾人群的使用需求。
[0020]综上所述，本实用新型结构简单、设计合理且操作简便、使用效果好，基于脑电接口简便完成门锁的开闭控制。
[0021]下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0022]图1为本实用新型的电路原理框图。
[0023]图2为本实用新型脑电信号获取装置的电路原理图。
[0024]图3为本实用新型主控芯片和第一无线通信模块的电路原理图。
[0025]图4为本实用新型电机驱动电路和电机正反转指示电路的电路原理图。
[0026]图5为本实用新型显示单元的电路原理图。
[0027]附图标记说明:
[0028]I—脑电信号获取装置； 1-1 一脑电信号提取装置；
[0029]1-11—第一脑电电极；1-12—第二脑电电极；
[0030]^13 一第三脑电电极；1-2—脑电信号预处理装置；
[0031]2—主控芯片；3 —门锁开闭驱动装置；
[0032]4 一第一无线通信模块； 5—第二无线通信模块；
[0033]6 一显不单兀；7—电机驱动电路；8 一遥控器；
[0034]9 一参数输入单元；10—电机正反转指示电路；
[0035]11一第三无线通信模块。
【具体实施方式】
[0036]如图1、图2及图3所示，本实用新型包括对门锁操控者的脑电波信号进行采集及预处理的脑电信号获取装置1、对被控制门锁的门锁开闭驱动装置3进行控制的主控芯片2、与主控芯片2连接的参数输入单元9和对被控制门锁的开闭状态进行同步显示的显示单元6，所述脑电信号获取装置I与主控芯片2之间以无线通信方式进行通信，所述显示单元6与主控芯片2连接。所述门锁开闭驱动装置3为直流电机，所述主控芯片2与所述直流电机的电机驱动电路7连接。所述主控芯片2为芯片STM32F103RBT6，所述电机驱动电路7为电机驱动芯片L298N。
[0037]所述脑电信号获取装置I为TGAM模块或Mindwave MobiIe脑立方耳机，所述TGAM模块包括对门锁操控者的脑电信号进行提取的脑电信号提取装置1-1和对脑电信号提取装置1-1所提取信号进行采样及预处理的脑电信号预处理装置1-2，所述脑电信号预处理装置1-2与脑电信号提取装置1-1连接，所述脑电信号提取装置1-1包括对门锁操控者左侧或右侧额叶区的电位进行实时采样的第一脑电电极1-11以及对门锁操控者的耳部电位进行实时采样的第二脑电电极1-12和第三脑电电极1-13，所述第一脑电电极1-11、第二脑电电极1-12和第三脑电电极1-13均与脑电信号预处理装置1-2连接。
[0038]本实施例中，本实用新型还包括对门锁开闭驱动装置3进行手动控制的遥控器8，所述遥控器8与主控芯片2之间以无线通信方式进行通信。
[0039]并且，本实用新型还包括与主控芯片2连接的第三无线通信模块11，所述遥控器8通过第三无线通信模块11与主控芯片2进行通信。
[°04°] 本实施例中，所述主控芯片2与第一无线通信模块4连接，所述Mindwave Mobile脑立方耳机或脑电信号预处理装置1-2与第二无线通信模块5连接，所述第一无线通信模块4和第二无线通信模块5均为蓝牙无线通信模块;所述主控芯片2通过第一无线通信模块4和第二无线通信模块5与所述Mindwave Mobile脑立方耳机或脑电信号预处理装置1_2进行通
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[0041 ]本实施例中，所述脑电信号获取装置I为TGAM模块。现如今，美国NeuroSky公司已经研发出成品的TGAM模块，实际接线非常简便。
[0042]实际使用时，所述脑电信号获取装置I也可以为Mindwave Mobile脑立方耳机。
[0043]所述Mindwave Mobile脑立方耳机为美国NeuroSky(中文名:神念科技)公司研发的脑立方耳机。所述脑立方耳机从被测试者的额头处采集脑电信号(也称脑波数据)，所述脑立方耳机包括脑电电极和与脑电电极连接的脑电采集芯片(如TGAM模块)。所述脑立方耳机能对所采集脑电信号进行去伪波、放大、FFT(快速傅里叶变换)等处理，并能对50Hz工频干扰信号进行滤除。同时，所述脑立方耳机还能根据当前所采集的脑电信号相应给出专注度和冥想度(也称为放松度)的数值。因而，该脑立方耳机的功能完善，且使用操作简便。
[0044]如图2所示，所述脑电信号预处理装置1-2为美国NeuroSky公司研发的TGAM芯片。
[0045]实际接线时，所述第一脑电电极1-11的输出端接TGAM芯片的EEG引脚，第二脑电电极1-12的输出端接TGAM芯片的REF引脚，第三脑电电极I _ 13的输出端接TGAM芯片的EEG_GND引脚。实际使用时，所述第二脑电电极1-12为参考电极。
[0046]实际使用过程中，所述TGAM芯片的EEG端输入第一脑电电极1-11所采样的脑电信号，EEG_shiled端的作用是屏蔽在第一脑电电极1-11所采样脑电信号输入TGAM芯片之前这段时间的干扰;REF端输入第二脑电电极1-2所采样的脑电信号，将第二脑电电极1-12所采样的耳部脑电信号作为参考电位，能有效滤除自发式脑电波;REF_shiled端主要是屏蔽第二脑电电极1-12所采样脑电信号输入TGAM芯片之前这段时间的干扰;脑波地线也连接在人体的耳部，即第三脑电电极1-13所采样的脑电信号，主要的作用是为了屏蔽人体头部以下电波的影响，譬如心电波就是一种比较强的干扰波，脑波地线的连接能有效滤除心电波。也就是说，第二脑电电极1_13为米集脑电波接地彳目号的电极。
[0047]本实施例中，所述TGAM芯片的型号为TGAMl，所述第一无线通信模块4和第二无线通信模块5均为BlueTooth芯片。实际接线时，所述TGAM芯片的TXD引脚与第一无线通信模块4的RXD引脚连接。所述TGAM芯片的电源端和TGAM芯片的VCC管脚均接+3.3V电源端。
[0048]如图3所示，所述芯片STM32F103RBT6的VBAT引脚接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极接电池BATI的正极，电池BATI的负极接地。所述芯片STM3 2F103RBT6的NRST弓I脚经复位按键KEY_M后接地，复位按键KEY_M上并接有电容Cl，且芯片STM32F103RBT6的NRST引脚经电阻Rl后接+3.3V电源端。所述芯片STM32F103RBT6的VBAT引脚接二极管Dl的阴极，二极管Dl的阳极接+3.3V电源端。
[0049] 实际接线时，所述芯片STM32F103RBT6的PC14引脚和PC14引脚分别与晶振Yl的两个接线端连接，且芯片STM32F103RBT6的PC14引脚和PC14引脚分别经电容C2和C3后接地。所述芯片STM32F103RBT6的PDO引脚和PDl引脚分别与晶振Y2的两个接线端连接，且芯片STM32F103RBT6的I3DO引脚和I3Dl引脚分别经电容C4和C5后接地，晶振Y2上并接有电阻R2。所述芯片STM32F103RBT6的VSSA引脚经电容C7后与其VDDA引脚连接，电容C7上并接有电容C6，芯片STM32F103RBT6的VDDA引脚经电阻R3后接+3.3V电源端。所述芯片STM32F103RBT6的VSS引脚接地且其VDD引脚接+3.3V电源端。
[°°50] 本实施例中，如图5所示，所述显示单元6为液晶显示屏LCD12864。所述液晶显示屏IXD12864的VSS引脚接地且其VDD引脚接VCC电源端，所述液晶显示屏IXD12864的VSS引脚与滑动电阻器Rz的一个固定端连接，滑动电阻器Rz的滑动端和另一个固定端均接地。所述VCC电源端为+5V电源端。
[0051 ] 所述芯片STM32F103RBT6的PC8引脚和PC7引脚分别与液晶显示屏LCD12864的RS引脚和 R/W 引脚连接，所述芯片 STM32F103RBT6 的 PB11、PB0、PB2、PB3、PB4、PB5、PB6、PB7、PB8、?89、？81和？810引脚分别接液晶显示屏1^:012864的080、081、082、083、084、085、086、087、PSB、NC、E和VEE引脚。所述芯片STM32F103RBT6的PClO引脚接液晶显示屏LCD12864的BLA引脚连接。
[0052]实际接线时，所述芯片STM32F103RBT6的？0)1引脚和？0)2引脚分别与第一无线通信模块4的TXD引脚和RXD引脚连接。
[0053]本实施例中，如图4所示，所述直流电机的数量为两个;所述芯片STM32F103RBT6的roi5、PB14、PB13和roi2引脚分别与电机驱动芯片L298N的IN1、IN2、IN3和IN4引脚连接;所述电机驱动芯片L298N的OUTl引脚和0UT2引脚分别与一个所述直流电机的两个接线端连接，所述电机驱动芯片L298N的0UT3引脚和0UT4引脚分别与另一个所述直流电机的两个接线端连接。
[0054]同时，本实用新型还包括与电机驱动电路7连接的电机正反转指示电路10;所述电机正反转指示电路10包括四个发光二极管，四个所述发光二极管分别为发光二极管L1、L2、L3和L4;所述发光二极管LI的阳极经电阻R3后接电机驱动芯片L298N的0UT2引脚且其阴极接电机驱动芯片L298N的OUTl引脚，发光二极管L2与发光二极管LI反向并联;所述发光二极管L3的阳极经电阻R4后接电机驱动芯片L298N的0UT3引脚且其阴极接电机驱动芯片L298N的0UT4引脚，发光二极管L4与发光二极管L3反向并联。
[0055]本实施例中，两个所述直流电机分别为电机BI和电机B2。
[0056]实际接线时，所述电机驱动芯片L298N的OUTl引脚分别与二极管Dll的阳极和二极管D15的阴极连接，电机驱动芯片L298N的0UT2引脚分别与二极管DlO的阳极和二极管D14的阴极连接，电机驱动芯片L298N的0UT3引脚分别与二极管D12的阳极和二极管D16的阴极连接，电机驱动芯片L298N的0UT4引脚分别与二极管D13的阳极和二极管D17的阴极连接，二极管D10、D11、D12和D13的阴极均接VCC电源端，二极管D14、D15、D16和D17的阴极均接地。
[0057]实际使用过程中，先通过参数输入单元9输入冥想度判断阈值;再通过脑电信号获取装置I对门锁操控者的脑波信号进行采集并自动输出当前状态下门锁操控者的冥想度M，并将冥想度M传送至主控芯片2;所述主控芯片2接收到脑电信号获取装置I所传送的冥想度M后，将当前状态下的冥想度M与预先输入的冥想度判断阈值进行阈值比较，并输出数字信号O或I;所述电机驱动芯片L298N对主控芯片2输出的数字信号O或I进行接收，并对所述直流电机进行控制。实际使用时，所述主控芯片2为一个比较控制器，因而任何具有数值比较功能的比较器或控制芯片均可对主控芯片2进行替代。实际使用时，当前状态下门锁操控者的冥想度M大于冥想度判断阈值时，认为此时为疲劳状态，主控芯片2控制所述直流电机对被控制门锁进行闭合操作，自动关闭门锁;否则，认为此时为清醒状态，主控芯片2控制所述直流电机对被控制门锁进行开启操作，自动打开门锁。因而，忘记反锁门时，能对被控制门锁进行反锁，更加安全、智能。
[0058]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
【主权项】
1.一种智能门锁用脑电波控制电路，其特征在于:包括对门锁操控者的脑电波信号进行采集及预处理的脑电信号获取装置(I)、对被控制门锁的门锁开闭驱动装置(3)进行控制的主控芯片(2)、与主控芯片(2)连接的参数输入单元(9)和对被控制门锁的开闭状态进行同步显示的显示单元(6)，所述脑电信号获取装置(I)与主控芯片(2)之间以无线通信方式进行通信，所述显示单元(6)与主控芯片(2)连接;所述门锁开闭驱动装置(3)为直流电机，所述主控芯片(2)与所述直流电机的电机驱动电路(7)连接；所述主控芯片(2)为芯片STM32F103RBT6，所述电机驱动电路(7)为电机驱动芯片L298N; 所述脑电信号获取装置(I)为TGAM模块或Minchrave Mobi I e脑立方耳机，所述TGAM模块包括对门锁操控者的脑电信号进行提取的脑电信号提取装置(1-1)和对脑电信号提取装置(1-1)所提取信号进行采样及预处理的脑电信号预处理装置(1-2)，所述脑电信号预处理装置(1-2)与脑电信号提取装置(1-1)连接，所述脑电信号提取装置(1-1)包括对门锁操控者左侧或右侧额叶区的电位进行实时采样的第一脑电电极(1-11)以及对门锁操控者的耳部电位进行实时采样的第二脑电电极(1-12)和第三脑电电极(1-13)，所述第一脑电电极(1-11)、第二脑电电极(1-12)和第三脑电电极(1-13)均与脑电信号预处理装置(1-2)连接。2.按照权利要求1所述的一种智能门锁用脑电波控制电路，其特征在于:还包括对门锁开闭驱动装置(3)进行手动控制的遥控器(8)，所述遥控器(8)与主控芯片(2)之间以无线通信方式进行通信。3.按照权利要求1或2所述的一种智能门锁用脑电波控制电路，其特征在于:所述主控芯片(2)与第一无线通信模块(4)连接，所述Mindwave MobiIe脑立方耳机或脑电信号预处理装置(1-2)与第二无线通信模块(5)连接，所述第一无线通信模块(4)和第二无线通信模块(5)均为蓝牙无线通信模块;所述主控芯片(2)通过第一无线通信模块(4)和第二无线通信模块(5)与所述Mindwave Mobile脑立方耳机或脑电信号预处理装置(1_2)进行通信。4.按照权利要求1或2所述的一种智能门锁用脑电波控制电路，其特征在于:所述脑电信号预处理装置(1-2)为美国NeuroSky公司研发的TGAM芯片。5.按照权利要求4所述的一种智能门锁用脑电波控制电路，其特征在于:所述第一脑电电极(1-1 I)的输出端接TGAM芯片的EEG引脚，第二脑电电极(1-12)的输出端接TGAM芯片的REF引脚，第三脑电电极(1-13)的输出端接TGAM芯片的EEG_GND引脚。6.按照权利要求1或2所述的一种智能门锁用脑电波控制电路，其特征在于:所述直流电机的数量为两个;所述芯片STM32F103RBT6的roi5、PB14、roi3和roi2引脚分别与电机驱动芯片L298N的INl、IN2、IN3和IN4引脚连接;所述电机驱动芯片L298N的OUTl引脚和0UT2引脚分别与一个所述直流电机的两个接线端连接，所述电机驱动芯片L298N的0UT3引脚和0UT4引脚分别与另一个所述直流电机的两个接线端连接。7.按照权利要求6所述的一种智能门锁用脑电波控制电路，其特征在于:还包括与电机驱动电路(7)连接的电机正反转指示电路(10);所述电机正反转指示电路(10)包括四个发光二极管，四个所述发光二极管分别为发光二极管L1、L2、L3和L4;所述发光二极管LI的阳极经电阻R3后接电机驱动芯片L298N的0UT2引脚且其阴极接电机驱动芯片L298N的OUTl引脚，发光二极管L2与发光二极管LI反向并联;所述发光二极管L3的阳极经电阻R4后接电机驱动芯片L298N的0UT3引脚且其阴极接电机驱动芯片L298N的0UT4引脚，发光二极管L4与发光二极管L3反向并联。
【文档编号】G07C9/00GK205541019SQ201620093243
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月29日
【发明人】王敏, 秦学斌, 李郁, 赵静
【申请人】西北工业大学明德学院