专利名称：冲动控制仪及其控制方法
技术领域：
本发明属电子检测及控制范畴，具体是冲动控制仪及其控制方法。
(ニ)
背景技术：
个人情绪如不能控制会导致不希望看到的现象发生，由于个人冲动，往往会导致无法预料的恶劣后果。健康心理学杂志2000年第8卷第5期592页-595页，邓志祥，徐学俊发表了《小学生冲动行为干预研究报》，讲了人为干预小学生冲动的方法，这种方法采用了人工干预控制学生冲动，实用范围有限。中国临床心理学杂志2006年第14卷第5期455-456页，周亮，何晓燕，肖水源发表了《冲动测量的方法学问题》，介绍了几种冲动测量的方法，但所介绍的方法都不能实时测量。冲动的产生具有瞬时性，冲动必须在其产生的瞬间得到控制。本发明用于在冲动的产生时发现冲动，及时发出冲动预警并控制冲动发生的控制仪，以免造成不必要的后果。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够在冲动发生的瞬间及时发现并控制冲动的检测控制仪。这种仪器通过采集个人语音的变化，捕捉情绪的变化，实时监控个人情绪，重点监控个人冲动的产生，并发出信号抑制冲动，以免造成不必要的损失和后果。本发明的目的是这样达到的控制仪由冲动信号采集模块、冲动信号分析处理模块和冲动控制模块三部分组成。冲动信号采集是语音采集模块，冲动信号分析处理是冲动迹象计算模块，语音采集模块采集到语音信号后，将信号输出到冲动迹象计算模块的输入端，在冲动迹象计算模块中对语音信号进行情感计算，计算结果输出到冲动控制，在软件控制下由冲动控制模块进行冲动控制。冲动控制模块是语音播放模块，语音播放模块的输入端连接在冲动迹象计算模块的输出端，在语音播放模块的输出端连接有语音功率放大模块。冲动控制模块是人体刺激模块，人体刺激模块是带电动机的金属球，冲动迹象计算模块的输出端连接在电动机的输入控制端上，在电动机的转轴上连接ー根弹簧，弹簧的另一端连接金属球，整个冲动控制器放置在一个软套内。所述语音播放模块的输出端加装耳机，在冲动迹象计算模块的输出端连接有切換开关，冲动迹象计算按照情感计算结果对切换开关进行控制。所述语音播放模块的输出端加装耳机，在冲动迹象计算的输出端连接有切换开关，冲动迹象计算按照情感计算结果对切换开关进行控制、进而对语音播放模块进行控制，在冲动迹象计算模块加无线传输模块、有线传输模块、键盘输入模块和显示模块，无线传输模块、有线传输模块分别与上位机连接。所述语音采集模块的语音编码芯片UAl采用TLV320AIC23PW芯片。所述冲动迹象计算模块是DSP主芯片电路，数字信号处理芯片采用TMS320F2812芯片，在数字信号处理芯片上加有DSP复位电路、DSP调试与仿真接ロ。
冲动控制对语音信号进行监控，采集的语音信号由冲动迹象计算模块进行语音计算，判别能量E和平均基音频率P的值，当语音特征发生变化，超出规定的阈值后启动冲动控制模块，进行冲动控制。冲动控制的主程序流程是程序开始后，采集语音信号，冲动迹象计算模块对语音进行计算，判断是否有冲动迹象，是，进行冲动控制，否，返回继续采集信号计算。冲动迹象计算模块对语音进行计算的程序流程是输入语音信号s[n]，对语音信号s[n]进行分帧处理，得到分帧信号Xm[n]，其中，每帧信号长度为N，I秒内帧个数为m ;用
能量计算公式ち,=log<对每个分帧信号计算能量Em ;然后计算5秒内m帧信号的平
均能量E，其计算公式为E=SEンm ;在对输入语音信号进行分帧处理的同时，计算每帧信号的基音频率Rm:首先计算每帧信号的自相关函数，其计算公式为其计算公式为
JV-I*-]Km= Za/K,(/+々), RfflOO为自相关函数，其中k的取值为从0到N，得到自相关
J u
序列[Rm(l)，Rm(2)- Rm(N)], j的取值为0到N-k-1，N为xm[n]的长度，m为帧的个数，然后寻找RniGO的峰值Rm peak，两个峰值Rm lreak之间的距离即为基音频率；接着求5秒内m帧
信号的平均基音频率P，计算公式为P = YdPm Im ；判别能量E和平均基音频率P的值，如果5秒内语音信号能量E和平均基音频率P都超过设定的阈值，则认为说话人有冲动迹象。本发明的积极效果是I、能够通过监控个人语音信息，计算个人情绪，及时发现冲动的产生，发出信号避免冲动，以免造成不必要的损失。2、控制仪结构简单实用，操作容易，实用价值大。
图I冲动控制模块为语音播放模块时控制仪的结构示意图。图2冲动控制模块为人体刺激模块时控制仪的结构示意图。图3是在语音播放模块加有耳机时控制仪的结构示意图。图4是在语音播放模块的输出端加装耳机，在冲动迹象计算模块加无线传输模块、有线传输模块、键盘输入模块和显示模块时控制仪的结构示意图。图5使用上位机时控制仪示意图。图6语音采集模块电路图。图7-广图7-4是冲动迹象计算模块电路图。图8是DSP复位电路图。图9是DSP调试与仿真接ロ电路图。图10是DSP的存储器电路图。图11语音播放模块电路图。图12语音功率放大电路图。图13是人体刺激模块结构示意图。图14是人体刺激模块中电动机驱动电路图。
图15是切换开关电路图。图16无线传输模块电路图。图17有线通信模块电路图。图18键盘输入模块电路图。图19显示模块电路图。图20控制仪主程序流程图。图21冲动迹象计算程序流程图。图中，1电动机,2电动机转轴,3弹簧,4金属球。
具体实施例方式本发明对冲动的控制采用对使用者的语音特征值进行是否有冲动迹象的判断。语 音采集由语音采集模块完成。冲动迹象计算模块对冲动控制模块进行控制。由控制模块对冲动行为进行干预、控制。控制模块可采用几种控制方式。图I给出的是控制模块采用语音播放模块的方式。语音采集模块采集的信号送入冲动迹象计算模块计算后，当发现有冲动的迹象，冲动迹象计算模块即对语音播放模块控制，发出语音提醒。语音功率放大器放大语音，加强抑制冲动。图2采用的是冲动控制模块为人体刺激模块的方式。整个冲动控制器放置在ー个软套内，固定在手腕或手臂上。图13、14给出了人体刺激模块的结构，是带电动机I的金属球4。冲动迹象计算模块的输出端连接在电动机的输入控制端上，在电动机的转轴2上连接一根弹簧3，弹簧的另一端连接金属球4。当发现冲动的迹象时，通过刺激肌肉进行提醒，以避免冲动的发生。图3给出的是在语音播放模块的输出端加装耳机的方式。在冲动迹象计算模块的输出端连接有切换开关，冲动迹象计算按照情感计算结果对切换开关进行控制。当没有冲动迹象吋，当普通耳机使用，当有冲动迹象时，通过切换开关，切到冲动语音提醒模式。耳机输入是耳机的输入接插件，连接到其它音频设备的耳机输出ロ。切換开关受冲动迹象计算模块的控制，当没有冲动迹象吋，开关将耳机输入与耳机输出连通，当有冲动迹象吋，切換开关将语音播放输出与耳机输出连通。耳机输出是耳机的声音输出，当没有冲动迹象吋，与耳机的输入接ロ插件连接，当有冲动迹象时，与语音播放输出连接。切换开关电路图如图15所示。图中，SE1、SE2为模拟多路开关，型号TS5A3153，，由美国TEXAS INSTRUMENTS公司生产，SEL_EN、SEL_IN连接冲动迹象计算模块，SP+、SP-为语音播放模块输出，Jl本切换模块耳机输入接ロ，连接其它音频设备的耳机输出。J2为本切换模块耳机输出接ロ，连接耳机的输入。图4给出的是在语音播放模块的输出端加装耳机，在冲动迹象计算模块加无线传输模块、有线传输模块、键盘输入模块和显示模块的控制方式。冲动迹象计算的输出端连接有切換开关，冲动迹象计算按照情感计算结果对切换开关进行控制，冲动迹象计算模块对语音播放模块进行控制。本方案中，在冲动迹象计算模块加无线传输模块、有线传输模块、键盘输入模块和显示模块，无线传输模块、有线传输模块分别与上位机连接。无线传输模块将冲动迹象计算模块计算得到的冲动状态以及语音信号传输给上位机，并传输上位机的指令和控制。有线通信模块将冲动迹象计算模块计算得到的冲动状态以及语音信号传输给上位机，并传输上位机的指令和控制，键盘输入模块设置计算模式。显示模块用于显示计算数据、工作状态、控制状态。图16是无线传输模块电路图。无线传输芯片UWl为CC2520，美国TEXAS INSTRUMENTS公司生产，无线传输前端芯片UW2为CC2591，美国TEXAS INSTRUMENTS公司生产。有线通信模块电路图如图17，其中，模块UC2为AX3232CSE，用于RS232通信接ロ，由美国TI公司生产。键盘输入模块和显示模块如图18、19。无论采用哪种控制模块，本控制仪使用时可单独使用，也可通过通信模块与上位机连接使用。上位机时控制仪连接关系如图5所示。上位机可以是计算机或平板电脑，通信模块是无线通信模块或有线通信模块。在上位机的控制下，通过无线传输模块或有线通信模块为冲动计算模块设置控制命令，设置冲动计算模块的计算模式、语音播报信息。冲动计算模块根据所设置的计算模式和所输入的语音信息，分析计算使用者的情感，分析冲动状态。当发现有冲动迹象时，语音提醒或刺激人体肌肉，抑制冲动的发生。冲动迹象计算模 块，可以通过通信模块将语音信号以及冲动状态发送给上位机。上位机除了可以发送控制指令外，还可以存储冲动状态和语音信号，存储被测人的资料，对被测人的冲动行为进行分祈。本发明的语音采集模块的语音编码芯片UAl采用TLV320AIC23PW芯片。由美国TEXAS INSTRUMENTS公司生产，电路图如图6所示。语音播放模块采用的语音芯片UC8型号为ISD2560，台湾winbond电子公司生产，电路图如图11所示。语音功率放大模块采用音频功率放大集成电路UAl，型号TPA711，，美国TEXAS INSTRUMENTS公司生产，如图12所示。图疒图10是冲动迹象计算模块电路图。冲动迹象计算模块实际上是ー个DSP主芯片技算与控制模块。数字信号处理芯片UCl采用TMS320F2812芯片。在数字信号处理芯片上加有DSP复位电路、DSP调试与仿真接口和存储器。存储器为CY1021，生产厂家是美国Sharma Electro しomponents 公 ロJ。研究表明，当人冲动时，其语音与正常情緒下的语音信号相比，某些语音特征会发生变化，如声调升高(基音频率增加)，声量増加等。本发明实时采集说话人声音，通过对语音參数的监控，判别说话人情绪状态，采用对语音控制控制的方法进行冲动控制。采集的语音信号由冲动迹象计算模块进行语音计算，判别能量E和平均基音频率P的值，当语音特征发生变化，超出规定的阈值后启动冲动控制模块，进行冲动控制。冲动控制的主程序流程是程序开始后，采集语音信号，冲动迹象计算模块对语音进行计算，判断是否有冲动迹象，是，进行冲动控制，否，返回继续采集信号计算。冲动迹象计算模块对语音进行计算的程序流程是输入语音信号s[n]，对语音信号s[n]进行分帧处理，得到分帧信号xm[n]，其中，每帧信号长度为N，I秒内帧个数为m ；
用能量计算公式= Iogx;,对每个分帧信号计算能量Em ;然后计算5秒内m帧信号
的平均能量E，其计算公式为E=SEmAi ;在对输入语音信号进行分帧处理的同吋，计算每帧信号的基音频率Rm:首先计算每帧信号的自相关函数，其计算公式为其计算公式为
Km= 'IiSiKU+k),柳为自相关函数，其中k的取值为从0到N，得到自相关序列
J O, j的取值为0到N-k-1，N为xm[n]的长度，m为帧的个数，然后寻找Rm(k)的峰值Rm peak,两个峰值Rnujeak之间的距离即为基音频率；接着求5秒内m帧信号的平均基音频率P，计算公式为
权利要求
1.一种冲动控制仪，其特征在于控制仪由冲动信号采集模块、冲动信号分析处理模块和冲动控制模块三部分组成，冲动信号采集是语音采集模块，冲动信号分析处理是冲动迹象计算模块，语音采集模块采集到语音信号后，将信号输出到冲动迹象计算模块的输入端，在冲动迹象计算模块中对语音信号进行情感计算，计算结果输出到冲动控制，在软件控制下由冲动控制模块进行冲动控制； 冲动控制模块是语音播放模块，语音播放模块的输入端连接在冲动迹象计算模块的输出端，在语音播放模块的输出端连接有语音功率放大模块； 冲动控制模块是人体刺激模块，人体刺激模块是带电动机的金属球，冲动迹象计算模块的输出端连接在电动机的输入控制端上，在电动机的转轴上连接一根弹簧，弹簧的另一端连接金属球，整个冲动控制器放置在一个软套内。
2.如权利要求I所述的冲动控制仪，其特征在于所述语音播放模块的输出端加装耳机，在冲动迹象计算模块的输出端连接有切换开关，冲动迹象计算按照情感计算结果对切换开关进行控制。
3.如权利要求I所述的冲动控制仪，其特征在于所述语音播放模块的输出端加装耳机，在冲动迹象计算的输出端连接有切换开关，冲动迹象计算按照情感计算结果对切换开关进行控制、进而对语音播放模块进行控制，在冲动迹象计算模块加无线传输模块、有线传输模块、键盘输入模块和显示模块，无线传输模块、有线传输模块分别与上位机连接。
4.如权利要求I或2或3所述的冲动控制仪，其特征在于所述语音采集模块的语音编码芯片UAl采用TLV320AIC23PW芯片。
5.如权利要求I或2或3所述的冲动控制仪，其特征在于所述冲动迹象计算模块是DSP主芯片电路，数字信号处理芯片采用TMS320F2812芯片，在数字信号处理芯片上加有DSP复位电路、DSP调试与仿真接口。
6.一种冲动控制方法，其特征在于冲动控制对语音信号进行监控，采集的语音信号由冲动迹象计算模块进行语音计算，判别能量E和平均基音频率P的值，当语音特征发生变化，超出规定的阈值后启动冲动控制|吴块，进彳丁冲动控制； 冲动控制的主程序流程是程序开始后，采集语音信号，冲动迹象计算模块对语音进行计算，判断是否有冲动迹象，是，进行冲动控制，否，返回继续采集信号计算。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于冲动迹象计算模块对语音进行计算的程序流程是输入语音信号s [n]，对语音信号s [n]进行分帧处理，得到分帧信号xm[n]，其中，每帧信号长度为N，I秒内帧个数为m ;用能量计算公式= -x2m Iog^,对每个分帧信号计算能量Em ;然后计算5秒内m帧信号的平均能量E，其计算公式为 E=2Em/m ;在对输入语音信号进行分帧处理的同时，计算每帧信号的基音频率Rm :首先计算每帧信号的自相关函数，其计算公式为
全文摘要
本发明公开了一种冲动控制仪以及控制方法。对控制对象的语音进行检测，控制仪由语音采集模块，冲动迹象计算模块和冲动控制模块三部分组成。语音采集模块将信号输出到冲动迹象计算模块的输入端，在冲动迹象计算模块中对语音信号进行情感计算，计算结果输出到冲动控制，在软件控制下由冲动控制模块进行冲动控制。冲动控制模块是语音播放模块或人体刺激模块。语音播放模块上可以连接耳机，冲动迹象计算模块连接通过传输模块与上位机连接。本发明对语音信号进行监控，采集的语音信号由冲动迹象计算模块进行语音计算，当语音特征发生变化，超出规定的阈值后启动冲动控制模块，进行冲动控制。本发明可对冲动行为进行干预、控制。控制仪简单实用。
文档编号A61B5/16GK102764475SQ201210275718
公开日2012年11月7日 申请日期2012年8月5日 优先权日2012年8月5日
发明者何凌, 李文正, 莫思特 申请人:四川大学