CN105677020A - 电子控制设备 - Google Patents

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文桦
张亚军
魏迎军
李通
刘道广
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    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/011—Arrangements for interaction with the human body, e.g. for user immersion in virtual reality
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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Abstract

本发明公开了一种电子控制设备，佩戴头盔内侧设有脑电信号采集模块，用于通过传感器采集枕部及中央区脑电信号，并将数据通过数据传输模块发送到脑电信号处理模块；电路板上设有脑电信号处理模块，中央处理器，数据采集模块，仿真模型建立模块和声控修订模块。本发明通过脑电波和声控命令结合进行电子设备的控制，使用方便，同时每个命令在执行前，均会进行动画模拟，从而使用更加安全，控制更加精确。

Description

电子控制设备
技术领域
本发明涉及电子控制领域，具体涉及电子控制设备。
背景技术
脑机接口的概念始于1973年，它是在人或动物脑与外部设备间建立的直接连接通路。自上世纪70年代以来，随着神经科学和计算机技术的发展，脑机接口取得了很大进展。目前，根据脑信号获取的方式的不同，脑机接口可分为侵入式和非侵入式，直接将电极植入到脑壳内称为侵入式BCl；从头皮获取信号则称为非侵入BCl。脑电是脑细胞群体发放电所产生的宏观现象，当大脑活动的时候，会产生特定的脑电信号。对于侵入式脑机接口因将电极置入大脑，可以直接从大脑皮层提取到信噪比较高的脑电信号。但对于非侵入脑机接口，则通常通过戴电极帽、红外成像、功能核磁共振等方式来获取脑电信号。
由于非侵入式BCl的研究，只需要通过特定的设备在大脑皮层的表面直接进行脑电信号的采集和处理，且不需要进行外科手术，因此非侵入式一直是BCl研究热点。非侵入式BCl由于脑电信号(EEG)的时间分辨率高，且采集设备具有容易携带、便于使用等优势，是一种实用的脑机接口方式。基于EEG的非侵入式BCl，根据神经生理学机理可分为：基于运动想象的BCl***、基于事件相关电位的BCl***、基于视觉诱发电位的BCl***等。
近几年，脑机接口的相关研究取得了很大的发展，脑机接口在脑科学、神经科学、生物医学工程、信息，控制科学等领域都产生了很多应用。而在多自由度的运动控制方面的应用主要有虚拟环境漫游、计算机鼠标模拟、自动车控制(包括模型车、机器人、轮椅控制等)、假肢控制等。但由于离散控制的内在的缺陷，很难做到平滑，快速的控制。而单独依靠运动想象的实现则需要对使用者进行很长时间的训练，而且对使用者的依赖性很强。
随着智能移动终端(SmartPhone及SmartDevice)的普及，人们对信息摄取的渴望愈加强烈，期望能随时随地获取各种信息。但现有的智能移动终端如手机和PAD，虽然小巧，但操作时需要用户手指接触该智能移动终端进行，头偏转到智能移动终端的屏幕方向，而且进行操作时需要眼睛一直关注该终端。因此，如果需要在走路、从事各种劳动或者进行娱乐活动的同时操作智能移动终端时，仍会产生诸多不便，不但影响人们的注意力，而且会造成一定的安全隐患。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种电子控制设备，通过脑电波和声控命令结合进行电子设备的控制，使用方便，同时每个命令在执行前，均会进行动画模拟，从而使用更加安全，控制更加精确。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
电子控制设备，包括佩戴头盔以及安装在佩戴头盔内的电路板，佩戴头盔内侧设有脑电信号采集模块，用于通过传感器采集枕部及中央区脑电信号，并将数据通过数据传输模块发送到脑电信号处理模块；电路板上设有
脑电信号处理模块，包括脑电信号滤波模块、GSP转换模块和特征提取模块，用于对采集到的脑电信号进行预处理和特征提取，并将处理后的数据发送到中央处理器；
中央处理器，用于通过预设的算法进行相应控制命令的生成，并将生成的控制命令通过控制命令输出模块输出至仿真模型建立模块；
数据采集模块，用于采集带控制电子设备的外部结构数据和内部构造数据，并将采集到的数据发送到仿真模型建立模块；
仿真模型建立模块，用于将接收到的数据采集模块发送的数据和中央处理器发送的控制命令进行融合后生成仿真模型，并将生成的仿真模型数据发送到微型3D投影仪进行投影展示；
声控修订模块，用于对中央处理器生成的控制命令进行声控修改，并将修改后的命令通过指令发送模块发送到电子设备。
其中，所述数据采集模块包括摄像头和安装在佩戴头盔一侧且与电路板相连的USB接口。
其中，所述声控修订模块采用微型麦克风。
其中，所述指令发送模块采用射频发射器，通过无线与电子设备实现通讯。
其中，所述佩戴头盔上还安装有微型扬声器。
其中，所述脑电信号滤波模块，用于对脑电信号进行低通滤波，去除工频干扰，所述GSP转换模块，用于将滤波后的脑电信号转换成信号的特征模式，所述特征提取模块，用于提取每个通道信号的幅值，并将其连接起来构成一个完整的特征向量。
其中，所述仿真模型建立模块中仿真模型通过以下步骤建立：
S1、根据所接收到的数据采集模块发送的数据以及平顺性和操纵稳定性参数要求，使用ADAMS建立电子设备***的动力学模型，获得ADAMS硬点文件；
S2、读取ADAMS硬点文件中各硬点的坐标数值，形成一个可修改的硬点表，硬点表中包括各硬点坐标名称，以及每一硬点对应的坐标数值、以及相邻两个坐标之间在距离值；
S3、根据硬点表，建立一硬点电子设备构造模型，电子设备构造模型中包括电子设备的所有硬点坐标；
S4、对硬点电子设备构造模型进行参数化处理，使硬点电子设备构造模型与硬点表建立关联，并发布硬点电子设备构造模型中已关联的各硬点；
S5、根据硬点电子设备构造模型，建立电子设备各部件的电子设备构造点线模型，每个部件的电子设备构造点线模型包括所述发布的硬点中相应部分硬点，并保持相应的关联关系，
S6、根据部件的电子设备构造线模型设计部件的详细数模；
S9、建立电子设备***点线DMU模型，并将各部件的详细数模装饰到电子设备***点线DMU模型的相应点线部件上，获得电子设备仿真模块；
S10、将所接收到的中央处理器发送的控制命令转换成相应的硬点坐标，从而使得电子设备根据不同的硬点坐标呈现不同的工作状态。
本发明具有以下有益效果：
通过脑电波和声控命令结合进行电子设备的控制，使用方便，同时每个命令在执行前，均会进行动画模拟，从而使用更加安全，控制更加精确。
附图说明
图1为本发明实施例一种电子控制设备的结构示意图。
图2为本发明实施例一种电子控制设备的内部***框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-2所示，本发明实施例提供了一种电子控制设备，包括佩戴头盔1以及安装在佩戴头盔1内的电路板，佩戴头盔1内侧设有脑电信号采集模块，用于通过传感器采集枕部及中央区脑电信号，并将数据通过数据传输模块发送到脑电信号处理模块；电路板上设有
脑电信号处理模块，包括脑电信号滤波模块、GSP转换模块和特征提取模块，用于对采集到的脑电信号进行预处理和特征提取，并将处理后的数据发送到中央处理器；
中央处理器，用于通过预设的算法进行相应控制命令的生成，并将生成的控制命令通过控制命令输出模块输出至仿真模型建立模块；
数据采集模块，用于采集带控制电子设备的外部结构数据和内部构造数据，并将采集到的数据发送到仿真模型建立模块；
仿真模型建立模块，用于将接收到的数据采集模块发送的数据和中央处理器发送的控制命令进行融合后生成仿真模型，并将生成的仿真模型数据发送到微型3D投影仪3进行投影展示；
声控修订模块，用于对中央处理器生成的控制命令进行声控修改，并将修改后的命令通过指令发送模块发送到电子设备。
所述数据采集模块包括摄像头4和安装在佩戴头盔1一侧且与电路板相连的USB接口。
所述声控修订模块采用微型麦克风7。
所述指令发送模块采用射频发射器8，通过无线与电子设备实现通讯。
所述佩戴头盔1上还安装有微型扬声器。
所述脑电信号滤波模块，用于对脑电信号进行低通滤波，去除工频干扰，所述GSP转换模块，用于将滤波后的脑电信号转换成信号的特征模式，所述特征提取模块，用于提取每个通道信号的幅值，并将其连接起来构成一个完整的特征向量。
所述仿真模型建立模块中仿真模型通过以下步骤建立：
S1、根据所接收到的数据采集模块发送的数据以及平顺性和操纵稳定性参数要求，使用ADAMS建立电子设备***的动力学模型，获得ADAMS硬点文件；
S2、读取ADAMS硬点文件中各硬点的坐标数值，形成一个可修改的硬点表，硬点表中包括各硬点坐标名称，以及每一硬点对应的坐标数值、以及相邻两个坐标之间在距离值；
S3、根据硬点表，建立一硬点电子设备构造模型，电子设备构造模型中包括电子设备的所有硬点坐标；
S4、对硬点电子设备构造模型进行参数化处理，使硬点电子设备构造模型与硬点表建立关联，并发布硬点电子设备构造模型中已关联的各硬点；
S5、根据硬点电子设备构造模型，建立电子设备各部件的电子设备构造点线模型，每个部件的电子设备构造点线模型包括所述发布的硬点中相应部分硬点，并保持相应的关联关系，
S6、根据部件的电子设备构造线模型设计部件的详细数模；
S9、建立电子设备***点线DMU模型，并将各部件的详细数模装饰到电子设备***点线DMU模型的相应点线部件上，获得电子设备仿真模块；
S10、将所接收到的中央处理器发送的控制命令转换成相应的硬点坐标，从而使得电子设备根据不同的硬点坐标呈现不同的工作状态。
所述硬点表通过以下步骤建立：
使用Matlab读取所述ADAMS硬点文件中各硬点的坐标数值导入一EXCEL文件中，在所述EXCEL文件的第一表单中存放有所述各硬点名称、坐标数值以及相邻两个坐标之间的距离；在所述EXCEL文件的第二表单的第一列放置硬点坐标名称，第二列链接到第一表单中相应的坐标数值，第三列连接到第一表单中的相应的两个坐标之间的距离，所述EXCEL文件即为所述可修改的硬点表。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.电子控制设备，包括佩戴头盔(1)以及安装在佩戴头盔(1)内的电路板，其特征在于，佩戴头盔(1)内侧设有脑电信号采集模块，用于通过传感器采集枕部及中央区脑电信号，并将数据通过数据传输模块发送到脑电信号处理模块；电路板上设有
脑电信号处理模块，包括脑电信号滤波模块、GSP转换模块和特征提取模块，用于对采集到的脑电信号进行预处理和特征提取，并将处理后的数据发送到中央处理器；
中央处理器，用于通过预设的算法进行相应控制命令的生成，并将生成的控制命令通过控制命令输出模块输出至仿真模型建立模块；
数据采集模块，用于采集带控制电子设备的外部结构数据和内部构造数据，并将采集到的数据发送到仿真模型建立模块；
仿真模型建立模块，用于将接收到的数据采集模块发送的数据和中央处理器发送的控制命令进行融合后生成仿真模型，并将生成的仿真模型数据发送到微型3D投影仪(3)进行投影展示；
声控修订模块，用于对中央处理器生成的控制命令进行声控修改，并将修改后的命令通过指令发送模块发送到电子设备。
2.根据权利要求1所述的电子控制设备，其特征在于，所述数据采集模块包括摄像头(4)和安装在佩戴头盔(1)一侧且与电路板相连的USB接口。
3.根据权利要求1所述的电子控制设备，其特征在于，所述声控修订模块采用微型麦克风(7)。
4.根据权利要求1所述的电子控制设备，其特征在于，所述指令发送模块采用射频发射器(8)，通过无线与电子设备实现通讯。
5.根据权利要求1所述的电子控制设备，其特征在于，所述佩戴头盔(1)上还安装有微型扬声器。
6.根据权利要求1所述的电子控制设备，其特征在于，所述脑电信号滤波模块，用于对脑电信号进行低通滤波，去除工频干扰，所述GSP转换模块，用于将滤波后的脑电信号转换成信号的特征模式，所述特征提取模块，用于提取每个通道信号的幅值，并将其连接起来构成一个完整的特征向量。
7.根据权利要求1所述的电子控制设备，其特征在于，所述仿真模型建立模块中仿真模型通过以下步骤建立：
S1、根据所接收到的数据采集模块发送的数据以及平顺性和操纵稳定性参数要求，使用ADAMS建立电子设备***的动力学模型，获得ADAMS硬点文件；
S2、读取ADAMS硬点文件中各硬点的坐标数值，形成一个可修改的硬点表，硬点表中包括各硬点坐标名称，以及每一硬点对应的坐标数值、以及相邻两个坐标之间在距离值；
S3、根据硬点表，建立一硬点电子设备构造模型，电子设备构造模型中包括电子设备的所有硬点坐标；
S4、对硬点电子设备构造模型进行参数化处理，使硬点电子设备构造模型与硬点表建立关联，并发布硬点电子设备构造模型中已关联的各硬点；
S5、根据硬点电子设备构造模型，建立电子设备各部件的电子设备构造点线模型，每个部件的电子设备构造点线模型包括所述发布的硬点中相应部分硬点，并保持相应的关联关系，
S6、根据部件的电子设备构造线模型设计部件的详细数模；
S9、建立电子设备***点线DMU模型，并将各部件的详细数模装饰到电子设备***点线DMU模型的相应点线部件上，获得电子设备仿真模块；
S10、将所接收到的中央处理器发送的控制命令转换成相应的硬点坐标，从而使得电子设备根据不同的硬点坐标呈现不同的工作状态。
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