CN112716463A - 一种注意力训练装置及其*** - Google Patents

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仇凯
高飞
王克成
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Abstract

本发明涉及一种注意力训练装置及其***，包括弹性支架和顶板盒，所述顶板盒的内部设有电路板和锂电池，所述顶板盒的底部安装有脑电电极，所述弹性支架的两侧底部分别设有卡耳部，一侧的所述卡耳部内部安装有参考电极，另一侧的所述卡耳部内部安装有心率传感器，所述弹性支架的中部设有额前靠板，所述额前靠板的内部安装有肌电电极，所述额前靠板的外侧安装有RGB色彩灯。本发明的目的在于本注意力训练装置克服了现有类似产品存在采集功能单一，采用一体的造型，外观简洁，整体美观，配带简单，不需要专业的人员就可以对此注意力训练装置进行个人或团体操作。

Description

一种注意力训练装置及其***
技术领域
本发明涉及视觉训练设备技术领域，尤其涉及一种注意力训练装置及其***。
背景技术
注意力能够反映人对某些事物的专注能力，对于儿童，注意力训练尤为重要。儿童在上课时注意力不集中，上课过程中经常出现发呆走神，或者出现好动坐不住，导致注意力受到影响，从而影响到学习状态，当然注意力缺陷也是很多家长要面临的问题。
申请号为CN201310721511.8的发明专利公开了一种穿戴式脑电注意力训练仪，通过微型投影仪在距人眼2米处产生虚拟屏幕，为注意力训练提供视频刺激信号。通过音频接口输出音频信号，为注意力训练提供背景音乐和训练指导语等音频刺激信号。通过旋转调节杆和伸缩调节杆，把脑电电极置于脑的前额部。脑电电极将采集的脑电波信号送入嵌入式处理单元，嵌入式处理单元对脑电波信号进行频谱分析，取出反映大脑注意力集中程度的β波成分，对注意力训练进行神经反馈，并把数据通过无线数据接口，传送到人机交互设备上。本发明使用脑电作为注意力训练的反馈信号，大大提高了注意力训练的效率和可靠性。使用穿戴式电脑，排除了很多不必要的干扰因素，改善了训练环境。
上述专利技术仅采集额前生物信号进行分析，判断依据单一，且额前信号受面部肌肉动作影响较大，尤其是诊疗过程中避免不了眨眼动作，眼动信号频率和脑电信号重合，难以滤除，同样会带来较大误差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种注意力训练装置及其***，以解决上述背景技术中遇到的问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种注意力训练装置，包括弹性支架和顶板盒，所述弹性支架为半圆曲面结构，所述顶板盒安装在弹性支架的顶部一侧，所述顶板盒的内部设有电路板和锂电池，所述电路板上连接有单片机，所述电路板与锂电池电性连接，所述顶板盒的底部安装有脑电电极，所述脑电电极与电路板电性连接。
所述弹性支架的两侧底部分别设有卡耳部，一侧的所述卡耳部内部安装有与电路板电性连接的参考电极，另一侧的所述卡耳部内部安装有与电路板电性连接的心率传感器。
所述弹性支架的中部设有额前靠板，所述额前靠板位于所述弹性支架背离所述顶板盒的一侧，所述额前靠板为弧形结构且垂直环绕在弹性支架的中部，所述额前靠板的内部安装有与电路板电性连接的肌电电极，所述额前靠板的外侧安装有与电路板电性连接的RGB色彩灯。
上述方案中，所述弹性支架、卡耳部和额前靠板为一体式结构。
上述方案中，所述弹性支架包括支架外壳、线路板和支架内壳，所述支架外壳和支架内壳扣合在一起将所述线路板密封在内部，所述线路板的顶部与电路板连接，所述线路板的底部分别与心率传感器、肌电电极、RGB色彩灯连接。
上述方案中，所述顶板盒包括上盖和下盖，所述上盖和下盖扣合在一起将所述电路板和锂电池密封在内部，所述脑电电极安装在下盖上，所述上盖的顶部安装有电源键。
进一步的，上述方案中，所述锂电池的外侧设有电池盖，所述上盖的顶部设有电源指示灯，所述下盖的一侧设有充电接口。
上述方案中，所述卡耳部包括卡耳外壳和卡耳固定件，所述卡耳外壳和卡耳固定件扣合在一起分别将所述参考电极和心率传感器密封在内部，所述卡耳外壳的内部位于所述心率传感器的一侧开设有心率接口，所述卡耳外壳的内部位于所述参考电极的一侧安装有扬声器。
上述方案中，所述额前靠板包括靠板外壳和靠板内壳，所述靠板外壳和靠板内壳扣合在一起分别将所述肌电电极和RGB色彩灯密封在内部。
一种注意力训练***，应用于上述所述的一种注意力训练装置，包括生物采集模块、电源管理***、无线通讯模块、注意力训练指示模块和反馈端，所述生物采集模块的内部包含脑电电极、参考电极、肌电电极、心率传感器和单片机，所述脑电电极、参考电极、肌电电极分别通过模拟电路板与单片机电性连接，所述心率传感器通过心率信号处理电路与单片机电性连接。
所述电源管理***包含电池充放电管理电路板、锂电池和稳压模块，所述电池充放电管理电路板与锂电池电性连接，所述锂电池通过稳压模块与单片机电性连接；所述单片机与无线通讯模块电性连接，所述无线通讯模块与反馈端信号连接。
所述注意力训练指示模块包含RGB色彩灯、语音驱动电路板和扬声器，所述语音驱动电路板与扬声器电性连接，所述RGB色彩灯和语音驱动电路板分别与单片机电性连接。
上述方案中，所述反馈端包括个人训练端和团体训练端，所述个人训练端的内部设有个人无线信号接收终端和与个人无线信号接收终端信号连接的个人显示终端，所述团体训练端的内部设有团体无线信号接收终端和与团体无线信号接收终端信号连接的团体显示终端。
上述方案中，所述团体无线信号接收终端包括团体电源管理模块、信号集成模块、主控单元、无线通讯模块、灯光指示模块和有线信号转换模块，所述团体电源管理模块和无线通讯模块分别与信号集成模块电性连接，所述信号集成模块的输出端与有线信号转换模块电性连接，所述信号集成模块通过主控单元与灯光指示模块电性连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过脑电电极采集脑电信号，通过肌电电极采集佩戴者额头的肌肉信号，通过心率传感器采集心率数据，目的在于本注意力训练装置克服了现有类似产品存在采集功能单一，避开注意力训练过程中的眨眼动作，避免眼动信号频率和脑电信号重合，使训练精确度更高。采用一体的造型，外观简洁，整体美观，配带简单，不需要专业的人员就可以对此注意力训练装置进行个人或团体操作。
附图说明
参照附图来说明本发明的公开内容。应当了解，附图仅仅用于说明目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。在附图中，相同的附图标记用于指代相同的部件。其中：
图1为本发明一种注意力训练装置的整体结构示意图；
图2为本发明一种注意力训练装置另一视角的整体结构示意图；
图3为本发明一种注意力训练装置的***结构示意图；
图4为本发明一种注意力训练***的工作原理示意图；
图5为本发明一种注意力训练***中反馈端的框架结构示意图；
图6为本发明一种注意力训练***中团体无线信号接收终端的工作原理示意图；
图中标号：1-弹性支架；11-支架外壳；12-线路板；13-支架内壳；2-顶板盒；21-脑电电极；22-电源键；23-电源指示灯；24-充电接口；25-上盖；26-电池盖；27-电路板；28-锂电池；29-下盖；3-卡耳部；31-参考电极；32-心率接口；33-扬声器；34-卡耳外壳；35-卡耳固定件；36-心率传感器；4-额前靠板；41-RGB色彩灯；42-靠板外壳；43-肌电电极；44-靠板内壳。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示本发明有关的构成。
根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
如图1至图3所示，一种注意力训练装置，包括弹性支架1和顶板盒2，弹性支架1为半圆曲面结构，类似于头戴式耳机形状，内部的曲面应符合人体工程学构造。顶板盒2安装在弹性支架1的顶部一侧，本注意力训练装置在戴在头部后，顶板盒2位于人体头顶靠后的位置。
顶板盒2的内部设有电路板27和锂电池28，电路板27可采用ADS1299模拟电路板，电路板27上连接有单片机，电路板27与锂电池28电性连接，通过锂电池28为电路板27提供电源。顶板盒2的底部安装有脑电电极21，脑电电极21用于采集脑电信号，脑电电极21与电路板27电性连接，方便电路板27控制。
具体的，顶板盒2包括上盖25和下盖29，上盖25和下盖29扣合在一起将电路板27和锂电池28密封在内部。脑电电极21安装在下盖29上，下盖29的一侧设有充电接口24，用于为锂电池28充电。锂电池28的外侧设有电池盖26，用于与电路板27隔离，各自有个工作区域。上盖25的顶部安装有电源键22，用于本注意力训练装置的开关机操作。上盖25的顶部设有电源指示灯23，用于显示锂电池28的充电状态。
弹性支架1的两侧底部分别设有卡耳部3，本注意力训练装置在戴在头部后，卡耳部3位于两个耳朵后部位置。一侧的卡耳部3内部安装有与电路板27电性连接的参考电极31，参考电极31不用于采集心率数据，只作为一个正常心率数值的参考；另一侧的卡耳部3内部安装有与电路板27电性连接的心率传感器36，这个心率传感器36用于检测佩戴者的心率数值。
具体的，卡耳部3包括卡耳外壳34和卡耳固定件35，卡耳外壳34和卡耳固定件35扣合在一起分别将参考电极31和心率传感器36密封在内部。卡耳外壳34的内部位于心率传感器36的一侧开设有心率接口32，心率接口32内部可以加装无线耳机，播放音乐使佩戴者先放松再进行心率监测。卡耳外壳34的内部位于参考电极31的一侧安装有扬声器33，扬声器33的内部还设有语音模块，当监测佩戴者佩戴位置不符合治疗要求，医护人员通过语音模块联系佩戴本装置的患者，而后通过扬声器33将医护人员的语音播放出来。
弹性支架1的中部设有额前靠板4，额前靠板4位于弹性支架1背离顶板盒2的一侧，额前靠板4为弧形结构且垂直环绕在弹性支架1的中部。本注意力训练装置在戴在头部后，额前靠板4位于人体额头的位置。额前靠板4的内部安装有与电路板27电性连接的肌电电极43，用于检测佩戴本装置的人的眼部位置的肌肉信号，比如眨眼转眼球、皱眉等动作。额前靠板4的外侧安装有与电路板27电性连接的RGB色彩灯41，RGB色彩灯41可以显示不同的颜色，代表不同的信号状态，用于区分患者在注意力训练中的使用状态。
额前靠板4包括靠板外壳42和靠板内壳44，靠板外壳42和靠板内壳44扣合在一起分别将肌电电极43和RGB色彩灯41密封在内部。
作为一种优选的方案，弹性支架1、卡耳部3和额前靠板4为一体式结构，这样一体化的设计更容易安装，且在注塑时也能够节省工作时间，提高生产效率。
弹性支架1包括支架外壳11、线路板12和支架内壳13，支架外壳11和支架内壳13扣合在一起将线路板12密封在内部。线路板12的顶部与电路板27连接，线路板12的底部分别与心率传感器36、肌电电极43、RGB色彩灯41连接，各个检测单元通过连接电路板27，将模拟信号转换为数字信号发送给电路板27上的控制单元。
一种注意力训练***，应用于上述所述的一种注意力训练装置，请参阅图4，包括生物采集模块、电源管理***、无线通讯模块、注意力训练指示模块和反馈端。生物采集模块的内部包含脑电电极21、参考电极31、肌电电极43、心率传感器36和单片机，脑电电极21、参考电极31、肌电电极43分别通过模拟电路板与单片机电性连接，模拟电路板采用采用ADS1299模拟电路板，即为上述一种注意力训练装置中的电路板27，心率传感器36通过心率信号处理电路与单片机电性连接。
电源管理***包含电池充放电管理电路板、锂电池28和稳压模块，电池充放电管理电路板与锂电池28电性连接，锂电池28通过稳压模块与单片机电性连接。单片机与无线通讯模块电性连接，无线通讯模块与反馈端信号连接。
注意力训练指示模块包含RGB色彩灯41、语音驱动电路板和扬声器33，语音驱动电路板与扬声器33电性连接，RGB色彩灯41和语音驱动电路板分别与单片机电性连接。
请参阅图5，反馈端包括个人训练端和团体训练端，个人训练端的内部设有个人无线信号接收终端和与个人无线信号接收终端信号连接的个人显示终端，用于实现单人在训练时操作。个人显示终端可以为平板电脑、手机、笔记本电脑中的任意一种，用于显示心率数据、脑电数据、肌电数据。
团体训练端的内部设有团体无线信号接收终端和与团体无线信号接收终端信号连接的团体显示终端，用于实现多人在训练时操作。团队显示终端可以为台式电脑、笔记本电脑、巨幕显示屏、会议屏幕中的任意一种，用于显示心率数据、脑电数据、肌电数据。
请参阅图6，团体无线信号接收终端包括团体电源管理模块、信号集成模块、主控单元、无线通讯模块、灯光指示模块和有线信号转换模块，因属于多人参与的团队训练，所以无线通讯模块的个数为从1至N人的数量。
团体电源管理模块和无线通讯模块分别与信号集成模块电性连接，信号集成模块的输出端与有线信号转换模块电性连接，有线信号转换模块为以太网信号转换模块、RS485信号转换模块、RS232信号转换模块中的任意一种，信号集成模块通过主控单元与灯光指示模块电性连接，主控单元为单片机，灯光指示模块用于显示各个无线通讯模块的工作状态，通过无线通讯模块也便于识别每个团体成员训练情况，信号良好，通信良好，注意力训练过程也将顺利的进行。
脑电信号通过脑电电极21和参考电极31输入到电路板27，肌电信号通过肌电电极43输入进电路板27，电路板27分别对脑电信号和肌电信号进行幅值放大、模数转换后，通过SPI接口将脑电转换数据和肌电转换数据传输给单片机。放置于耳垂位置的心率传感器36实时采集人体心率信号，并通过心率信号处理电路放大、滤波处理，继而传输给单片机模数转换引脚，单片机内部进行模数转换后得到心率数据。
单片机将所得到的脑电转换数据、肌电转换数据、心率数据进行算法处理，计算出注意力指数，并驱动RGB色彩灯41等指示对应颜色。电路板27可通过脑电电极21、参考点极31、肌电电极43，实时检测上述电极与人体之间的接触阻抗，如发现阻抗异常，则通过单片机驱动RGB色彩灯41、扬声器33进行声光报警，提示使用者调整佩戴姿态。
单片机将所得到的脑电转换数据、肌电转换数据、心率数据，通过无线模块传输至个人训练端或团体训练端，以供个人训练或团体训。
在本注意力训练装置中，弹性支架1、顶板盒、卡耳部3、额前靠板4均采用硅胶材料，心率接口32、扬声器33、卡耳固定件35均采用硬脂塑料，电源指示灯23和RGB色彩灯41采用硅胶材料，脑电电极21采用不锈钢材料，肌电电极43采用不锈钢材料，参考电极31采用硅胶材料。
本发明通过脑电电极21采集脑电信号，通过肌电电极43采集佩戴者额头的肌肉信号，通过心率传感器36采集心率数据，目的在于本注意力训练装置克服了现有类似产品存在采集功能单一，避开注意力训练过程中的眨眼动作，避免眼动信号频率和脑电信号重合，使训练精确度更高。采用一体的造型，外观简洁，整体美观，配带简单，不需要专业的人员就可以对此注意力训练装置进行个人或团体操作。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式，并不用于限定本发明保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种注意力训练装置，其特征在于：包括弹性支架(1)和顶板盒(2)，所述弹性支架(1)为半圆曲面结构，所述顶板盒(2)安装在弹性支架(1)的顶部一侧，所述顶板盒(2)的内部设有电路板(27)和锂电池(28)，所述电路板(27)上连接有单片机，所述电路板(27)与锂电池(28)电性连接，所述顶板盒(2)的底部安装有脑电电极(21)，所述脑电电极(21)与电路板(27)电性连接；
所述弹性支架(1)的两侧底部分别设有卡耳部(3)，一侧的所述卡耳部(3)内部安装有与电路板(27)电性连接的参考电极(31)，另一侧的所述卡耳部(3)内部安装有与电路板(27)电性连接的心率传感器(36)；
所述弹性支架(1)的中部设有额前靠板(4)，所述额前靠板(4)位于所述弹性支架(1)背离所述顶板盒(2)的一侧，所述额前靠板(4)为弧形结构且垂直环绕在弹性支架(1)的中部，所述额前靠板(4)的内部安装有与电路板(27)电性连接的肌电电极(43)，所述额前靠板(4)的外侧安装有与电路板(27)电性连接的RGB色彩灯(41)。
2.根据权利要求1所述的一种注意力训练装置，其特征在于：所述弹性支架(1)、卡耳部(3)和额前靠板(4)为一体式结构。
3.根据权利要求2所述的一种注意力训练装置，其特征在于：所述弹性支架(1)包括支架外壳(11)、线路板(12)和支架内壳(13)，所述支架外壳(11)和支架内壳(13)扣合在一起将所述线路板(12)密封在内部，所述线路板(12)的顶部与电路板(27)连接，所述线路板(12)的底部分别与心率传感器(36)、肌电电极(43)、RGB色彩灯(41)连接。
4.根据权利要求2所述的一种注意力训练装置，其特征在于：所述顶板盒(2)包括上盖(25)和下盖(29)，所述上盖(25)和下盖(29)扣合在一起将所述电路板(27)和锂电池(28)密封在内部，所述脑电电极(21)安装在下盖(29)上，所述上盖(25)的顶部安装有电源键(22)。
5.根据权利要求4所述的一种注意力训练装置，其特征在于：所述锂电池(28)的外侧设有电池盖(26)，所述上盖(25)的顶部设有电源指示灯(23)，所述下盖(29)的一侧设有充电接口(24)。
6.根据权利要求2所述的一种注意力训练装置，其特征在于：所述卡耳部(3)包括卡耳外壳(34)和卡耳固定件(35)，所述卡耳外壳(34)和卡耳固定件(35)扣合在一起分别将所述参考电极(31)和心率传感器(36)密封在内部，所述卡耳外壳(34)的内部位于所述心率传感器(36)的一侧开设有心率接口(32)，所述卡耳外壳(34)的内部位于所述参考电极(31)的一侧安装有扬声器(33)。
7.根据权利要求2所述的一种注意力训练装置，其特征在于：所述额前靠板(4)包括靠板外壳(42)和靠板内壳(44)，所述靠板外壳(42)和靠板内壳(44)扣合在一起分别将所述肌电电极(43)和RGB色彩灯(41)密封在内部。
8.一种注意力训练***，应用于权利要求1-7任意一项所述的一种注意力训练装置，其特征在于：包括生物采集模块、电源管理***、无线通讯模块、注意力训练指示模块和反馈端，所述生物采集模块的内部包含脑电电极、参考电极、肌电电极、心率传感器和单片机，所述脑电电极、参考电极、肌电电极分别通过模拟电路板与单片机电性连接，所述心率传感器通过心率信号处理电路与单片机电性连接；
所述电源管理***包含电池充放电管理电路板、锂电池和稳压模块，所述电池充放电管理电路板与锂电池电性连接，所述锂电池通过稳压模块与单片机电性连接；所述单片机与无线通讯模块电性连接，所述无线通讯模块与反馈端信号连接；
所述注意力训练指示模块包含RGB色彩灯、语音驱动电路板和扬声器，所述语音驱动电路板与扬声器电性连接，所述RGB色彩灯和语音驱动电路板分别与单片机电性连接。
9.根据权利要求8所述的一种注意力训练***，其特征在于：所述反馈端包括个人训练端和团体训练端，所述个人训练端的内部设有个人无线信号接收终端和与个人无线信号接收终端信号连接的个人显示终端，所述团体训练端的内部设有团体无线信号接收终端和与团体无线信号接收终端信号连接的团体显示终端。
10.根据权利要求9所述的一种注意力训练***，其特征在于：所述团体无线信号接收终端包括团体电源管理模块、信号集成模块、主控单元、无线通讯模块、灯光指示模块和有线信号转换模块，所述团体电源管理模块和无线通讯模块分别与信号集成模块电性连接，所述信号集成模块的输出端与有线信号转换模块电性连接，所述信号集成模块通过主控单元与灯光指示模块电性连接。
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