CN113643593A - 一种专注力训练反馈装置及其训练方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种专注力训练反馈装置及其训练方法，包括ABS机壳、蛋白皮机壳、FPC柔性板、脑电模块板与锂电池，ABS机壳与蛋白皮机壳呈弧形，蛋白壳机壳安装在ABS机壳的下端，ABS机壳的一侧设有脑电模块位，脑电模块板与锂电池安装在脑电模块位内，脑电模块板与蛋白皮机壳之间安装有锂电池，锂电池与脑电波模块板电连接，FPC柔性板安装在蛋白皮机壳的下端，FPC柔性板与脑电模块板电连接。本发明的训练方法通过本装置与不同教具控制，通过内置的算法以及专注力六角分析模型，实现对用户专注度的各个数据模型的分析构建，并针对性的提高专注力。本发明提供一种通过收集与分析脑电波信号进行专注力训练反馈的装置，结构小巧，方便佩戴。
Description
技术领域
本发明属于脑电波采集与应用领域，尤其涉及一种专注力训练反馈装置及其训练方法。
背景技术
脑电波是一种使用电生理指标记录大脑活动的方法，大脑在活动时，大量神经元同步发生的触控后电位经总和后形成。它记录大脑活动时的电波变化，还脑神经细胞的电生理活动在大脑皮层或头皮表面的总体反映。目前对脑电波技术领域的应用还相对较少，基于脑电波进行专注力训练与反馈的应用更是寥寥无几。
发明内容
本发明的目的在于提供一种专注力训练反馈装置，旨在解决所述背景技术中存在的问题。为实现所述目的，本发明采用的技术方案是：
一种专注力训练反馈装置，包括ABS机壳、蛋白皮机壳、FPC柔性板、脑电模块板与锂电池，所述ABS机壳与所述蛋白皮机壳呈弧形，所述蛋白皮机壳安装在所述ABS机壳的下端，所述ABS机壳的一侧设有脑电模块位，所述脑电模块板与所述锂电池安装在所述脑电模块位内，所述脑电模块板与所述蛋白皮机壳之间安装有所述锂电池，所述锂电池与所述脑电模块板电连接，所述FPC柔性板安装在所述蛋白皮机壳的下端，所述FPC柔性板与所述脑电模块板电连接。
更优的，所述蛋白皮机壳包括第一蛋白皮机壳、中部蛋白皮机壳与第二蛋白皮机壳，所述第一蛋白皮机壳安装在所述ABS机壳上所述脑电模块位的一侧，所述第二蛋白皮机壳安装在所述ABS机壳的另一侧，所述中部蛋白皮机壳安装在所述ABS机壳的中部下端。
更优的，所述FPC柔性板呈弧形，所述FPC柔性板包括FPC焊接位，所述FPC焊接位呈Z型曲折，所述FPC焊接位安装在所述第一蛋白皮机壳的内侧，所述脑电模块板设有FPC焊接口，所述FPC焊接位焊接在所述FPC焊接口上。
更优的，所述脑电模块板上设有按键、充电接口、LED灯与数码管/显示屏；
所述ABS机壳设有透光盖，所述透光盖安装在所述脑电模块为的外侧，所述透光盖开设有按键孔，所述按键安装在所述按键孔中，所述按键与所述脑电模块板电连接；
所述ABS机壳的侧边开设有充电接口孔，所述充电接口安装在所述充电接口孔中，所述充电接口与所述锂电池电连接；
所述LED灯与所述数码管/显示屏安装在所述透光板的内侧，所述LED灯与所述脑电模块板电连接，所述数码管/显示屏与所述脑电模块板电连接。
更优的，所述脑电模块板上还设有通信模块，所述通信模块与所述脑电模块板电连接。
更优的，所述FPC柔性板的下端设有至少1个触点。
更优的，所述触点为圆弧矩形。
一种专注力训练方法，所述方法应用于专注力训练反馈装置，所述方法包括以下步骤：
S1：将所述专注力训练反馈装置通过RF与教具进行通信连接，所述教具包括但不限于智脑UFO、智脑SUV、智脑水舞、智脑赛车、智脑恐龙和智脑碰碰车；
S2：所述专注力训练反馈装置通过通信模块与公司开发的应用程序进行数据传输，并将所述专注力训练反馈装置测得的专注度和脑波数值在数码管/显示屏上直接显示；
S3：借助核心算法及专注力数据模型分析，应用软件界面上实时显示同时专注度、放松度及基本脑波Beta、Theta、Alpha、Delta、Gamma、SMR的波值，进行实时反馈精准的数据分析报告；
S4：根据S3中反馈的数据分析报告，向使用者推介用于提升专注力的课程。
更优的，所述核心算法为通过接触到脑前额头的几个触点，接收到用户微弱的脑电波信号，将所述脑电波信号经过去漂移、去工频干扰、带通滤波处理后，再经模拟放大器放大该脑电波信号并传到算法芯片内，再由算法芯片提取出专注度的特征值，提取周期为每秒一次，这些数据经过汇总，通过软件生成专注度曲线图；所述专注力数据模型分析包括专注力平均值指数、专注力广度指数、专注力爆发指数、专注力抗性指数、专注力启动指数和高专注力占比指数构建的六角数据分析模型；
所述专注力平均值指数＝专注力平均值*时间系数；
专注力广度指数＝0.5*(100-Q/2)*(1+T1/1200)；其中Q为专注力区间、T1为训练总时长秒数；
专注力爆发指数：指单位时间内专注力升高变化的能力，也清晰的表现出用户的专注力恢复能力，它是用户专注力的快速转移能力的直接表现，专注力爆发时的专注力差值，是指除去启动阶段外，在专注力曲线中，连续波谷与波峰中的专注力最大差值；爆发时间即为专注力在此爆发动作时的时长；但是由于组成爆发时间概念至少要2s，所以爆发时间存在自身的逻辑概念；如果设爆发时间为T2，爆发指数转换为百分制公式如下：
如果T2≤3，则专注力爆发指数＝2*最大爆发专注力差值；
如果T2＞3，则专注力爆发指数＝2*最大爆发专注力差值÷(T2-1)；
专注力抗性指数＝100*【90°-(arctanθ*180°/π)】/90；其中θ为原点与象限点之间的角度；
专注力启动指数：用户能够主动地，有目的地及时将专注力从一个对象或者活动抽身，调整到另一个对象或者活动，专注力转移的速度是思维灵活性的体现；专注力启动的概念是指专注力曲线中，专注力从起始0到第一个波峰的时长；
所述高专注力占比指数算法为：高专注力占比指数＝100*【arctan(高专注力占比数)*180°/π】/45；其中高专注占比数算法为：高专注占比数＝超过70以上的时间/总游戏时间*100％。
本发明的有益效果：
1、通过本使用新型进行专注力训练时，触点收集脑电波信号再通过脑电模块板进行收集与分析数据；
2、结构紧凑小巧，方便佩戴；
3、构建用于提高专注力的模型体系和课程，形成完整闭环，最大化提高孩子的专注力训练效果。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种专注力训练反馈装置整体示意图；
图2为本发明实施例提供的一种专注力训练反馈装置***结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种专注力训练反馈装置脑电模块结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种专注力训练反馈装置A部分结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种专注力训练反馈装置FPC柔性板结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种专注力训练反馈装置流程示意图；
图7为本发明实施例提供的一种专注力训练方法控制教具示意图；
图8为本发明实施例提供的一种专注力训练方法六角数据分析模型图；
图9为本发明实施例提供的一种专注力训练方法启动指数数据示意图。
其中，图中各附图标记：
1.ABS机壳；11.透光盖；111.按键孔；12.脑电模块位；121.充电接口孔；2.蛋白皮机壳；21.第一蛋白皮机壳；22.中部蛋白皮机壳；23.第二蛋白皮机壳；3.FPC柔性板；31.触点；32.FPC焊接位；4.脑电模块板；41.通信模块；42.LED灯；43.按键；44.数码管/显示屏；45.充电接口；46.FPC焊接口；5.锂电池。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式，本文所使用的术语“上端”、“下端”、“左侧”、“右侧”、“前端”、“后端”以及类似的表达是参考附图的位置关系。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
如图1～5所示，本发明实施例提供了一种专注力训练反馈装置，包括ABS机壳1、蛋白皮机壳2、FPC柔性板3、脑电模块板4与锂电池5，ABS机壳1与蛋白皮机壳2呈弧形，蛋白皮机壳2安装在ABS机壳1的下端，ABS机壳1的一侧设有脑电模块位12，脑电模块板4与锂电池5安装在脑电模块位12内，脑电模块板4与蛋白皮机壳2之间安装有锂电池5，锂电池5与脑电模块板4电连接，FPC柔性板3安装在蛋白皮机壳2的下端，FPC柔性板3与脑电模块板4电连接。
在本实施例中，蛋白皮机壳2包括第一蛋白皮机壳21、中部蛋白皮机壳22与第二蛋白皮机壳23，第一蛋白皮机壳21安装在ABS机壳1上脑电模块位12的一侧，第二蛋白皮机壳23安装在ABS机壳1的另一侧，中部蛋白皮机壳22安装在ABS机壳1的中部下端。
在本实施例中，FPC柔性板3呈弧形，FPC柔性板3包括FPC焊接位32，FPC焊接位32呈Z型曲折，FPC焊接位32安装在第一蛋白皮机壳21的内侧，脑电模块板4设有FPC焊接口46，FPC焊接位32焊接在FPC焊接口46上。
在本实施例中，脑电模块板4上设有按键43、充电接口45、LED灯42与数码管/显示屏44；
ABS机壳1设有透光盖11，透光盖11安装在脑电模块为的外侧，透光盖11开设有按键孔111，按键43安装在按键孔111中，按键43与脑电模块板4电连接；
ABS机壳1的侧边开设有充电接口孔121，充电接口45安装在充电接口孔121中，充电接口45与锂电池5电连接；
LED灯42与数码管/显示屏44安装在透光板的内侧，LED灯42与脑电模块板4电连接，数码管/显示屏44与脑电模块板4电连接。
在本实施例中，脑电模块板4上还设有蓝牙模块，蓝牙模块与脑电模块板4电连接。
在本实施例中，FPC柔性板3的下端设有至少1个触点31。
在本实施例中，触点31为圆弧矩形。
工作原理：
人体脑电波是自发性的节律性的神经电波信号，频率变化范围一般为1～30次/S，可分为delta波(1-3Hz)、theta波(4-7Hz)、alpha波(8-13Hz)和beta波(14-30Hz)，其中，alpha主要在身体放松时(如初睡或初醒，即半睡半醒时)出现，在其他情况如深睡情况或激动、恐惧、愤怒时大脑中会没有alpha波；delta波只在深睡时出现；theta波只在浅睡时出现；beta波只在清醒时出现，并且要在相对比较专注的情况下才容易测量得到，实际分析low-beta、high-beta的波的能量，当波能量值较高时，代表人处于专注度比较高的状态，相应的专注值也就比较高。
但是，人体大脑的神经电波信号的电压很小，所以需要先用运放放大至少1万倍才能被测量及采集。因此需要通过运放电路将这些脑电波信号放大到至少1万倍以上(实际可能会放大到3万倍)，通过前端运放放大采集，把采集到的脑电波信号输入算法芯片，经过FFT变换后，将时域信号转为频域信号进行分析，主要分析低β和高β这两个波，当这个波能量值较高时，代表人处于专注度比较高的状态，相应的专注值也就比较高。
用户佩戴时将FPC柔性板3上的触点31与前额接触，触点31为金属材质，通过触点31采集脑电波信号，因脑电波信号很微弱，所以采用差分信号采集的方式进行输入在进行降噪放大处理，脑电模块板4为专用的算法芯片，脑电模块板4将脑电波信号降噪放大后在芯片内部计算提取信号特征值。
脑电模块板4可以通过串行调试口实现算法与控制程序的升级，以实现更灵活的算法调整和解决实际应用中发现的BUG，脑电模块板4在空间允许范围内可进行模块增添或更替，如：增加陀螺仪以实现体感控制功能等。
通过通信模块41来完成无线应用功能、实现空中升级与后台服务器连接功能，通信模块41可以选用蓝牙模块或者2.4G无线通信模块等。按键43用以实现长按关机、短按/连按功能实现。数码管/显示屏44与LED灯42实现提示与显示功能。
充电时锂电池5会进行充电管理，具有过冲、过放、过流、负载短路保护的功能，锂电池5充电式LED等会进行充电状态显示。锂电池5将电压降至脑电模块板4可使用的工作电压。
如图7-9，还提出了一种专注力训练方法，本方法应用于专注力训练反馈装置，方法包括以下步骤：
S1：将专注力训练反馈装置通过RF与教具进行通信连接，教具包括但不限于智脑UFO、智脑SUV、智脑水舞、智脑赛车、智脑恐龙和智脑碰碰车；
S2：专注力训练反馈装置通过通信模块与公司开发的应用程序进行数据传输，并将专注力训练反馈装置测得的专注度和脑波数值在数码管/显示屏上直接显示；
S3：借助核心算法及专注力数据模型分析，应用软件界面上实时显示同时专注度、放松度及基本脑波Beta、Theta、Alpha、Delta、Gamma、SMR的波值，进行实时反馈精准的数据分析报告；
S4：根据S3中反馈的数据分析报告，向使用者推介用于提升专注力的课程。
涉及的核心算法主要为通过接触到脑前额头的几个触点，接收到用户微弱的脑电波信号，将脑电波信号经过去漂移、去工频干扰、带通滤波处理后，再经模拟放大器放大该脑电波信号并传到算法芯片内，再由算法芯片提取出专注度的特征值，提取周期为每秒一次，这些数据经过汇总，通过软件生成专注度曲线图；专注力数据模型分析包括专注力平均值指数、专注力广度指数、专注力爆发指数、专注力抗性指数、专注力启动指数和高专注力占比指数构建的六角数据分析模型；
专注力平均值指数＝专注力平均值*时间系数；
专注力广度指数＝0.5*(100-Q/2)*(1+T1/1200)；其中Q为专注力区间、T1为训练总时长秒数；
专注力爆发指数：指单位时间内专注力升高变化的能力，也清晰的表现出用户的专注力恢复能力，它是用户专注力的快速转移能力的直接表现，专注力爆发时的专注力差值，是指除去启动阶段外，在专注力曲线中，连续波谷与波峰中的专注力最大差值；爆发时间即为专注力在此爆发动作时的时长；但是由于组成爆发时间概念至少要2s，所以爆发时间存在自身的逻辑概念；如果设爆发时间为T2，爆发指数转换为百分制公式如下：
如果T2≤3，则专注力爆发指数＝2*最大爆发专注力差值；
如果T2＞3，则专注力爆发指数＝2*最大爆发专注力差值÷(T2-1)；
专注力抗性指数＝100*【90°-(arctanθ*180°/π)】/90；其中θ为原点与象限点之间的角度；
专注力启动指数：用户能够主动地，有目的地及时将专注力从一个对象或者活动抽身，调整到另一个对象或者活动，专注力转移的速度是思维灵活性的体现；专注力启动的概念是指专注力曲线中，专注力从起始0到第一个波峰的时长；
高专注力占比指数算法为：高专注力占比指数＝100*【arctan(高专注力占比数)*180°/π】/45；其中高专注占比数算法为：高专注占比数＝超过70以上的时间/总游戏时间*100％，此处时间均以秒为单位。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (9)
1.一种专注力训练反馈装置，其特征在于：包括ABS机壳、蛋白皮机壳、FPC柔性板、脑电模块板与锂电池，所述ABS机壳与所述蛋白皮机壳呈弧形，所述蛋白皮机壳安装在所述ABS机壳的下端，所述ABS机壳的一侧设有脑电模块位，所述脑电模块板与所述锂电池安装在所述脑电模块位内，所述脑电模块板与所述蛋白皮机壳之间安装有所述锂电池，所述锂电池与所述脑电模块板电连接，所述FPC柔性板安装在所述蛋白皮机壳的下端，所述FPC柔性板与所述脑电模块板电连接。
2.根据权利要求1所述的一种专注力训练反馈装置，其特征在于：所述蛋白皮机壳包括第一蛋白皮机壳、中部蛋白皮机壳与第二蛋白皮机壳，所述第一蛋白皮机壳安装在所述ABS机壳上所述脑电模块位的一侧，所述第二蛋白皮机壳安装在所述ABS机壳的另一侧，所述中部蛋白皮机壳安装在所述ABS机壳的中部下端。
3.根据权利要求2所述的一种专注力训练反馈装置，其特征在于：所述FPC柔性板呈弧形，所述FPC柔性板包括FPC焊接位，所述FPC焊接位呈Z型曲折，所述FPC焊接位安装在所述第一蛋白皮机壳的内侧，所述脑电模块板设有FPC焊接口，所述FPC焊接位焊接在所述FPC焊接口上。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的所述的一种专注力训练反馈装置，其特征在于：所述脑电模块板上设有按键、充电接口、LED灯与数码管/显示屏；
所述ABS机壳设有透光盖，所述透光盖安装在所述脑电模块为的外侧，所述透光盖开设有按键孔，所述按键安装在所述按键孔中，所述按键与所述脑电模块板电连接；
所述ABS机壳的侧边开设有充电接口孔，所述充电接口安装在所述充电接口孔中，所述充电接口与所述锂电池电连接；
所述LED灯与所述数码管/显示屏安装在所述透光板的内侧，所述LED灯与所述脑电模块板电连接，所述数码管/显示屏与所述脑电模块板电连接。
5.根据权利要求4所述的所述的一种专注力训练反馈装置，其特征在于：所述脑电模块板上还设有通信模块，所述通信模块与所述脑电模块板电连接。
6.根据权利要求1-3，5任意一项所述的一种专注力训练反馈装置，其特征在于：所述FPC柔性板的下端设有至少1个触点。
7.根据权利要求6所述的一种专注力训练反馈装置，其特征在于：所述触点为圆弧矩形。
8.一种专注力训练方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-7任意一项的专注力训练反馈装置，所述方法包括以下步骤：
S1：将所述专注力训练反馈装置通过RF与教具进行通信连接，所述教具包括但不限于智脑UFO、智脑SUV、智脑水舞、智脑赛车、智脑恐龙和智脑碰碰车；
S2：所述专注力训练反馈装置通过通信模块与公司开发的应用程序进行数据传输，并将所述专注力训练反馈装置测得的专注度和脑波数值在数码管/显示屏上直接显示；
S3：借助核心算法及专注力数据模型分析，应用软件界面上实时显示同时专注度、放松度及基本脑波Beta、Theta、Alpha、Delta、Gamma、SMR的波值，进行实时反馈精准的数据分析报告；
S4：根据S3中反馈的数据分析报告，向使用者推介用于提升专注力的课程。
9.根据权利要求8一种专注力训练方法，其特征在于，所述核心算法为通过接触到脑前额头的几个触点，接收到用户微弱的脑电波信号，将所述脑电波信号经过去漂移、去工频干扰、带通滤波处理后，再经模拟放大器放大该脑电波信号并传到算法芯片内，再由算法芯片提取出专注度的特征值，提取周期为每秒一次，这些数据经过汇总，通过软件生成专注度曲线图；所述专注力数据模型分析包括专注力平均值指数、专注力广度指数、专注力爆发指数、专注力抗性指数、专注力启动指数和高专注力占比指数构建的六角数据分析模型；
所述专注力平均值指数＝专注力平均值*时间系数；
专注力广度指数＝0.5*(100-Q/2)*(1+T1/1200)；其中Q为专注力区间、T1为训练总时长秒数；
专注力爆发指数：指单位时间内专注力升高变化的能力，也清晰的表现出用户的专注力恢复能力，它是用户专注力的快速转移能力的直接表现，专注力爆发时的专注力差值，是指除去启动阶段外，在专注力曲线中，连续波谷与波峰中的专注力最大差值；爆发时间即为专注力在此爆发动作时的时长；但是由于组成爆发时间概念至少要2s，所以爆发时间存在自身的逻辑概念；如果设爆发时间为T2，爆发指数转换为百分制公式如下：
如果T2≤3，则专注力爆发指数＝2*最大爆发专注力差值；
如果T2＞3，则专注力爆发指数＝2*最大爆发专注力差值÷(T2-1)；
专注力抗性指数＝100*【90°-(arctanθ*180°/π)】/90；其中θ为原点与象限点之间的角度；
专注力启动指数：用户能够主动地，有目的地及时将专注力从一个对象或者活动抽身，调整到另一个对象或者活动，专注力转移的速度是思维灵活性的体现；专注力启动的概念是指专注力曲线中，专注力从起始0到第一个波峰的时长；
所述高专注力占比指数算法为：高专注力占比指数＝100*【arctan(高专注力占比数)*180°/π】/45；其中高专注占比数算法为：高专注占比数＝超过70以上的时间/总游戏时间*100％。
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