CN204104194U - 一种基于脑机接口的台灯控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于脑机接口的台灯控制装置，包括对台灯操控者进行视觉刺激的视觉刺激器、盯视视觉刺激器过程中对台灯操控者的脑电信号进行采集及预处理的脑电信号获取装置、与脑电信号获取装置相接的主控芯片和安装在被控台灯上的电子线路板，电子线路板上设置有台灯开关控制电路，脑电信号获取装置与主控芯片之间以及主控芯片与台灯开关控制电路之间均以无线通信方式进行通信；脑电信号获取装置为TGAM模块，TGAM模块包括对台灯操控者的脑电信号进行提取的脑电信号提取装置和与脑电信号提取装置相接的脑电信号预处理装置。本实用新型结构简单、体积小、便于携带且使用操作简便、使用效果好，能简便对台灯进行开关控制。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种台灯控制装置，尤其是涉及一种基于脑机接口的台灯控制装置。
背景技术
基于视觉诱发电位的脑机接口技术在国内还是处于起步阶段，所以相关的研究还比较少。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，放松度和眨眼侦测。TGAM(ThinkGear 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。
目前，市面上所出现台灯的控制方式主要有以下两种：一种是通过手动控制开关进行控制，另一种是通过遥控器进行控制，但上述两种控制方式都需要操控者进行手动操作，不能供肢体运动有障碍的残障人士使用。现如今，虽有一些供残障人士使用的脑波控制装置，如清华大学的研究小组设计了一个基于稳态视觉诱发的残疾人环境控制***，安徽大学、重庆大学等机构研究的机械臂控制等***，但现有的脑波控制装置主要由视觉刺激器、PC机以及脑波采样电路三大部分组成，体积较大，不便于携带，对于残障或者瘫痪人士而言，体积太大不利于在实际中的应用，没有实用价值，只适合实验室研究；另外，由于PC机采用串口进行通信，且PC机需通过下位机与被控制对象有线连接，因而接线复杂，操作不便。
实用新型内容
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，提供一种基于脑机接口的台灯控制装置，其结构简单、体积小、便于携带且使用操作简便、使用效果好，能简便对台灯进行开关控制。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种基于脑机接口的台灯控制装置，其特征在于：包括对台灯操控者进行视觉刺激的视觉刺激器、盯视视觉刺激器过程中对台灯操控者的脑电信号进行采集及预处理的脑电信号获取装置、与脑电信号获取装置相接的主控芯片和安装在被控台灯上的电子线路板，所述电子线路板上设置有对被控台灯进行开关控制的台灯开关控制电路，所述脑电信号获取装置与主控芯片之间以及主控芯片与台灯开关控制电路之间均以无线通信方式进行通信；所述脑电信号获取装置为TGAM模块，所述TGAM模块包括对台灯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相接，所述脑电信号提取装置包括对台灯操控者枕叶区的电位进行实时采样的第一脑电电极、对台灯操控者左侧或右侧额叶区的电位进行实时采样的第二脑电电极和对台灯操控者耳部的电位进行实时采样的第三脑电电极，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相接。
上述一种基于脑机接口的台灯控制装置，其特征是：所述电子线路板布设在被控台灯的灯座内，所述灯座内开有供所述电子线路板安装的安装口。
上述一种基于脑机接口的台灯控制装置，其特征是：所述视觉刺激器包括开灯刺激器和观灯刺激器，所述开灯刺激器和所述观灯刺激器均为频闪发光装置。
上述一种基于脑机接口的台灯控制装置，其特征是：所述视觉刺激器为对开灯频闪图像和关灯频闪图像进行显示的显示器，其中开灯频闪图像为表示被控台灯打开的频闪图像，关灯频闪图像为表示被控台灯关闭的频闪图像。
上述一种基于脑机接口的台灯控制装置，其特征是：所述显示器与主控芯片相接且二者组成移动控制终端。
上述一种基于脑机接口的台灯控制装置，其特征是：所述移动控制终端为智能手机。
上述一种基于脑机接口的台灯控制装置，其特征是：所述主控芯片与第二无线通信模块相接，所述脑电信号预处理装置与第一无线通信模块相接，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二无线通信模块和第一无线通信模块与或脑电信号预处理装置进行通信。
上述一种基于脑机接口的台灯控制装置，其特征是：所述台灯开关控制电路包括控制芯片以及分别与所述控制芯片相接的开关电路和第三无线通信模块，所述第三无线通信模块为蓝牙无线通信模块；所述主控芯片通过第二无线通信模块和所述第三无线通信模块与所述控制芯片进行通信。
上述一种基于脑机接口的台灯控制装置，其特征是：所述控制芯片为单片机AT89C52；所述开关电路包括三极管Q1和继电器K1，所述三极管Q1为PNP型晶体管，所述三极管Q1的基极经电阻R1后与单片机AT89C52相接，三极管Q1的发射极接+5V电源且其集电极经继电器K1的电磁线圈后接地；继电器K1的电磁线圈上反并接有二级管D1，二级管D1的阳极接地且其阴极与三极管Q1的集电极相接；继电器K1的常开触点K1串接在被控台灯的供电回路中。
上述一种基于脑机接口的台灯控制装置，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；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。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
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，能简便对台灯进行开关控制，投入成本较低。
2、采用智能手机上所显示的频闪图像作为视觉刺激的光源，不仅投入成本较低，而且体积小，占用空间少，便于携带。
3、主要由脑电信号获取装置、主控芯片和台灯开关控制电路三部分组成，台灯开关控制电路安装在被控台灯的灯座内，而主控芯片与脑电信号获取装置和台灯开关控制电路之间均以无线方式进行通信，实际接线非常简便，并且体积小。
4、主控芯片、第二无线通信模块和视觉刺激器组成智能手机，脑电信号获取装置的体积小且便于携带，而台灯开关控制电路布设在灯座内，外部仅有一个移动控制终端(即智能手机)，使用操作简便、快捷。同时，脑电信号获取装置、智能手机以及电子线路板均存在体积小、移动简便等优点，能有效解决现有脑波控制装置存在的各组件分布分散、不宜移动、只能固定使用、使用操作不便等缺陷。
5、使用操作简便且使用效果好、推广应用前景广泛，能有效推广至其它被控对象。
综上所述，本实用新型结构简单、体积小、便于携带且使用操作简便、使用效果好，能简便对台灯进行开关控制。
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
图1为本实用新型的电路原理框图。
图2为本实用新型脑电信号获取装置的电路原理图。
图3为本实用新型台灯开关控制电路的电路原理图。
附图标记说明:
1—脑电信号获取装置；1-1—脑电信号提取装置；
1-11—第一脑电电极；1-12—第二脑电电极；1-13—第三脑电电极；
1-2—脑电信号预处理装置；2—主控芯片；
3—台灯开关控制电路；4—第一无线通信模块；
5—第二无线通信模块；6—视觉刺激器；7—智能手机。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型包括对台灯操控者进行视觉刺激的视觉刺激器6、盯视视觉刺激器6过程中对台灯操控者的脑电信号进行采集及预处理的脑电信号获取装置1、与脑电信号获取装置1相接的主控芯片2和安装在被控台灯上的电子线路板，所述电子线路板上设置有对被控台灯进行开关控制的台灯开关控制电路3，所述脑电信号获取装置1与主控芯片2之间以及主控芯片2与台灯开关控制电路3之间均以无线通信方式进行通信。所述脑电信号获取装置1为TGAM模块，所述TGAM模块包括对台灯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相接，所述脑电信号提取装置1-1包括对台灯操控者枕叶区的电位进行实时采样的第一脑电电极1-11、对台灯操控者左侧或右侧额叶区的电位进行实时采样的第二脑电电极1-12和对台灯操控者耳部的电位进行实时采样的第三脑电电极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相接。
本实施例中，所述电子线路板布设在被控台灯的灯座内，所述灯座内开有供所述电子线路板安装的安装口。
实际使用时，也可以根据具体需要，对所述电子线路板的布设位置进行相应调整。
本实施例中，所述主控芯片2与第二无线通信模块5相接，所述脑电信号预处理装置1-2与第一无线通信模块4相接，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通过第二无线通信模块5和第一无线通信模块4与脑电信号预处理装置1-2进行通信。
本实施例中，所述脑电信号获取装置1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。
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。
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1-13的输出端接TGAM芯片的EEG_GND引脚。实际使用时，所述第三脑电电极1-3为参考电极。
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，由于自发式脑电波(即自发脑波信号)是无时无刻都存在的，而步骤三中需进行脑电信号分析处理的是视觉诱发电位，因而需对自发式脑电波进行滤除，由于而视觉诱发电位只有在大脑的枕叶区才能检测到，而额叶区几乎没有，因而将第二脑电电极1-12所采样的额叶区脑电信号作为参考电位，便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。
本实施例中，所述TGAM芯片的型号为TGAM1，所述第一无线通信模块4和第二无线通信模块5均为为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引脚相接。所述TGAM芯片的电源端和TGAM芯片的VCC引脚均接+3.3V电源端。
本实施例中，所述视觉刺激器6为对开灯频闪图像和关灯频闪图像进行显示的显示器，其中开灯频闪图像为表示被控台灯打开的频闪图像，关灯频闪图像为表示被控台灯关闭的频闪图像。目前，普通手机都能显示频闪图像，因而实现非常简便。
并且，所述显示器与主控芯片2相接且二者组成移动控制终端。
本实施例中，所述移动控制终端为智能手机7。并且，所述第二无线通信模块5为智能手机7自带的蓝牙无线通信模块。
实际使用时，所述视觉刺激器6也可以包括开灯刺激器和观灯刺激器，所述开灯刺激器和所述观灯刺激器均为频闪发光装置。并且，所述频闪发光装置为LED灯。
如图3所示，所述台灯开关控制电路3包括控制芯片以及分别与所述控制芯片相接的开关电路和第三无线通信模块，所述第三无线通信模块为蓝牙无线通信模块；所述主控芯片2通过第二无线通信模块5和所述第三无线通信模块与所述控制芯片进行通信。
本实施例中，所述控制芯片为单片机AT89C52；所述开关电路包括三极管Q1和继电器K1，所述三极管Q1为PNP型晶体管，所述三极管Q1的基极经电阻R1后与单片机AT89C52相接，三极管Q1的发射极接+5V电源且其集电极经继电器K1的电磁线圈后接地；继电器K1的电磁线圈上反并接有二级管D1，二级管D1的阳极接地且其阴极与三极管Q1的集电极相接；继电器K1的常开触点K1串接在被控台灯的供电回路中。
所述第三无线通信模块为芯片HL-MD08R，单片机AT89C52的(RXD)P3.0引脚和(TXD)P3.1引脚分别与芯片HL-MD08R的TX引脚和RX引脚相接。单片机AT89C52的P2.0引脚经电阻R1后与三极管Q1的基极相接。
实际使用过程中，通过智能手机7的显示器对开灯频闪图像和关灯频闪图像进行显示，开灯频闪图像和关灯频闪图像的闪烁频率不同且二者采用任何频闪图像均可。当台灯操控者盯视所述显示器上的开灯频闪图像(或开灯刺激器)或者关灯频闪图像(或关灯刺激器)时，通过眼睛会诱发脑波的共振，在大脑皮层枕叶区产生与视觉刺激信号相对应频率的微弱诱发电位，此时脑电信号获取装置1采集台灯操控者的脑电信号，并以无线方式传送至智能手机7，智能手机7的主控芯片2将所接收脑电信号的频率值(该频率值是与台灯操控者所盯视刺激光源的闪烁频率相同)，与预先存储的刺激光源的闪烁频率进行对比，并输出数字信号0或1；所述台灯开关控制电路3以无线方式接收到数字信号0或1后，对被控台灯进行开关控制。其中，刺激光源为开灯频闪图像(或开灯刺激器)和关灯频闪图像(或关灯刺激器)。例如，当主控芯片2所接收脑电信号的频率值与预先存储的开灯频闪图像(或开灯刺激器)的闪烁频率相同时，主控芯片2输出数字信号0；当主控芯片2所接收脑电信号的频率值与预先存储的关灯频闪图像(或关灯刺激器)的闪烁频率相同时，主控芯片2输出数字信号1。实际使用时，所述主控芯片2为一个比较控制器，只需能将所接收脑电信号的频率值与预先存储的刺激光源的闪烁频率进行对比即可，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。
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。
Claims (10)
1.一种基于脑机接口的台灯控制装置，其特征在于：包括对台灯操控者进行视觉刺激的视觉刺激器(6)、盯视视觉刺激器(6)过程中对台灯操控者的脑电信号进行采集及预处理的脑电信号获取装置(1)、与脑电信号获取装置(1)相接的主控芯片(2)和安装在被控台灯上的电子线路板，所述电子线路板上设置有对被控台灯进行开关控制的台灯开关控制电路(3)，所述脑电信号获取装置(1)与主控芯片(2)之间以及主控芯片(2)与台灯开关控制电路(3)之间均以无线通信方式进行通信；所述脑电信号获取装置(1)为TGAM模块，所述TGAM模块包括对台灯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)相接，所述脑电信号提取装置(1-1)包括对台灯操控者枕叶区的电位进行实时采样的第一脑电电极(1-11)、对台灯操控者左侧或右侧额叶区的电位进行实时采样的第二脑电电极(1-12)和对台灯操控者耳部的电位进行实时采样的第三脑电电极(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)相接。
2.按照权利要求1所述的一种基于脑机接口的台灯控制装置，其特征在于：所述电子线路板布设在被控台灯的灯座内，所述灯座内开有供所述电子线路板安装的安装口。
3.按照权利要求1或2所述的一种基于脑机接口的台灯控制装置，其特征在于：所述视觉刺激器(6)包括开灯刺激器和观灯刺激器，所述开灯刺激器和所述观灯刺激器均为频闪发光装置。
4.按照权利要求1或2所述的一种基于脑机接口的台灯控制装置，其特征在于：所述视觉刺激器(6)为对开灯频闪图像和关灯频闪图像进行显示的显示器，其中开灯频闪图像为表示被控台灯打开的频闪图像，关灯频闪图像为表示被控台灯关闭的频闪图像。
5.按照权利要求4所述的一种基于脑机接口的台灯控制装置，其特征在于：所述显示器与主控芯片(2)相接且二者组成移动控制终端。
6.按照权利要求5所述的一种基于脑机接口的台灯控制装置，其特征在于：所述移动控制终端为智能手机(7)。
7.按照权利要求1或2所述的一种基于脑机接口的台灯控制装置，其特征在于：所述主控芯片(2)与第二无线通信模块(5)相接，所述脑电信号预处理装置(1-2)与第一无线通信模块(4)相接，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)通过第二无线通信模块(5)和第一无线通信模块(4)与脑电信号预处理装置(1-2)进行通信。
8.按照权利要求7所述的一种基于脑机接口的台灯控制装置，其特征在于：所述台灯开关控制电路(3)包括控制芯片以及分别与所述控制芯片相接的开关电路和第三无线通信模块，所述第三无线通信模块为蓝牙无线通信模块；所述主控芯片(2)通过第二无线通信模块(5)和所述第三无线通信模块与所述控制芯片进行通信。
9.按照权利要求8所述的一种基于脑机接口的台灯控制装置，其特征在于：所述控制芯片为单片机AT89C52；所述开关电路包括三极管Q1和继电器K1，所述三极管Q1为PNP型晶体管，所述三极管Q1的基极经电阻R1后与单片机AT89C52相接，三极管Q1的发射极接+5V电源且其集电极经继电器K1的电磁线圈后接地；继电器K1的电磁线圈上反并接有二级管D1，二级管D1的阳极接地且其阴极与三极管Q1的集电极相接；继电器K1的常开触点K1串接在被控台灯的供电回路中。
10.按照权利要求1或2所述的一种基于脑机接口的台灯控制装置，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；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(1-13)的输出端接TGAM芯片的EEG_GND引脚。
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