CN102880098A

CN102880098A - 一种基于脑电波轮椅控制器

Info

Publication number: CN102880098A
Application number: CN2012103741177A
Authority: CN
Inventors: 蔡骋; 徐杨; 杨晓民; 代永里; 谈继魁
Original assignee: Northwest A&F University
Current assignee: Northwest A&F University
Priority date: 2012-10-07
Filing date: 2012-10-07
Publication date: 2013-01-16

Abstract

本发明公开了一种基于脑电波的轮椅控制器，单片机MSP430F169的P1口之P1.5、P2口之P2.0-P2.4、P5口之P5.0-P5.7分别与USB驱动电路相连接；P6口之P6.6-P6.7、GND口分别依次与轮椅控制器主芯片X-Y端、轮椅控制器主芯片的GND端相连接；PC机的两个USB口分别与脑电波驱动器和微控制器单片机MSP430F169的USB接口相连接。本发明利用一个头带来探测脑电波活动，并将其转换为为具体的键盘按键或鼠标动作，经智能中控将各个信号处理为操作指令，最后由微控制器来控制轮椅运动。具有操作简便、价格低廉、便于安装在现有电动轮椅上，且适合四肢截瘫患者使用。

Description

一种基于脑电波轮椅控制器

技术领域

本发明涉及一种轮椅控制器，特别涉及一种基于脑电波轮椅控制器。

背景技术

目前市场上供给于残疾人的轮椅有①传统手动轮椅，使用者依靠双手推动轮椅两侧的轮胎来控制轮椅运动；②摇杆式电动轮椅，适用于具有单手控制能力的人，使用者仅一只手就可以掌控摇杆，进而可控制轮椅的前进、后退和转向；③脑电波驱动器，主要是利用一个头带来探测脑电波活动，并将其转换为游戏中的各种动作，通过驱动程序定义，可将某种脑电波信号定义为具体的键盘按键或鼠标动作的仪器，器头戴部分有3个脑电波传感器和2个肌肉信号传感器，肌肉信号传感器可以感应诸如皱眉之类的表情。

在各式各样的轮椅中，传统手动轮椅，需要消耗大量的体力，且对于失去四肢的高位截瘫或者偏瘫者，使用起来比较困难；摇杆式电动轮椅，虽然取代传统手动轮椅，但也需要有单手控制能力，同样对于失去四肢的瘫痪人员来说，使用起来还是有一定的困难。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题与缺陷，本发明的目的在于提供一种价格低廉、控制灵活、操作简易，便于安装在现有轮椅上且可对摇杆式轮椅进行移植的脑电波轮椅控制器。

实现上述发明目的的技术方案是一种基于脑电波的轮椅控制器，包括以下内容：

一个脑电波采集器，采集大脑脑电波活动信号并将该信号传输给脑电波处理器进行脑电信号分析后，通过USB线传输至计算机上，同时将当前处理的脑电波信号显示在PC机的显示器上；

一台PC机，将脑电波驱动器处理后的信号转换为计算机信号，然后把每一种计算机信号转换为对应的操作指令，并通过USB接口发送至微控制器，即MSP430F169单片机上；

一个单片机MSP430F169,用来接收来自PC机的操作指令，并把操作指令通过D/A转换为模拟信号，然后通过I/O口输出到轮椅控制器的两个数据端口上；

一个USB接口电路，与PC机相连接收数据，采用PDIUSBD12芯片；

其中，单片机MSP430F169的P1口之P1.5、P2口之P2.0-P2.4、P5口之P5.0-P5.7分别与USB驱动电路相连接；P6口之P6.6-P6.7、GND口（I/O的第1端或51端）分别依次与轮椅控制器主芯片（型号）X-Y端、轮椅控制器主芯片的GND端相连接；PC机的两个USB口分别与脑电波驱动器和微控制器的USB接口相连接。

本发明的基于脑电波的轮椅控制器科学理论依据：

脑波驱动器利用一个头带来探测脑电波活动，并将其转换为游戏中的各种动作，通过驱动程序定义，可将某种脑电波信号定义为具体的键盘按键或鼠标动作，使用者不需要动一根指头，就可以利用脑电波信号完成指挥键盘按键、鼠标移动等动作。然后，经智能中控（计算机）将各个信号处理为操作指令。最后微控制器控制轮椅运动。

本发明的轮椅与传统手动轮椅、摇杆式电动轮椅相比，具有以下的优点：

1．本发明的轮椅控制器操作简便，可经过简单训练，就可以控制轮椅。

2．本发明的轮椅控制器价格低廉、便于安装在现有电动轮椅上且适合四肢截瘫患者使用。

附图说明

图1是本发明的脑电波轮椅控制器的系统框图。

图2是本发明的脑电波轮椅控制器的一部分系统电路图。

图3是本发明的脑电波轮椅控制器的另一部分系统电路图。

具体实施例

下边结合图具体说明本发明的脑电波轮椅控制器系统连接关系、电路连接关系及其具体工作原理。

参见图1说明本发明的脑电波轮椅控制器，包括脑电波采集器，脑电波处理器,智能中控,USB接口电路,展示面板,微控制器,轮椅控制器主芯片。

其中，脑电波采集器和脑电波处理器即脑电波驱动器，前者为头戴部分，利用传感器采集脑波信号；后者是其处理主机，将采集的信号分类并处理；智能中控就是PC机；单片机MSP430F169（微控制器）的P1口之P1.5、P2口之P2.0-P2.4、P5口之P5.0-P5.7分别与USB驱动电路相连接；P6口之P6.6-P6.7、GND口（I/O的第1端或51端）分别依次与轮椅控制器主芯片（型号）X-Y端、轮椅控制器主芯片GND端相连接；PC机的两个USB口分别与脑电波驱动器和单片机MSP430F169的USB接口相连接；展示面板为PC机的显示器；轮椅控制器主芯片、继电器、左电机驱动和右电机驱动是原摇杆轮椅控制器内部的主要部件。

参见图2和图3来说明本发明的脑电波轮椅控制器系统电路的连接关系。

所述的USB接口电路时：PDIUSBD12 U10芯片的第1端、第2端、第3端、第4端、第6端、第7端、第8端、第9端、第15端、第16端、第28端依次连接U1的第44端、第45端、第46端、第47端、第48端、第49端、第50端、第51端、第21端、第20端、第22端； U10的第5端、第10端接地线；U10的第11端接U1的第23端和第1端，且与U1的第1端之间串联电阻R17；U10端的第12端与U1的第24端之间、第14端与U1的第17端之间通过J2、J3相连接，且分别与U1的第1端之间串联电阻R16、R15；U10的第27端与U1的第1端相连接；U10的第23端和第22端之间；U10的第21端串联二极管D12与电阻R18，第20端串联电阻R19,第18端串联电阻R21，这三个端口同时与U1的第1端连接；U10的第19端串联电阻R20和磁珠L1接入到USB接口的VBUS端口；U10的23端与22端之间并联晶振X4和电阻C21、C22接入到U1的第51端；U10的第24端与U1的第1端连接，且并联电容C24与C23端的正极，接入到U1的第51端；U10的第25、26端串联电阻R14、R13，连接到USB接口的D-、D+线，同时分别再串联R12、R11依次与U1的第51端、第1端连接；USB接口的GND端口与U1的第1端连接。

其它:U1的第64端与第62端之间串联电容C1；第1端与第63端之间串联电容C2；第7端、第10端分别连接电容C4、C3，二者并联后连接到第11端；U1的第5端、第6端是DAC0、DAC1输出的的端口连接轮椅控制器主芯片的X与Y端。

本发明的脑电波轮椅控制器工作过程如下：当额头紧皱眉头时，脑电波采集器采集已定义的代表“前进”的脑电波信号，同时将信号发送至脑电波处理器。脑电波处理器将脑电波信号处理为智能中控识别的“前进”指令，并向轮椅控制器下达前进指令。微控制器的USB接口电路模块接收来自智能中控的前进指令后，通过D/A转换器将其转换为电信号，然后将电信号输入到轮椅控制器主芯片的X和Y端。轮椅控制器主芯片将电信号转换为PWM波，利用继电器小电流驱动大电流的特性，驱动左电机驱动、右电机驱动。同时在智能中控端的展示面板上更新当前脑电波轮椅控制器所控制的方向。

Claims

1.一种基于脑电波的轮椅控制器，包括：

一个USB接口电路，与PC机相连接收数据，采用PDIUSBD12芯片；

其中，单片机MSP430F169的P1口之P1.5、P2口之P2.0-P2.4、P5口之P5.0-P5.7分别与USB驱动电路相连接；P6口之P6.6-P6.7、GND口分别依次与轮椅控制器主芯片X-Y端、轮椅控制器主芯片的GND端相连接；PC机的两个USB口分别与脑电波采集器和微控制器的USB接口相连接。

2.据权利要求1所述的基于脑电波轮椅控制器，其特征在于，所述的脑电波采集器采用脑电波驱动器，在计算机上将其转换为键盘驱动定义，并由微控制器MSP430F169单片机将其转换为电信号，达到控制轮椅的目的。

3.根据权利要求1所述的基于脑电波轮椅控制器，其特征在于:将微控制器的两个信号输出端接至原摇杆式轮椅控制器的X、Y端，代替手动推动摇杆控制轮椅的方式，以脑电波驱动轮椅控制器的新方式控制轮椅。