CN105096504B - 一种基于脑肌电信号反馈控制的智能家居设备 - Google Patents

Abstract

一种基于脑肌电信号反馈控制的智能家居设备，本发明涉及智能家居安防领域，其旨在解决现有智能家居安防设备不能检测智能家居线路中异常电源，不能区分恶意入侵断电与大规模区域断电，不利于灾害发生时住户逃生，缺乏智能地反馈控制且通信不及时等技术问题。该结构特征包括用于市电有效值检验的中控预警模块：接收市电；用于市电频率检验的过零检测单元：接收市电并输出检测信号；判别模块：接收检测信号并输出判别信号至中控预警模块；脑肌电信号采集器：接收判别模块的状态信息，并反馈控制信号至中控预警模块。本发明用于智能家居系统电异常预警。

Description

一种基于脑肌电信号反馈控制的智能家居设备

技术领域

本发明涉及智能家居安防领域，具体涉及一种基于脑肌电信号反馈控制的智能家居设备。

背景技术

随着科技的不断进步和生活水平的逐渐提高，各式各样的智能家居设备进入了人们的生活。然而，恶意入侵设备也随之越来越具有隐藏性，甚至不用切断电源的情况下，进行破坏性入侵。现有智能家居设备，一般都以市电的电参数为设计标准，几乎无法应对电源端出现的突发情况或其他蓄意破坏行为：断电、电源频率或幅值受外界恶意干扰；即，智能家居设备出现断电、电源频率或幅值受外界恶意干扰情况时，立即就故障或失灵。特别地，智能家居安防设备或门禁设施，处理电源事件不智能；具有断电保护报警装置的智能家居安防设备或门禁设施，不能区分非恶意电源事件，容易误报警，造成不必要的损失；多数安防设备或门禁设施，安装有断电自锁隔离装置，这在火灾和地震等灾害发生时，不利于住户逃生；现有断电预警装置，不能够检测由恶意干扰电源频率或幅值造成智能家居设备失灵或故障的事件，即对智能家居设备工作频率和功率进行干扰，使其失灵或处于非正常工作状态，并且，该入侵方式并不会触发备用电源（断电触发制），设备将持续受到“坏”电源的驱动，导致长时间处于异常工作状态而损坏或故障失灵。

此外，现有恶意入侵行为，一般地，针对一条街区中单户实施地盗窃或破坏；具体地，针对智能家居安防设备或门禁设施的电源或电路线进行破坏。

发明内容

针对上述现有技术，本发明目的在于提供一种基于脑肌电信号反馈控制的智能家居设备，其旨在解决现有智能家居安防设备不能检测智能家居线路中异常电源，不能区分恶意入侵断电与大规模区域断电，不利于灾害发生时住户逃生，缺乏智能地反馈控制且通信不及时等技术问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于脑肌电信号反馈控制的智能家居设备，包括用于市电有效值检验的中控预警模块：接收市电；用于市电频率检验的过零检测单元：接收市电并输出检测信号；判别模块：接收检测信号并输出判别信号至中控预警模块；安装有电荷耦合器件的无人机：与判别模块进行信息交互；脑肌电信号采集器：接收判别模块的状态信息，并反馈控制信号至中控预警模块。

上述方案中，优选地，所述的脑肌电信号采集器，包括采集阵列：接收脑肌信号并输出电信号；低噪声放大器：接收电信号；加法器：其输入端连接低噪声放大器的输出端；第二模/数转换器：其输入端连接加法器的输出端。

上述方案中，优选地，所述的脑肌电信号采集器，采用高分辨率的无线神经认知头盔Emotiv EPOC。

上述方案中，所述的脑肌电信号采集器，通过牙控方式输入反馈命令；并安装在不透明帽子中，方便隐秘报警。

上述方案中，所述的市电，包括本户市电和相邻街区市电。创造性地，接入了相邻街区市电，绕过了本户市电输入总线，同时将本户市电和相邻街区市电接入中控预警模块，实时对比了两类型市电的有效值变化；显著地并实质地，区分了区域性电异常与单户遭受恶意入侵，提升了恶意入侵行为的识别精度，降低了入侵误报率。

上述方案中，优选地，所述的相邻街区市电，包括多条相邻街区市电，通过独立隐藏线路，连接中控预警模块。显著地并实质地，增加了隐藏性，大幅降低了中控预警装置受到电入侵时失灵或故障的可能性。

上述方案中，优选地，所述的中控预警模块预设电异常值偏离范围为±30%，维持时间为1分钟。

上述方案中，所述的中控预警模块根据智能家居系统用电消耗的稳定性预设电异常偏离范围。智能家居系统用电消耗功率越稳定，电异常值偏离范围越窄，判别电异常事件的精度越高。

上述方案中，所述的中控预警模块，包括模/数转换器：接收市电，并输出带有市电有效值特征的数字信号；处理器：接收模/数转换器的数字信号。实时地提供了有效值检验。

上述方案中，所述的模/数转换器，通过连接降压保护器的方式接收市电。提供了降压、隔离和保护。

上述方案中，所述的过零检测单元，包括第一过零检测单元和第二过零检测单元。实时地提供了频率检测。

上述方案中，优选地，所述的过零检测单元，包括依次连接的数字隔离器，整流桥电路和电压比较电路。数字隔离器实现了稳定、可靠的隔离保护，并且滤出随机噪声干扰。

上述方案中，所述的判别模块，包括异或门：接收检测信号；连接异或门的反相器：与异或门构成同或门；积分器：连接同或门的输出端；连接积分器的振荡器：输出60赫兹谐振脉冲。在本户市电出现电异常时，实现了电异常事件判别；提供了电压增强，保证了预警装置进行应急操作。

上述方案中，优选地，所述的中控预警模块，还连接有带有电异常触发制功能的应急电源，通信节点和/或反馈节点。在区域性断电或灾害发生时，提供了应急能源以至中控预警模块使用通信节点通知救援；反馈节点接入用户控制终端，发生异常事件时，特别地，单户断电将通知用户，以至于进行相对应的应急操作。

上述方案中，优选地，所述的处理器，包括相互匹配的现场编程门阵列和数字处理器。结构灵活，有较强的通用性，适合于模块化设计，从而能够提高匹配算法效率；同时其开发周期较短，容易维护和扩展，适合实时信号处理。

与现有技术相比，本发明是非常规的，却产生了令人意想不到的突破性有益效果：不论是发生恶意电入侵，还是发生智能家居系统电路故障，都能够提供应急操作；能够区分单户断电和大规模区域断电；能够实时地进行市电频率和有效值检测，判断是否有恶意破坏行为和智能家居系统电路故障；及时的应急通信；方便控制；具有反馈式控制，提供极高的人性化体验；结构灵活且通用性极高。

附图说明

图1为本发明的模块示意图；

图2为本发明的具体实施例示意图；

图3为本发明的低噪声放大器和采集阵列的一个采集电极具体实施示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明的模块示意图，一种基于脑肌电信号反馈控制的智能家居设备，包括用于市电有效值检验的中控预警模块：接收市电；用于市电频率检验的过零检测单元：接收市电并输出检测信号；判别模块：接收检测信号并输出判别信号至中控预警模块；安装有电荷耦合器件的无人机：与判别模块进行信息交互。

实施例1

图2为本发明的具体实施例示意图，所述的市电，包括本户市电和相邻街区市电。所述的相邻街区市电，包括多条相邻街区市电，通过独立隐藏线路，连接中控预警模块。所述的中控预警模块，通过第一变压器T1、第二变压器T2分别接收本户市电和相邻街区市电。所述的中控预警模块预设电异常值偏离范围为±30%，维持时间为1分钟。所述的中控预警模块根据智能家居系统用电消耗的稳定性预设电异常偏离范围。所述的中控预警模块，包括模/数转换器：接收市电，并输出带有市电有效值特征的数字信号；处理器：接收模/数转换器的数字信号。所述的第一模/数转换器，通过连接降压保护器的方式接收市电，降压保护器采用分压电阻。

所述的过零检测单元，包括第一过零检测单元和第二过零检测单元。所述的过零检测单元，包括依次连接的数字隔离器，整流桥电路和电压比较电路。数字隔离器选用直接电容式，第一电容C1，第二电容C2，第三电容C7和第四电容C8。

所述的判别模块，包括异或门U1A：接收检测信号；连接异或门U1A的反相器U2A：与异或门U1A构成同或门；积分器：连接同或门的输出端；连接积分器的振荡器OSC：输出60赫兹谐振脉冲。所述的中控预警模块，还连接有带有电异常触发制功能的应急电源，通信节点和/或反馈节点。所述的处理器，包括相互匹配的现场编程门阵列FPGA和数字处理器DSP。

实施例2

所述的过零检测单元，包括接收市电的第一数字隔离器:第一电容C1和第二电容C2;接收第一数字隔离器输出的整流桥：包括四个二极管D1、D2、D3和D4；电压比较电路：将整流桥的输出与分压电阻电压作比较，完成过零检测；电压比较电路还连接一个阈值电压开关D5。

实施例3

所述的判别模块，其中的积分器，包括并联的第五电容C4和电阻R6。积分器的时间常数需要大于市电二分之一的占空系数，并小于市电的占空系数，以至于在两个过零检测单元出现不一致的脉冲时，能够发出“喘息”电脉冲，振荡器OSC接收到“喘息”脉冲时，将不足以继续发出60赫兹脉冲，现场编程门阵列FPGA的计数环路受到破坏，触发电异常事件。

实施例4

图3为本发明的低噪声放大器和采集阵列的一个采集电极具体实施示意图，采集电极将脑肌信号转换为电信号，体现为电压值，输入至低噪声放大器的同相输入端，低噪声放大器的反相输入端连接低噪声放大器的输出端形成负反馈。低噪声放大器的同相输入端还连接有电压上拉电阻。

实施例5

本发明装置识别深度隐藏的电入侵。在智能家居负载电源接入前端，受到恶意电干扰；恶意电干扰为频率大幅扰动，破坏市电占空系数，进一步使智能家居设备处于非正常工作状态，长时间的非正常工作即可使其故障或失灵，这对门禁与智能安防设备是致命的；而中控预警模块检测的市电电压幅值不会发生异常，但在第一过零检测单元处，会输出随扰动频率变化的过零信号，在异或门U1A处，输出间断的高电平，反相器U2A将输出间断的低电平，积分器发出“喘息”脉冲，振荡器OSC输出低于60赫兹的脉冲，现场编程门阵列FPGA计数环受到破坏，进一步通知数字处理器DSP，数字处理器DSP根据现场编程门阵列FPGA计数环是否受到随机多次破坏（单次破坏后无电输出，判定为无意断电或智能家居线路故障，但也会激活反馈节点通知用户），如果是，将判定为恶意入侵，同时激活通信节点和反馈节点，实现报警并通知用户。

实施例6

所述的脑肌电信号采集器，选用高分辨率的无线神经认知头盔Emotiv EPOC，其通过一系列的传感器，将脑部产生的信号转换成电信号。带上Emotive EPOC头盔，在传感通道上安装带有电极的海绵，如果海绵不够潮湿，海绵上要蘸有盐水以降低阻抗。

实施例7

所述的牙控方式，分析时域信号持续时间以及咬牙状态和次数，若时长不超过1秒，则利用可变窗口方法，初始化窗口数量N计为1，逐渐调整窗口长度，若窗口长度大于阈值T，则N自动加1 ；遍历整个咬牙时序信号后，若N是为1，则表示咬1次；若N是2，则表示咬了2次；若N是3，则表示咬了3次。以此类推。若时长持续超过1秒，则表示长咬状态。

实施例8

结合实施例6，进一步地，区分出不同的咬牙动作状态。咬牙动作具体可分为：左咬一次（s01）、左咬两次(s02)、左咬三次(s03)、左咬四次(s04)、左长咬（s05）、右咬一次(s06)、右咬两次(s07)、右咬三次(s08)、左咬四次(s09)、右长咬(s10)、左右同时咬一次(s11)、左右同时咬两次(s12)、左右同时咬三次(s13)、左右同时咬四次(s14)、左右同时长咬(s15)。另外，为了开机和关机特产生如下一种咬牙状态，即左右同时长咬持续超过2 秒，记为s16。为了增加智能家居的更多功能，特产生如下二种咬牙状态，即左长咬持续超过2秒，记为s17，右长咬持续超过2 秒，记为s18。“s”结合“数字”，作为对应的命令，通过所述的脑肌电信号采集器内置的信号发射器发射至中控预警模块。

实施例9

在实施例5和8的基础上，用户仅需要咬合牙齿，便可隐秘地控制报警，例如，提前预设左右同时咬四次（s14），中控预警模块收到信号，通过通信节点发出报警求救信号。

实施例10

所述的处理器适用于以下MCU、DSP、CPU或者GPU、APU的RISC架构、ARM或x86架构、量子或光子CPU技术选择。技术的进步只是选用标准的参考；但是出于改劣发明,或者成本考量,仅仅从实用性的技术方案选择。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于脑肌电信号反馈控制的智能家居设备，其特征在于，包括

用于市电有效值检验的中控预警模块：接收市电；

用于市电频率检验的过零检测单元：接收市电并输出检测信号；

判别模块：接收检测信号并输出判别信号至中控预警模块；

脑肌电信号采集器：接收判别模块的状态信息，并反馈控制信号至中控预警模块；

所述的市电，包括本户市电和相邻街区市电。

2.根据权利要求1所述的一种基于脑肌电信号反馈控制的智能家居设备，其特征在于，所述的中控预警模块，包括

模/数转换器：接收市电，并输出带有市电有效值特征的数字信号；

处理器：接收模/数转换器的数字信号。

3.根据权利要求2所述的一种基于脑肌电信号反馈控制的智能家居设备，其特征在于，所述的模/数转换器，通过连接降压保护器的方式接收市电。

4.根据权利要求1所述的一种基于脑肌电信号反馈控制的智能家居设备，其特征在于，所述的过零检测单元，包括第一过零检测单元和第二过零检测单元。

5.根据权利要求2所述的一种基于脑肌电信号反馈控制的智能家居设备，其特征在于，所述的处理器，包括相互匹配的现场编程门阵列和数字处理器。

6.根据权利要求1所述的一种基于脑肌电信号反馈控制的智能家居设备，其特征在于，所述的脑肌电信号采集器，包括

采集阵列：接收脑肌信号并输出电信号；

低噪声放大器：接收电信号；

加法器：其输入端连接低噪声放大器的输出端。

7.根据权利要求1所述的一种基于脑肌电信号反馈控制的智能家居设备，其特征在于，所述的脑肌电信号采集器，采用高分辨率的无线神经认知头盔Emotiv EPOC。