CN105395195A - 一种脑电控制开关的系统及方法 - Google Patents

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李振界
朱纯
蒋学新
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Abstract

本发明涉及一种脑电控制开关的系统及方法，其系统包括进行脑电检测的脑电信号采集器和对开关进行控制的外部装置；脑电信号采集器包括脑电采集模块、脑电信号判断模块、第一无线通信模块；外部装置包括第二无线通信模块、单片机、步进电机、开关按压装置；其方法包括：脑电采集模块对人脑信号进行采集，由脑电信号判断模块检测频率在8-9HZ的α脑电波；当检测到α波后，第一无线通讯模块将信号传送给第二无线通讯模块；第二无线通讯模块将接收到的信号传送给单片机的P3.0引脚；单片机接受到信号后在单片机的P1.0端口输出高电平，开启步进电机的运转；步进电机开始工作后带动齿轮的转动，从而使开关按压装置移动进，关闭开关。

Description

一种脑电控制开关的系统及方法
技术领域
本发明涉及一种开关的控制系统及方法，尤其涉及一种利用脑电波控制开关的系统及方法，属于医学领域。
背景技术
生物电现象是生命活动的基本特征之一，脑电波(Electroencephalogram，EEG)是大脑在活动时，大量神经元同步发生的突触后电位经总和后形成的，它记录大脑活动时的电波变化，是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。
无线电是指在所有自由空间(包括空气和真空)传播的电磁波，当电波通过空间传播到达收信端，电波引起的电磁场变化又会在导体中产生电流，通过解调将信息从电流变化中提取出来，即可达到信息传递的目的，具有低功耗、低成本、高可靠性、低复杂度的特点。
传统的手动式开关可以远距离操控开关，但却依旧需要手部做出动作来操控；对于失眠患者，身体或外界的移动会对入睡造成困难；而且手动控制需要改装内部电路，难以安装拆卸且不易移动，受空间限制，无法在出行时随身携带。
发明内容
针对现有技术存在的不足本发明提供了一种结构简单，成本低，使用和携带便捷的脑电控制开关的系统及方法。
为了解决以上问题，本发明采用了以下技术方案：一种脑电控制开关的系统，包括进行脑电检测的脑电信号采集器和对开关进行控制的外部装置；
所述的脑电信号采集器包括脑电采集模块，脑电信号判断模块、第一无线通信模块；脑电采集模块连接脑电信号判断模块，脑电信号判断模块连接第一无线通信模块；
所述的外部装置包括第二无线通信模块、单片机、步进电机、开关按压装置；第二无线通信模块连接单片机，单片机连接步进电机，步进电机连接开关按压装置；
所述脑电采集器与外部装置通过第一无线通信模和第二无线通信模块以无线通信方式进行通信连接。
所述脑电信号采集器为脑电信号采集帽。
所述脑电信号采集模块为对用户枕叶区的电位进行实时采样的脑电电极。
所述脑电信号判断模块由脑电波传感器组成。
所述第一无线通信模块和第二无线通信模块均为BlueTooth芯片；脑电信号判断模块的输出端与第一无线通信模块的RXD引脚相接。
所述单片机为STC89C52单片机，第二无线通信模块的输出端和单片机STC89C52的P3.0引脚相接，单片机STC89C52的P1.0引脚为输出端口，与步进电机相连接。
所述步进电机为外形尺寸4.4mm*3.5mm*10.5mm的有刷直流电动机。
作为本发明开关按压装置的一种优选方案，所述的开关按压装置为第一推杆，步进电机与第一开关推杆之间设有齿轮，在第一开关推杆上设有凹凸齿，第一开关推杆上的凹凸齿与齿轮上的凹凸齿啮合。当然本步进电机与开关之间的控制部件也可以选用其他任何可以按压开关的设备。
作为本发明开关按压装置的一种改进方案，所述的开关按压装置包括第一推杆和第二开关推杆，步进电机与第一开关推杆和第二开关推杆之间设有齿轮，在第一开关推杆和第二开关推杆上设有凹凸齿，第一开关推杆和第二开关推杆上的凹凸齿与齿轮上的凹凸齿啮合；开关推杆与第二开关推杆平行对称设置。
一种脑电控制开关的方法，包括以下步骤：
第一步：脑电采集模块对人脑信号进行采集，由脑电信号判断模块检测频率在8-9HZ的脑电波，即α波；
第二步：当检测到α波后，第一无线通讯模块将信号传送给第二无线通讯模块；
第三步：第二无线通讯模块将接收到的信号传送给单片机STC89C52的P3.0引脚；
第四步：单片机STC89C52接受到信号后在单片机STC89C52的P1.0端口输出高电平，开启步进电机的运转；
第五步：步进电机开始工作后带动齿轮的转动，从而使开关按压装置移动进，关闭开关。
本发明创新地使用脑电信号来控制开关，当人感到疲惫困倦时，大脑会产生α波，脑电采集器检测到α波时就可以自动关闭开关，而不用再人工手动地去关闭开关，对人的入眠具有一定的促进作用。外部装置是一种外置的装置，不需要对开关原有的电路进行改进，同时具有可移动性，可对不同的开关进行控制。
附图说明
图1为本发明系统的原理框图。
图2为本发明系统的开关按压装置与步进电机的连接实施例示意图。
图3为在图2所示实施例的基础上的一种改进实施示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本发明提供了一种脑电控制开关的系统：包括进行脑电检测的脑电信号采集器(脑电信号采集帽)和对开关进行控制的外部装置。
所述的脑电信号采集器包括脑电采集模块(对用户枕叶区的电位进行实时采样的脑电电极)，脑电信号判断模块(脑电波传感器)、第一无线通信模块。
所述的外部装置包括第二无线通信模块、单片机、步进电机1、开关按压装置。
所述单片机通过第二无线通信模块和第一无线通信模块与脑电信号判断模块进行通信。
所述第一无线通信模块和第二无线通信模块均为BlueTooth芯片。
脑电电极的输出端接脑电波传感器，脑电波传感器的输出端与第一无线通信模块的RXD引脚相接。
所述单片机为STC89C52单片机，第二无线通信模块的输出端和单片机STC89C52的P3.0引脚相接，单片机STC89C52的P1.0引脚为输出端口，与步进电机相连接。步进电机连接开关按压装置。
所述步进电机为外形尺寸4.4mm*3.5mm*10.5mm的有刷直流电动机。
如图2所示，所述的开关按压装置为第一推杆2，步进电机1与第一开关推杆2之间设有齿轮3，在第一开关推杆2上设有凹凸齿4，第一开关推杆2上的凹凸齿4与齿轮3上的凹凸齿5啮合。实际使用时，通过单片机STC89C52控制步进电机的运行，从而带动齿轮3的转动，使第一开关推杆2靠近开关6，实现关闭电源的目的。
具体的运作过程为：
脑电采集模块对人脑信号进行采集，由脑电信号判断模块检测频率在8-12HZ的脑电波，即α波；当检测到α波后，第一无线通讯模块将信号传送给第二无线通讯模块；第二无线通讯模块将接收到的信号传送给单片机STC89C52的P3.0引脚；单片机STC89C52接受到信号后在单片机STC89C52的P1.0端口输出高电平，开启步进电机1的运转；步进电机1开始工作后带动齿轮3的转动，从而使第一开关推杆2向前推进，关闭开关。
如图3所示，作为本发明的一种改进，所述的开关按压装置包括第一推杆2和第二开关推杆6，步进电机1与第一开关推杆2和第二开关推杆6之间设有齿轮3，在第一开关推杆2和第二开关推杆6上设有凹凸齿4，第一开关推杆2和第二开关推杆6上的凹凸齿4与齿轮3上的凹凸齿5啮合；开关推杆2与第二开关推杆6平行对称设置。
具体的运作过程为：
当人睡醒后，脑电采集模块对人脑信号进行采集，由脑电信号判断模块检测频率在8-9Hz的脑电波，即慢速α波；当检测到慢速α波后，第一无线通讯模块将信号传送给第二无线通讯模块；第二无线通讯模块将接收到的信号传送给单片机STC89C52的P3.0引脚；单片机STC89C52接受到信号后在单片机STC89C52的P1.0端口输出高电平，开启步进电机1的运转；步进电机1开始工作后带动齿轮3的转动，从而使第一开关推杆2向后移动，第二开关推杆6向前移动，打开开关。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不限制于本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种脑电控制开关的系统，其特征在于：包括进行脑电检测的脑电信号采集器和对开关进行控制的外部装置；
所述的脑电信号采集器包括脑电采集模块、脑电信号判断模块、第一无线通信模块；脑电采集模块连接脑电信号判断模块，脑电信号判断模块连接第一无线通信模块；
所述的外部装置包括第二无线通信模块、单片机、步进电机、开关按压装置；第二无线通信模块连接单片机，单片机连接步进电机，步进电机连接开关按压装置；
所述脑电采集器与外部装置通过第一无线通信模和第二无线通信模块以无线通信方式进行通信连接。
2.根据权利要求1所述的一种脑电控制开关的系统，其特征在于：所述脑电信号采集器为脑电信号采集帽。
3.根据权利要求1所述的一种脑电控制开关的系统，其特征在于：所述脑电信号采集模块为对用户枕叶区的电位进行实时采样的脑电电极。
4.根据权利要求1所述的一种脑电控制开关的系统，其特征在于：所述脑电信号判断模块由脑电波传感器组成。
5.根据权利要求1所述的一种脑电控制开关的系统，其特征在于：所述第一无线通信模块和第二无线通信模块均为BlueTooth芯片；脑电信号判断模块的输出端与第一无线通信模块的RXD引脚相接。
6.根据权利要求1所述的一种脑电控制开关的系统，其特征在于：所述单片机为STC89C52单片机，第二无线通信模块的输出端和单片机STC89C52的P3.0引脚相接，单片机STC89C52的P1.0引脚为输出端口，与步进电机相连接。
7.根据权利要求1所述的一种脑电控制开关的系统，其特征在于：所述步进电机为外形尺寸4.4mm*3.5mm*10.5mm有刷直流电动机。
8.根据权利要求1所述的一种脑电控制开关的系统，其特征在于：所述的开关按压装置为第一推杆(2)，步进电机与第一开关推杆(2)之间设有齿轮(3)，在第一开关推杆(2)上设有凹凸齿(4)，第一开关推杆(2)上的凹凸齿(4)与齿轮(3)上的凹凸齿(5)啮合。
9.根据权利要求1所述的一种脑电控制开关的系统，其特征在于：所述的开关按压装置包括第一推杆(2)和第二开关推杆(1)，步进电机(1)与第一开关推杆(2)和第二开关推杆(1)之间设有齿轮(3)，在第一开关推杆(2)和第二开关推杆(1)上设有凹凸齿(4)，第一开关推杆(2)和第二开关推杆(1)上的凹凸齿(4)与齿轮(3)上的凹凸齿(5)啮合；开关推杆(2)与第二开关推杆(1)平行对称设置。
10.一种脑电控制开关的方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步：脑电采集模块对人脑信号进行采集，由脑电信号判断模块检测频率在8-9HZ的脑电波，即α波；
第二步：当检测到α波后，第一无线通讯模块将信号传送给第二无线通讯模块；
第三步：第二无线通讯模块将接收到的信号传送给单片机STC89C52的P3.0引脚；
第四步：单片机STC89C52接受到信号后在单片机STC89C52的P1.0端口输出高电平，开启步进电机的运转；
第五步：步进电机开始工作后带动齿轮3的转动，从而使开关按压装置移动，关闭开关。
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