CN107281611A - 一种生物反馈入静放松装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物反馈入静放松装置及方法，属于生物反馈领域。该入静放松装置包括皮电阻和皮温度采集模块、皮电阻和皮温度恒流源、皮电阻和皮温度取样电路、皮电阻和皮温度信号差分放大电路、单片机、语音模块和电源。通过采集人体的皮电阻和皮温度信号并转换为电压信号，并差分放大相对变化的电压信号，在预设时间段对皮电阻和皮温度放大电压进行平均统计，依据统计值的变化情况来判断人体的入静放松特征，控制语音模块减小或者增大音量，驱动喇叭或者耳机，发出提示声和语音提醒反馈给人听，人通过安静大脑意识和放松身体训练，使反馈的提示声逐渐减小，直到消失，达到入静放松目的，该装置采集数据方便准确，适用范围广。
Description
技术领域
本发明属于生物反馈领域，具体涉及一种帮助人入静放松的装置及入静放松的方法。
背景技术
人类受外界压力因数影响，心理和生理的会发生不良反应，压力过大容易产生抑郁、失眠、焦虑、怯场等疾病，当今社会节奏加快，这个问题更加突出，对人类的工作、学习、生活和健康产出了严重影响，因此如何减缓人的压力，成为减少这些疾病发生率的一个重要课题；
目前在此问题上主要存在以下几个方面的研究和开发：
1．研究脑电波生物反馈放松训练方面，如我国专利号CN201610567007.0、CN201320124545.4的发明专利、公开的一种通过采集脑电波，在放松判定部件中将其采集的生理状况值与存储的基准值相比较，计算并判识别放松特征，并生物反馈；
2．研究心率和呼吸信号生物反馈放松训练方面，如我国专利号CN200980151023.X、CN200980105993.6、CN200680022173.7的发明专利、公开的一种通过采集心率和呼吸信号，检测信号的变化，判断放松特征，并生物反馈；
3．研究血压心率生物反馈放松训练方面，如我国专利号CN200980105993.6的发明专利、公开的一种通过采集血压心率信号，检测信号的变化，判断放松特征，并生物反馈；
4．研究多种生物电反馈放松训练方面，如我国专利号CN97191152.5、CN201210149190.4的发明专利、公开的一种通过采集脑电波、心率、呼吸、血压等生物电信号，检测多重信号的变化，判断放松特征，并生物反馈；
5．心理干预方面，在心理理论指导下，对个体和群体心理健康问题和行为施加策略性影响，使之发生向健康的目标变化，实现对他人减缓心理压力目的；
6．体育锻炼方面，人通过体育运动、静坐、业余活动等行为来减缓心理压力；
以上方法的主要缺点是：
1．所采集的上述生物电信号判断人体的放松状态有一定效果，不容易判断人体大脑意识的入静状态；
2．所采集的上述生物电信号对判断人体放松特征的灵敏度低，容易受环境和个体差异干扰，从而导致判断结果不准确；
3．采集上述生物电信号不方便，装置复杂，不易便携使用；
4．心理干预需要他人干预，无生物反馈，不能自主的、随时的、方便的自我调节心理压力；
5．体育锻炼受外界和自身心理因素影响大，无生物反馈，调节心理压力容易出偏差。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明提供一种生物反馈入静放松装置，该入静放松装置不受环境、人体个体差异的影响，具有生物反馈，能帮助人正确的自我调节大脑意识入静和身体放松，达到减缓压力和健康身体的目的；
为了达到发明目的，本发明采用的技术方案为：一种生物反馈入静放松装置，其特征在于，包括皮电阻采集模块、皮温度采集模块、皮电阻恒流源、皮温度恒流源、皮电阻取样电路、皮温度取样电路、皮电阻信号差分放大电路、皮温度信号差分放大电路、单片机、语音模块和电源；
所述皮电阻采集模块佩戴在人体皮肤的部位上，用于采集人体的皮电阻信号；所述皮电阻采集模块的输出端与皮电阻取样电路的输入端相连接，所述皮电阻取样电路的输出端与单片机输入端相连接，所述皮电阻取样电路的输出端与皮电阻信号差分放大电路的正向输入端相连接，所述单片机的输出端与皮电阻信号差分放大电路的负向输入端相连接，所述皮电阻信号差分放大电路的输出端与单片机输入端相连接；
所述皮温采集模块佩戴在人体皮肤的部位上，用于采集人体的皮温度；所述皮温度采集模块的输出端与皮温度取样电路的输入端相连接，所述皮温度取样电路的输出端与单片机输入端相连接，所述皮温度取样电路的输出端与皮温度信号差分放大电路的正向输入端相连接，所述单片机的输出端与皮温度信号差分放大电路的负向输入端相连接，所述皮温度信号差分放大电路的输出端与单片机输入端相连接；
所述电源分别与皮电阻恒流源、皮温度恒流源、皮电阻信号差分放大电路、皮温度信号差分放大电路、单片机和语音模块相连接；
所述单片机的输出端还分别与皮电阻恒流源输入端、皮温度恒流源输入端、语音模块输入端相连接；
所述皮电阻恒流源的输出端与皮电阻采集装置的输入端相连接；皮温度恒流源的输出端与皮温度采集装置的输入端相连接；
这里，该生物反馈入静放松装置能准确采集人体的皮电阻和皮温度信号，并转换为电压信号，将相对变化的电压信号进行差分放大，通过对放大信号取样、统计、计算和比较，能实现对人的入静放松特征准确的判断和反馈；
更优地，所述皮电阻采集模块是由两个宽度和长度相同的单电级，按规定的间距组成的双电极；
这里，采用双电极测量人体的皮电阻，模块装置简单，测量方式简单，测试结果准确；
更优地，所述皮温度采集模块是由1个温度感应器组成；
这里，采用1个温度感应器，可以采集到人体的温度信号，模块装置简单，测量方式简单，测试结果准确；
本发明还提供了根据上述所生物反馈入静放松装置的入静放松方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）统计计时器开始计时，取样计时器开始计时；
（2）采集人体的皮电阻信号、皮温度信号；
（3）将采集到的皮电阻信号、皮温度信号经过取样电路后转换为对应的持续电压信号V1、V2； V1随皮电阻信号的增大而减小或者随皮电阻信号的减小而增大，V2随皮温度信号的增高而增大或者随皮温度信号的降低而减小；
（4）提示声初始音量设为高音量档，音量减小计数器ND清零，音量增大计数器器NI清零，训练次数计数器NT清零；
（5）采集V1的瞬间电压值，并与预设标准电压值VS相比较，若V1电压值大于VS时，延迟规定时间TD，统计计时器清零，取样计时器清零；
(6) 截取一个V1、V2瞬间信号，单片机将瞬间信号V1、V2瞬间信号进行处理，分别减去规定的固定偏差值V1D、V2D，形成一相对恒定电压V1C、V2C，将V1C、V2C输入到皮电阻信号差分放大电路、皮电阻信号差分放大电路的负向输入端，同时将瞬间电压信号V1、V2输入到皮电阻信号差分放大电路、皮温度信号差分放大电路的正向输入端，两个差分放大电路分别对两路电压信号进行差分放大，使输出的初始瞬间放大值在电源电压值VE值的中间值附近，为两个差分放大电路以后持续放大值留出一定的上下变化空间；
（7）皮电阻信号差分放大电路对恒定电压V1C和持续电压V1信号进行差分放大后得到持续放大值V1F并输入到单片机；皮温度信号差分放大电路对恒定电压V2C和持续电压V2信号进行差分放大后得到持续放大值V2F并输入到单片机；所述V1F随皮电阻信号的增大而减小或者随皮电阻信号的减小而增大，V2F随皮温度信号的增高而增大或者随皮温度信号的降低而减小；
（8）判断取样计时器是否到达预设的时间T1，若未到达取样时间T1，则监测V1电压值，若皮电阻采集模块在人体皮肤的部位上有戴上或者取下的动作，使 V1电压值从小于VS变化到大于VS或者从大于VS变化到小于VS，进入步骤（5）；若到达取样时间T1，则进入步骤（9）；
(9) 对持续放大信号V1F、V2F取样，获得一组瞬间电压值V1FS、V2FS，并存储，取样计时器清零；
（10）判断统计计时器的计时时段T2是否已到，若计时时段T2未到，则进入步骤（8），若计时时段T2已到，进入步骤（11）；
（11）将在统计时段T2内存储的多个皮电阻瞬间电压值V1FS值求平均值，获得一个平均皮电阻电压放大值并存储，将计时时段T2内存储的多个皮温瞬间电压值V2FS值求平均值，获得一个平均皮温度电压放大值并存储；
（12）将后一个获得的平均皮电阻放大电压值与前一个获得平均皮电阻放大电压值进行比较：
若变化值减小并超过规定电压值VR1，设皮电阻变化特征值NR1为-1；
若变化值增大并超过规定电压值VR1，设皮电阻变化特征值NR1为1；
若变化值没有超过规定的电压值VR1，设皮电阻变化特征值NR1为0；
或者将后一个获得的平均皮温度放大电压值与前一个获得的平均皮温度放大电压值进行比较：
若变化值增大并超过规定电压值VR2，设皮温度变化特征值NR2为-1；
若变化值减小并超过规定电压值VR2，设皮温度变化特征值NR2为1；
若变化值没有超过规定的电压值VR2，设皮温度变化特征值NR2为0；
将NR1与NR2相加，得到合并的变化特征值NRS= NR1+ NR2；
判断上述合并变化特征值NRS，若NRS值小于零，减小1档音量，音量减小计数器ND计数，音量增大计数器NI清零；若NRS值大于零，增大1档音量；音量增大计数器NI计数，音量减小计数器ND清零；若NRS值等于零，音量不变，音量减小计数器ND清零，音量增大计数器NI清零；并控制语音模块改变相应音量，驱动喇叭或者耳机发出一声提示声；
判断上述音量减小计数器ND的值是否达到规定的值NDS，若达到，控制语音模块发出鼓励入静放松语音提醒，音量减小计数器ND清零；若未达到，无语音提醒发出；同时判断上述音量增大计数器NI的值是否达到规定的值NIS，若达到，控制语音模块发出帮助入静放松语音提醒，音量增大计数器NI清零；若未达到，无语音提醒发出；
若上述音量档改变后，有提示声发出，进入步骤（8）；若音量档减小到最小后，无提示声发出，完成一次入静放松训练，训练次数计数器NT计数，并开始下一次入静放松训练，提示声音量设为高音量档，音量减小计数器ND清零，音量增大计数器器NI清零，进入步骤（8）；
更优地，所述采集人体的皮电阻信号的方法为：将皮电阻采集装置，佩戴在人体皮肤上，利用恒流源向安装在采集装置上的双电极两端进行通电来采集；所述采集人体的皮温度信号的方法为：将皮温度采集装置，佩戴在人体皮肤上，利用恒流源向安装在采集装置上的温度感应器两端进行通电来采集；
这里，利用恒流源进行通电来采集，能提高采集信号的稳定和准确性；
更优地，所述用于采集人体的皮电阻信号的恒流源的输出电流能够根据监测到的V1的电压值情况改变大小；
这里，此改进的目的在于根据皮电阻值的大小调节皮电阻恒流源的电流强度，使得皮电阻值的变化容易被察觉；
更优地，所述监测V1电压值，若V1电压值从小于VS变化到大于VS或者从大于VS变化到小于VS，是判断皮电阻模块是否有从人体皮肤的部位上戴上或取下的动作；
这里，皮电阻采集模块佩戴在人体皮肤上，开始采集皮电阻和皮温度信号，取下皮电阻采集模块，停止采集皮电阻和皮温度信号，确保能采集到人体的皮电阻信号和皮温度信号；
更优地，所述的皮电阻和皮温度差分放大电路输出电压值范围规定为0.5伏到（VE-0.5）伏；
这里，对两个差分放大电路输出电压值范围进行限定，是依据差分放大电路输出电压值在规定的范围内放大线性最好，保证放大信号的准确性；
更优地，所述的皮电阻或者皮温度差分放大输出电压值超出其规定的电压范围时，单片机立即重新在持续电压信号V1或者V2中截取一个瞬间信号进行处理，分别减去规定的固定偏差值V1D或者V2D，形成一相对恒定的电压V1C或者V2C，将皮电阻或者皮温度差分放大的初始瞬间输出电压拉回到电源电压值VE的中间值附近；
这里，利用差分放大电路对皮电阻和皮温度信号进行放大，由于差分放大电路的负向输入端为恒定电压，人体的皮电阻和皮温度信号电压为变化电压，该信号电压经过差分放大后，输出电压会超出其规定范围，并会超出电压电源值VE，通过单片机重新处理形成恒定电压，将差分放大的初始瞬间输出电压拉回到电源电压值VE的中间值附近，为两个差分放大电路以后持续放大值留出一定的上下变化空间，实现了在电源电压有限的情况下，可以对相对变化信号进行高倍数放大，提高对变化信号的诊断和人体入静放松识别的灵敏度；
更优地，所述提示声音量减小为入静放松提示，提示声音量增大为非入静放松提示；若皮电阻和皮温度变化特征方向一致或一个有变化另一个无变化特征，提示声音量减小或增大1档音量，若皮电阻和皮温度变化特征方向相反或无变化特征，提示声音量不变；是将皮电阻和皮温度变化特征相结合，准确控制音量大小；
这里，通过提示声音量大小的变化反馈，人体及时安静大脑意识和放松身体，达到生物反馈入静放松的目的；当皮电阻和皮温度的变化特征共同朝着入静放松方向变化，或者其中一个朝着入静放松方向变化另一个无特征变化，减小1档音量；当皮电阻和皮温度的变化特征共同朝着非入静放松方向变化，或者其中一个朝着非入静放松方向变化另一个无特征变化，增大1档音量；当皮电阻和皮温度变化特征方向相反或无变化特征，音量不变；这种将皮电阻和皮温度的变化特征有机结合控制音量的方法，提高了判断入静放松特征的准确性和抗干扰能力；
更优地，所述出现连续音量减小，次数达到规定的NDS次，控制语音模块发出鼓励入静放松语音提醒；出现连续音量增大，次数达到规定的NIS次，控制语音模块发出帮助入静放松语音提醒；
这里，语音提醒是对人体入静放松过程阶段性的小结反馈，帮助人体达到正确入静放松的目的；
更优地，训练次数越少，入静放松效果越不好，训练次数越多，入静放松效果越好；
这里，通过积极的入静放松训练，增加训练次数，达到深度入静放松的目的；
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明依据人体皮肤上的汗量变化导致的皮电阻变化和皮温度变化能够明显反映人大脑意识入静和身体放松情况的原理，提供了一种生物反馈入静放松装置，该入静放松装置通过实时采集人体的皮电阻和皮温度信号并转换为电压信号，并差分放大相对变化小的电压信号，在规定的时间段对放大的皮电阻和皮温度电压进行平均统计，依据统计值的变化情况来判断人的入静放松特征，增强了入静放松装置的抗干扰能力，大大提高了采集数据的准确度、判别人入静放松特征的灵敏度和准确度，该入静放松装置的皮电阻恒流源根据人体皮肤上汗量的多少自动调节通过皮电阻采集模块上的电流大小，使皮电阻采集模块呈现的皮电阻入静放松特征更加明显，大大提高了入静放松装置的灵敏度和抗干扰能力；装置将这两种生物电的入静放松特征以声音的形式进行反馈，通过人在训练中聆听反馈的提示声大小和鼓励帮助语音提醒，能帮助人朝正确的入静放松方向自我调节大脑意识入静和身体放松，实现生物反馈入静放松的目的；通过不断的入静放松训练，增加训练次数，能达到深度入静放松的目的，对于减缓人的压力，健康身体，有很好的帮助；
附图说明：
图1是本发明生物反馈入静放松装置实施例的结构示意图；
图2是本发明生物反馈入静放松装置实施例的电路图；
图3是本发明生物反馈入静放松方法的流程图；
图中标记为：1-皮电阻双电极，2-皮温度感应器，3-皮电阻恒流源，4-皮温度恒流源，5-皮电阻取样电路，6-皮温度取样电路，7-皮电阻信号差分放大电路，8-皮温度信号差分放大电路，9-单片机，10-语音模块，11-电源；
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明；
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明；
本发明对人是否入静放松的判断理论依据如下：发明人经过实验发现，人体的皮电阻和皮温度会随人的大脑意识入静和身体放松的变化而变化，当人大脑意识杂念多、不安静和身体紧张时，人体皮肤上的汗会增多导致皮电阻减小，皮温度降低，当人的大脑意识杂念少、安静和身体放松时，人体皮肤上的汗会减少导致皮电阻增大，皮温度增高，这种入静放松特征不能瞬间呈现，需要在一定的时间内对若干个瞬间变化数据进行采集、统计、计算和比较，才能清晰呈现出来；
为使其本发明的介绍更简洁，“皮电阻”简称为“皮阻”，“皮温度”简称为“皮温”；
实施例1：
如图1、图2所示，本发明提供了一种生物反馈入静放松装置，包括皮阻双电极1，皮温感应器2，皮阻恒流源3，皮温恒流源4，皮阻取样电路5，皮温取样电路6，皮阻信号差分放大电路7，皮温信号差分放大电路8，单片机9，语音模块10，电源11；
本实施例选择采集面向人手心的手指皮阻信号和皮温信号，该部位的信号变化相对灵敏；
皮阻双电极1佩戴在面向人手心的手指部位上，用于采集人手指的皮阻信号；皮阻双电极1的输出端与皮阻取样电路5的输入端相连接，皮阻取样电路5的输出端与单片机9输入端相连接，皮阻取样电路5的输出端与皮阻信号差分放大电路7的正向输入端相连接，单片机9的输出端与皮阻信号差分放大电路7的负向输入端相连接，皮阻信号差分放大电路7的输出端与单片机9输入端相连接；
皮温感应器2佩戴在面向人手心的手指部位上，用于采集人手指的皮温信号；皮温感应器2的输出端与皮温取样电路6的输入端相连接，皮温取样电路6的输出端与单片机9输入端相连接，皮温取样电路6的输出端与皮温信号差分放大电路8的正向输入端相连接，单片机9的输出端与皮温信号差分放大电路8的负向输入端相连接，皮温信号差分放大电路8的输出端与单片机9输入端相连接；
电源11分别与皮阻恒流源3、皮温恒流源4、皮阻信号差分放大电路7、皮温信号差分放大电路8、单片机9和语音模块10相连接，用于为整个生物反馈入静放松装置供电。本实施例电源11采用可充电的3.7伏锂电池供电；
单片机9的输出端还分别与皮阻恒流源3输入端、皮温恒流源4输入端和语音装置10输入端相连接；
单片机9用于生物反馈入静放松装置的编程计算、计时、计数、判断、控制和储存；
皮阻恒流源3的输出端与皮阻双电极1的输入端相连接，负责向皮阻双电极1供电；皮温恒流源4的输出端与皮温感应器2的输入端相连接，负责向皮温感应器2供电；
本实施例的皮阻双电极1和皮温感应器2装配在一起，组成一个组合采集装置，设计成一个戒指形状的指环采集装置，方便的佩戴在面向人手心的手指部位上；
本实施例的生物反馈入静放松装置为便携装置；
实施例2：
如图3所示，根据前述的生物反馈入静放松装置的入静放松的方法，具体步骤如下：
（1）单片机的统计计时器开始计时，取样计时器开始计时；
（2）采集人手指的皮阻信号、皮温信号；
采集人手指的皮阻信号的方法，是利用皮阻恒流源3向佩戴在手指上的分离的皮阻双电极1进行通电来采集的。皮阻双电极1的两个单电极大小相同，按规定尺寸为：长度15毫米，宽度10毫米，两个单电极按规定间距为2毫米。而采集手指上的温度信号的方法，是利用皮温恒流源4向佩戴在手指上的皮温感应器2进行通电来采集的，皮温感应器2是由1个温度感应器组成，由于温度感应器的体积只有米粒大小，可以安装在皮阻双电极1的两个单电极的间隙部位上；
（3）将采集到的手指皮阻信号、手指皮温信号分别经过皮阻取样电路5、皮温取样电路6后转换为对应的持续电压信号V1、V2；所述V1随皮阻信号的增大而减小或者随皮阻信号的减小而增大，V2随皮温信号的增高而增大或者随皮温信号的降低而减小；
要将皮阻信号和皮温信号转化为电压信号，可以采用取样电路将连续的皮阻信号和皮温信号转化为连续的电压信号V1、V2，由于皮阻双电极1和皮温感应器2的一端接电源11正极，为恒定的高电压VE(3.7伏)，本发明的皮阻取样电路5、皮温取样电路6只能从皮阻和皮温的另一端取相对低的电压，流向皮阻和皮温的恒定电流是从高电压端流向低电压端，皮阻取样电路5、皮温取样电路6所取的电压是相对电源负极的电压差V1、V2，皮阻越大，取样电压越小，皮温越高（温度感应器2电阻越小），取样电压越大，反之，皮阻越小，取样电压就越大，皮温越低（温度感应器2电阻越大），取样电压越小，由于本发明的取样电路的取样点是相对于电源负极电压，这样如图2，皮阻双电极1、皮温感应器2是串联在相应的皮阻恒流源3、皮温恒流源4的输出线路中，根据欧姆定律和串联电路计算公式，取样电压为：
V1=VE-R1×I1，VE为恒定的电源11电压，R1为皮阻双电极1间变化的手指皮阻值，I1为皮阻恒流源3输出的恒定电流；
V2=VE-R2×I2，VE为恒定的电源11电压，R2为皮温感应器2感应的手指皮温输出的电阻值，温度升高，皮温感应器2输出的电阻越小，温度下降，皮温感应器2输出的电阻越大，I2为皮温恒流源4输出的恒定电流；
这样，从以上公式和说明得出，电阻越大，电压越小，反之，电阻越小，电压越大。本发明的取样电路所取得的V1、V2电压与皮阻和皮温完全为线性关系，取样电压完全能真实反应皮阻和皮温的变化；
（4）提示声初始音量设为高音量档，音量减小计数器ND清零，音量增大计数器器NI清零，训练次数计数器NT清零；
该装置的入静放松训练是聆听装置反馈的提示声，通过调节大脑意识入静和放松身体，将提示声的音量由大变小，直到无声，完成一次入静放松训练，在开机启动或开始下一次入静放松训练时，提示声的初始音量档设为高音量档，在开机时所有计数器都要初始化清零，在开始下一次入静放松训练时，除了训练次数计数器不初始化清零，其它计数器都要初始化清零；
现有市场中，语音模块中的语音芯片一般都有几十档音量可调节，可以安装两个手动音量调节按钮来增大和减小音量，初始音量档可以根据人的听力习惯自主调节；
（5）采集V1的瞬间电压值，并与预设标准电压值VS相比较，若V1电压值大于VS时，延迟规定时间TD，统计计时器清零，取样计时器清零；
当皮阻双电极1佩戴在人的手指上时，V1稳定在电压值1-3伏，当佩戴在手指上的皮阻双电极1取下时，V1稳定在低电压值0-0.5伏，预设标准电压值VS为0.5伏，当指环采集装置开始佩戴在手指上时，电压信号V1小于VS（0.5伏）变化到大于VS（0.5伏）后，由于指环采集装置中的皮阻双电极1和皮温感应器2与手指皮肤有一个接触过程，造成电压信号V1和V2不稳定，需要延迟规定的稳定时间TD（10秒），将统计计时器和取样计时器清零，重新开始计时，避免延迟时间影响计时器时间；
（6）截取一个V1、V2瞬间信号，单片机9进行处理形成一相对恒定电压V1C、V2C；
单片机9处理形成一相对恒定电压V1C、V2C的方法是：
依据本实施例的皮阻信号差分放大电路7的放大倍数（15倍）和皮温信号差分放大电路8的放大倍数（51倍），设相对恒定的电压：
V1C=V1- V1D；V2C=V2- V2D；
V1D 设为0.1伏， V2D设为0.03伏，V1D（0.1伏）和V2D（0.03伏）为固定偏差电压，使两个差分放大电路的初始瞬间输出电压值在电源电压值VE（3.7伏）的中间值（1.85伏）附近，为两个差分放大电路以后持续放大值留出一定的上下变化空间；
单片机9设定相对恒定电压的计算是通过ADC（模拟数字转换器）和DAC（数字模拟转换器）完成的。本步骤的目的是将模拟电压信号V1、V2输入到单片机9的ADC端口PF0、PF1，如图2，转换成数字电压，将转换的两个数字电压值减去相应的数字固定偏差电压值得到相对恒定的的两个数字电压，再经单片机9的DAC端口PE15、PE7，转换形成V1C、V2C相对恒定的模拟电压；
（7）将(6)步骤中相对恒定电压V1C输入到皮阻信号差分放大电路7的负向输入端，同时将持续电压信号V1输入到皮阻信号差分放大电路7的正向输入端，皮阻信号差分放大电路7对这两路电压信号进行差分放大后得到持续放大值V1F并输入到单片机9；将(6)步骤中相对恒定电压V2C输入到皮温信号差分放大电路8的负向输入端，同时将持续电压信号V2输入到皮温信号差分放大电路8的正向输入端，皮温信号差分放大电路8对这两路电压信号进行差分放大后得到持续放大值V2F并输入到单片机9； V1F随皮阻信号的增大而减小或者随皮阻信号的减小而增大，V2F随皮温信号的增高而增大或者随皮温信号的降低而减小；
（8）判断取样计时器是否到达预设的取样时间T1（2秒），若未到达取样时间T1（2秒），则监测V1的电压值，若指环采集装置在人的手指上有戴上或者取下的动作，使V1电压值从小于VS（0.5伏）变化到大于VS（0.5伏）或者从大于VS（0.5伏）变化到小于VS（0.5伏），进入步骤（5）；若到达取样时间T1（2秒），则进入步骤（9）；
(9) 对持续差分放大信号V1F、V2F取样，获得一组瞬间电压值V1FS、V2FS，并存储，取样计时器清零；
本步骤的目的是将模拟电压信号V1F、V2F输入到单片机9的ADC（模拟数字转换器）端口PF2、PF3，如图2，转换成数字电压进行储存，便于下一步计算、统计、比较和判断入静放松特征；
（10）判断统计计时器的计时时段T2（12秒）是否已到，若计时时段T2（12秒）未到，对下一个持续差分放大信号V1F、V2F进行取样，进入步骤（8），若计时时段T2（12秒）已到，进入步骤（11）；
（11）将在计时时段T2（12秒）内存储的多个皮阻放大电压值V1F求平均值，获得一个平均皮阻放大电压值并存储，将计时时段T2（12秒）内存储的多个皮温放大电压值求平均值，获得一个平均皮温放大电压值并存储；
（12）将后一个获得的平均皮阻电压放大值与前一个获得平均皮阻电压放大值进行比较，设VR1为0.01伏:
若变化值减小并超过规定电压值VR1，设皮阻变化特征值NR1为-1；
若变化值增大并超过规定电压值VR1，设皮阻变化特征值NR1为1；
若变化值没有超过规定的电压值VR1，设皮阻变化特征值NR1为0；
或者将后一个获得的平均皮温放大电压值与前一个获得的平均皮温放大电压值进行比较，设VR2为0.01伏：
若变化值增大并超过规定电压值VR2，设皮温变化特征值NR2为-1；
若变化值减小并超过规定电压值VR2，设皮温变化特征值NR2为1；
若变化值没有超过规定的电压值VR2，设皮温变化特征值NR2为0；
将NR1与NR2相加，得到合并的变化特征值NRS= NR1+ NR2；
判断上述合并变化特征值NRS，若NRS值小于零，减小1档音量，音量减小计数器ND计数，音量增大计数器NI清零；若NRS值大于零，增大1档音量；音量增大计数器NI计数，音量减小计数器ND清零；若NRS值等于零，音量不变，音量减小计数器ND清零，音量增大计数器NI清零；并控制语音模块改变相应音量，驱动喇叭或者耳机发出一声提示声；
判断上述音量减小计数器ND的值是否达到规定的值NDS（3），若达到，控制语音模块发出鼓励入静放松语音提醒，音量减小计数器ND清零；若未达到，无语音提醒发出；同时判断上述音量增大计数器NI的值是否达到规定的值NIS（3），若达到，控制语音模块发出帮助入静放松语音提醒，音量增大计数器NI清零；若未达到，无语音提醒发出；
若上述音量档改变后，有发出提示声，统计计时器清零，进入步骤（8）；若音量档减小到最小后，无提示声发出，完成一次入静放松训练，训练次数计数器NT计数，并开始下一次入静放松训练，提示声音量设为高音量档，音量减小计数器ND清零，音量增大计数器器NI清零，进入步骤（8）；
采集人手指的皮阻信号的方法为：将指环采集装置，佩戴在面向人手心的手指上，利用皮阻恒流源3向安装在指环采集装置上的皮阻双电极1两端进行通电来采集；采集人手指的皮温信号的方法为：将指环采集装置，佩戴在面向人手心的手指上，利用皮温恒流源4向安装在指环采集装置上的皮温感应器2两端进行通电来采集。利用恒流源给皮阻双电极1和皮温感应器2通电，能使取得的电压V1、V2的变化与皮阻、皮温的变化完全成线性关系，取样电压完全能真实反应皮阻和皮温的变化；
皮阻恒流源3的电流档共4档，初始电流为1档，电流是0.5微安，档越高，电流越大，2档电流为3微安，3档电流为11微安，4档电流为17微安，判断手指上的电压信号V1是否高于规定电压3伏，若电压信号V1在规定的时间段8秒内持续高于规定电压3伏，皮阻恒流源3电流上升一挡，当判断手指上的电压信号V1是否低于规定电压1伏，若电压信号V1在规定的时间段8秒内持续低于规定电压1伏，皮阻恒流源3电流下降一挡；若手指上的电压信号V1在规定的时间段8秒内没有持续高于规定电压3伏，并且V1没有持续低于规定电压1伏，皮阻恒流源3所在的挡位保持不变，电流保持不变；
众所周知，手指上的汗液越多，其皮阻越小，反之其皮阻越大。当手指上汗液多的时候，皮阻的变化值非常的小，而当手干的时候，皮阻的变化值又非常大。倘若都用同样的皮阻恒流源3电流，势必会导致手指上汗液多的时候电压信号V1变化不易察觉,而手指上汗液少的时候电压信号V1变化过大；
实现恒流源电流的改变是由单片机9的端口PE6输出的模拟电压输入到皮阻恒流源3中运算放大器U1A的正（+）输入口，如图2，控制皮阻恒流源3的输出电流I1大小，PE6输出的模拟电压越大，皮阻恒流源3输出的电流I1越大，PE6输出的模拟电压越小，皮阻恒流源3输出的电流I1越小。由于人体的皮温与人体体温有关，是一个变化不大的温度，皮温恒流源4采用固定电流，由单片机9的端口PE5输出的模拟电压输入到皮温恒流源4中运算放大器U1B正（+）输入口，控制皮温恒流源的I2电流为10微安，PE5输出的电压为恒定电压；
利用单片机9进一步判断电压信号V1是否在规定的时间段8秒持续高于规定电压3伏（即手上汗液多，皮阻值小，取样电压大的情况），若是，就增大皮阻恒流源3提供给采集手指的皮阻信号的双电极的电流，使得皮阻取样电路5的放大倍数增加，皮阻取样电路5灵敏度提高。若电压信号V1在规定的时间段8秒持续低于规定电压1伏（即手上汗液少，皮阻值大，取样电压小的情况），就减小皮阻恒流源3提供给采集手指的皮阻信号的双电极的电流，使得皮阻取样电路5的放大倍数减小，皮阻取样电路5灵敏度降低。若电压信号V1在规定的时间段8秒没有持续高于规定电压3伏并且V1没有持续低于规定电压1伏，则皮阻恒流源3电流保持不变；
皮阻恒流源3提供给佩戴在手指上两个分离的双电极的电流随皮阻值的变化而变化，手的汗液越多，电阻越小，提供的电流就越大，反之，手越干燥，电阻越大，提供的电流就越小，这样，皮阻双电极1采集手指的皮阻的变化就比较均衡和明显，避免手指干燥电阻变化过大或手汗多电阻变化过小，保证采集的精度均衡准确， V1经皮阻信号差分放大电路7放大的电压V1F的变化同样比较均衡和更加明显，也保证V1F的精度均衡准确；
监测V1电压值，若V1电压值从小于VS（0.5伏）变化到大于VS（0.5伏）或者从大于VS（0.5伏）变化到小于VS（0.5伏），是判断皮阻双电极1是否在人的手指上有戴上或取下的动作，由于皮阻双电极1和皮温感应器2装配在一起组成的一个指环采集装置，同时也判断了皮温感应器2是否在人的手指上有戴上或取下的动作。指环采集装置佩戴在人的手指上，开始采集皮阻和皮温信号，从手指上取下指环采集装置，停止采集皮阻和皮温信号，确保能采集到人体的皮阻信号和皮温信号；
皮阻信号差分放大电路7和皮温信号差分放大电路8的输出电压值范围按规定为0.5伏到（VE-0.5）伏，在本实施例中为0.5-3.2伏，这是依据图2的差分放大电路的放大特性决定的，差分放大输出在规定的范围内，其放大线性最好；
当V1F、V2F超出其电压范围时，采用如（6）所述的单片机9处理形成一相对恒定电压的方法，单片机9立即重新在持续电压信号V1、V2中截取一个瞬间信号进行处理形成一相对恒定的电压V1C、V2C，将V1F、V2F拉回到电源电压值VE（3.7伏）的中间值1.85伏附近。由于皮阻和皮温信号变化小，特别是皮温信号变化更小，必须高倍数放大信号才能察觉到变化，本装置是便携装置，电源11为可充电的锂电池，电压只有3.7伏，高倍放大后，差分放大输出的电压很容易超出其电压范围和电池电压VE（3.7伏），导致放大电压被封顶后无变化，采用单片机9的处理方法能解决这个问题，突破了电池电压的限制，把放大倍数提高很大，直到能容易的察觉到皮阻和皮温信号的变化；
提示声音量减小为入静放松提示，提示声音量增大为非入静放松提示；当皮阻和皮温的变化特征共同朝着入静放松方向变化（NR1=-1、NR2=-1），或者其中一个朝着入静放松方向变化另一个无特征变化（NR1=-1、NR2=0或者NR1=0、NR2=-1），减小1档音量；当皮阻和皮温的变化特征共同朝着非入静放松方向变化（NR1=1、NR2=1），或者其中一个朝着非入静放松方向变化另一个无特征变化（NR1=1、NR2=0或者NR1=0、NR2=1），增大1档音量；当皮阻和皮温变化特征方向相反（NR1=-1、NR2=1或者NR1=1、NR2=-1）或无变化特征（NR1=0、NR2=0），音量不变；
当提示声出现连续音量减小，次数达到规定的NDS（3）次，控制语音模块发出鼓励入静放松语音提醒；当提示声出现连续音量增大，次数达到规定的NIS（3）次，控制语音模块发出帮助入静放松语音提醒；
语音模块10发出提示声、鼓励帮助提醒和改变音量大小是由单片机9的串口信号发送端口TX向语音模块10的串口信号接收端口RX发送串口信号，控制语音模块10发出提示声、鼓励语音、帮助语音和改变音量大小、。语音模块10安装有两个手动音量按钮，可以增大或减小音量，方便人按自己的听力习惯自主调节初始音量。语音模块10还接有耳机插口和喇叭，方便人依据不同的场所使用耳机或喇叭；
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种生物反馈入静放松装置，其特征在于，包括皮电阻采集模块、皮温度采集模块、皮电阻恒流源、皮温度恒流源、皮电阻取样电路、皮温度取样电路、皮电阻信号差分放大电路、皮温度信号差分放大电路、单片机、语音模块和电源；
所述皮电阻采集模块佩戴在人体皮肤的部位上，用于采集人体的皮电阻信号；所述皮电阻采集模块的输出端与皮电阻取样电路的输入端相连接，所述皮电阻取样电路的输出端与单片机输入端相连接，所述皮电阻取样电路的输出端与皮电阻信号差分放大电路的正向输入端相连接，所述单片机的输出端与皮电阻信号差分放大电路的负向输入端相连接，所述皮电阻信号差分放大电路的输出端与单片机输入端相连接；
所述皮温度采集模块佩戴在人体皮肤的部位上，用于采集人体的皮温度信号；所述皮温度采集模块的输出端与皮温度取样电路的输入端相连接，所述皮温度取样电路的输出端与单片机输入端相连接，所述皮温度取样电路的输出端与皮温度信号差分放大电路的正向输入端相连接，所述单片机的输出端与皮温度信号差分放大电路的负向输入端相连接，所述皮温度信号差分放大电路的输出端与单片机输入端相连接；
所述电源分别与皮电阻恒流源、皮温度恒流源、皮电阻信号差分放大电路、皮温度信号差分放大电路、单片机和语音模块相连接；
所述单片机输出端还分别与皮电阻恒流源输入端、皮温度恒流源输入端、语音模块输入端相连接；
所述皮电阻恒流源的输出端与皮电阻采集装置的输入端相连接；皮温度恒流源的输出端与皮温度采集装置的输入端相连接。
2.根据权利要求1所述的生物反馈入静放松装置，其特征在于，所述皮电阻采集模块是由两个宽度、长度相同的单电极，按规定的间距组成的双电极。
3.根据权利要求1所述的生物反馈入静放松装置，其特征在于，所述皮温度采集模块是由1个温度感应器组成。
4.根据权利要求1所述的生物反馈入静放松装置，其特征在于，所述皮电阻采集模块、皮温度采集模块是佩戴在人体皮肤的部位上采集。
5.一种根据权利要求1所述生物反馈入静放松装置的入静放松方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）统计计时器开始计时，取样计时器开始计时；
（2）采集人体的皮电阻信号、皮温度信号；
（3）将采集到的皮电阻信号、皮温度信号经过取样电路后转换为对应的持续电压信号V1、V2；所述V1随皮电阻信号的增大而减小或者随皮电阻信号的减小而增大，V2随皮温度信号的增高而增大或者随皮温度信号的降低而减小；
（4）提示声初始音量设为高音量档，音量减小计数器ND清零，音量增大计数器NI清零，训练次数计数器NT清零；
（5）采集V1的瞬间电压值，并与预设标准电压值VS相比较，若V1电压值大于VS时，延迟规定时间TD，统计计时器清零，取样计时器清零；
(6)截取一个V1、V2瞬间信号，单片机将V1、V2瞬间信号进行处理，分别减去规定的固定偏差值V1D、V2D，形成一相对恒定电压V1C、V2C，将V1C、V2C分别输入到皮电阻信号差分放大电路、皮电阻信号差分放大电路的负向输入端，同时将V1、V2瞬间电压信号分别输入到皮电阻信号差分放大电路、皮温度信号差分放大电路的正向输入端，两个差分放大电路分别对两路电压信号进行差分放大，使输出的初始瞬间放大值在电源电压值VE的中间值VE/2附近；
（7）皮电阻信号差分放大电路对恒定电压V1C和持续电压V1信号进行差分放大后得到持续放大值V1F并输入到单片机；皮温度信号差分放大电路对恒定电压V2C和持续电压V2信号进行差分放大后得到持续放大值V2F并输入到单片机；所述V1F随皮电阻信号的增大而减小或者随皮电阻信号的减小而增大，V2F随皮温度信号的增高而增大或者随皮温度信号的降低而减小；
（8）判断取样计时器是否到达预设的时间T1，若未到达取样时间T1，则监测V1电压值，若皮电阻采集模块在人体皮肤的部位上有戴上或者取下的动作，使 V1电压值从小于VS变化到大于VS或者从大于VS变化到小于VS，进入步骤（5）；若到达取样时间T1，则进入步骤（9）；
(9) 对持续差分放大信号V1F、V2F取样，获得一组瞬间电压值V1FS、V2FS，并存储，取样计时器清零；
（10）判断统计计时器的计时时段T2是否已到，若计时时段T2未到，则进入步骤（8），若计时时段T2已到，统计计时器清零，进入步骤（11）；
（11）将在统计时段T2内存储的多个皮电阻瞬间电压值V1FS值求平均值，获得一个平均皮电阻放大电压值并存储，将计时时段T2内存储的多个皮温度瞬间电压值V2FS值求平均值，获得一个平均皮温度放大电压值并存储；
（12）将后一个获得的平均皮电阻放大电压值与前一个获得平均皮电阻放大电压值进行比较：
若变化值减小并超过规定电压值VR1，设皮电阻变化特征值NR1为-1；
若变化值增大并超过规定电压值VR1，设皮电阻变化特征值NR1为1；
若变化值没有超过规定的电压值VR1，设皮电阻变化特征值NR1为0；
或者将后一个获得的平均皮温度放大电压值与前一个获得的平均皮温度放大电压值进行比较：
若变化值增大并超过规定电压值VR2，设皮温度变化特征值NR2为-1；
若变化值减小并超过规定电压值VR2，设皮温度变化特征值NR2为1；
若变化值没有超过规定的电压值VR2，设皮温度变化特征值NR2为0；
将上述NR1与NR2相加，得到合并变化特征值NRS= NR1+ NR2；
判断上述合并变化特征值NRS，若NRS值小于零，减小1档音量，音量减小计数器ND计数，音量增大计数器NI清零；若NRS值大于零，增大1档音量；音量增大计数器NI计数，音量减小计数器ND清零；若NRS值等于零，音量不变，音量减小计数器ND清零，音量增大计数器NI清零；并控制语音模块改变相应音量，驱动喇叭或者耳机发出一声提示声；
判断上述音量减小计数器ND的值是否达到规定的值NDS，若达到，控制语音模块发出鼓励入静放松语音提醒，音量减小计数器ND清零；若未达到，无语音提醒发出；同时判断上述音量增大计数器NI的值是否达到规定的值NIS，若达到，控制语音模块发出帮助入静放松语音提醒，音量增大计数器NI清零；若未达到，无语音提醒发出；
若上述音量档改变后，有提示声发出，进入步骤（8）；若音量档减小到最小后，无提示声发出，完成一次入静放松训练，训练次数计数器NT计数，并开始下一次入静放松训练，提示声音量设为高音量档，音量减小计数器ND清零，音量增大计数器器NI清零，进入步骤（8）。
6.根据权利要求5所述的生物反馈入静放松方法，其特征在于，所述采集人体的皮电阻信号的方法为：利用恒流源向佩戴在人体皮肤上的双电极进行通电来采集；所述采集人体的皮温度信号的方法为：利用恒流源向佩戴在人体皮肤上的温度感应器两端进行通电来采集。
7.根据权利要求5所述的生物反馈入静放松方法，其特征在于，所述用于采集人体的皮电阻信号的恒流源的输出电流能够根据监测到的V1的电压值情况改变大小。
8.根据权利要求5所述的生物反馈入静放松方法，其特征在于，所述的皮电阻和皮温度差分放大电路输出电压值范围规定为0.5伏到（VE-0.5）伏，VE为电源电压值。
9.根据权利要求5或者8所述的生物反馈入静放松方法，其特征在于，所述的皮电阻或者皮温度差分放大输出电压值超出其规定的电压范围时，单片机立即重新在持续电压信号V1或者V2中截取一个瞬间信号进行处理，分别减去规定的固定偏差值V1D或者V2D，形成一相对恒定的电压V1C或者V2C，将皮电阻或者皮温度差分放大输出电压拉回到电源电压VE值的中间值附近。
10.根据权利要求5所述的生物反馈入静放松方法，其特征在于，所述步骤（12）的入静放松效果反馈方式为：
（1）提示声音量减小为入静放松提示，提示声音量增大为非入静放松提示；
若皮电阻和皮温度变化特征方向一致或一个有变化另一个无变化特征，提示声音量减小或增大1档音量，若皮电阻和皮温度变化特征方向相反或无变化特征，提示声音量不变；
（2）出现连续音量减小，次数达到规定的NDS次，控制语音模块发出鼓励入静放松语音提醒；出现连续音量增大，次数达到规定的NIS次，控制语音模块发出帮助入静放松语音提醒；
（3）用训练次数计数器NT的值表示训练次数，提示声从高音量降到无声为一次入静放松训练，训练次数越少，入静放松效果越不好，训练次数越多，入静放松效果越好。
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