CN109800626A - 一种脑电波采集分析系统及电动平台控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及传感与控制技术领域，更具体地，涉及一种脑电波采集分析系统及电动平台控制系统及控制方法，包括有系统主机，系统主机通过通信装置与脑电波测量模块连接，系统主机通过网络与云平台通过无线连接，实现脑电波信息的上传，云平台与信息终端连接，实现用户端对脑电波信息的获取和处理。电动平台控制系统包括有电动平台控制模块，电动平台控制模块连接有二维电动平台，云平台将分析处理后的脑电波信息发送到电动平台控制模块，电动平台控制模块根据脑电波信息控制二维电动平台动作。本发明实现脑电波的远程采集及分析，并实现无边界的脑控效果。

Description

一种脑电波采集分析系统及电动平台控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及传感与控制技术领域，更具体地，涉及一种脑电波采集分析系统及电动平台控制系统及控制方法。

背景技术

随着近几年关于脑电波控制各方面的技术的不断突破与发展，神经装置正以极快速度革新，其在未来的应用前景非常巨大。由于脑电波和人类的行动、意识和情感直接相关，而且整个测量过程对人体不会有任何副作用，因此，脑电波被大量地用于临床医学，用以治疗从焦虑失眠、多动症、老年痴呆到脑肿瘤、癫痫等各种疾病。计算机科学和脑神经科学的结合，催生了像“神经电生理”这样的新学科，科学家们用脑电波得以破解越来越多的生命密码，尤其是人类如何利用脑波控制自身的行为、控制机器甚至控制其他人通过脑电波控制技术，在生物医学、智能制造等领域有非常广阔的应用前景。

目前脑电波采集与控制装置绝大多数都是在本地进行脑信号采集和处理后进行设备控制，不能实现实时脑信号远程采集，用户也不能远程通过互联网访问脑电波数据和控制设备。这种不足会大大减小脑电波控制的地理范围，使用局限性较大，现阶段物联网与云平台技术的发展与应用为此提供了很好的解决方法。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种脑电波采集分析系统及电动平台控制系统及控制方法，实现脑电波的远程采集及分析，并实现无边界的脑控效果。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种脑电波采集分析系统，其中，包括有系统主机，系统主机通过通信装置与脑电波测量模块连接，系统主机通过网络与云平台通过无线连接，实现脑电波信息的上传，云平台与信息终端连接，实现用户端对脑电波信息的获取。

本申请中，脑电波测量模块用于采集目标的脑电波信号，并通过通信装置将采集到的脑电波信号传输到系统主机，通过系统主机实现脑电波信号的分析。系统主机与云平台连接，系统主机将对脑电波信号的分析结果上传到云平台，通过云平台将分析结果进行记录并传输到用户端，实现用户端对脑电波信息的获取。

在一个实施方式中，系统主机设有指示装置和显示装置，指示装置根据脑电波专注度变化而变化，显示装置显示脑电波信号数据。系统主机设有指示装置，指示装置具有指示功能，指示装置根据脑电波专注度的变化情况而进行变化，实现指示功能。同时，显示装置显示脑电波信号数据，实现脑电波信号数据的直观传达。

在一个实施方式中，系统主机为嵌入式单片机，设有蓝牙通信串口和无线通信串口，系统主机通过蓝牙通信串口与脑电波测量模块连接，系统主机通过无线通信串口与云平台连接。

优选地，通信装置设有相互连接的蓝牙主机和蓝牙从机，蓝牙从机与脑电波测量模块连接，蓝牙主机与蓝牙通信串口连接。蓝牙从机与脑电波测量模块连接，通过蓝牙从机与蓝牙主机的配合，将脑电波数据传输给系统主机进行处理、显示。

优选地，信息终端为移动终端或电脑平台。

一种基于脑电波采集分析系统的电动平台控制系统，其中，包括有电动平台控制模块，电动平台控制模块连接有二维电动平台，云平台将脑电波信息发送到电动平台控制模块，通过电动平台控制模块控制二维电动平台动作。

本申请提供电动平台控制系统，包括有电动平台控制模块，电动平台控制模块接收云平台的脑电波信息，在脑电波信息的控制作用下，控制二维电动平台动作，通过脑电波实现对二维电动平台的远程控制。

在一个实施方式中，电机平台控制模块设有主控器和电机控制器，主控器实现信号调制并传输信号到电机控制器，通过电机控制器控制电动平台动作。主控器用于对接收的脑电波信息进行降噪和规格化处理，并将处理后的信号传输到电机控制器，通过电机控制器控制电动平台动作。

一种基于脑电波采集分析系统控制电动平台控制系统的方法，其中，包括有以下步骤：

S1：系统主机接入物联网，脑电波测量模块对脑电波进行测量并将测量结果通过系统主机进行处理；

S2：系统主机通过指示装置显示脑电波专注度的变化情况，通过显示装置显示脑电波信号数据，并上传脑电波信号到云平台；

S3：云平台记录脑电波信号数据，并解析脑电波信号的强度信息

S4：云平台对脑电波信号的强度信息进行处理分析，转化为控制指令发送到电动平台控制模块，电动平台控制模块根据控制指令控制二维电动平台动作。

在一个实施方式中，步骤S4中，脑电波信号包括α脑电波信号和β脑电波信号，电动平台控制模块根据α脑电波信号和β脑电波信号的强度变化控制二维电动平台动作。

优选地，二维电动平台设有X轴和Y轴，X轴根据α脑电波变化进行动作，Y轴根据β脑电波变化进行动作。

本发明与现有技术相比，具有以下特点：

1、本申请技术方案将脑电波与物联网结合，实现脑电波的实时远程采集，实现实时监控脑电波信息，通过云平台实现脑电波信息的远程传输，提高脑电波信息采集和传输的灵活性；

2、脑电波采集系统与电动平台相结合，利用脑电波控制电机移动，控制方式灵活可变，改变传统的一次性电开关驱动电机。

附图说明

图1是本发明实施例中整体结构示意图。

图2是本发明实施例中系统主机结构示意图。

图3是本发明实施例中方法流程示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例1：

如图1所示，本发明提供一种脑电波采集分析系统，包括有系统主机和脑电波测量模块，系统主机通过通信装置与脑电波测量模块连接，通信装置实现系统主机与脑电波测量模块之间的通信连接，脑电波测量模块测量的脑电波信息经通信装置传输到系统主机。

通信装置设有连接的蓝牙主机和蓝牙从机，蓝牙从机与脑电波测量模块连接，蓝牙主机与系统主机连接，实现系统主机与脑电波测量模块的通信。

系统主机通过无线连接与云平台连接，实现对脑电波信息的上传。

系统主机具有脑波数据接收、处理、显示、查看、上传数据等功能，系统主机为嵌入式STM32单片机，耗能低稳定性强。

嵌入式STM32单片机的VCC和GND与电源设配器连接。蓝牙主机的RXD和TXD端与单片机的PA9和PA10相连接；无线模块的TXD和RXD端连接到单片机PA2、PA3，即单片机的串口1用作蓝牙通信串口，串口2用作无线通信串口。单片机通过串口1接收来自蓝牙主机的脑电波信号数据，经处理、分析和提取后将脑电波数据通过串口2发送出去，从而通过无线模块上传到云平台上。

本实施例中，系统主机设有指示装置，指示装置根据脑电波专注度变化而变化，显示装置显示脑电波信号数据。指示装置为RGBLED灯，通过RGBLED灯的状态变化，显示脑电波专注度的变化。

系统主机设有显示装置，显示装置为OLED显示屏，通过显示装置显示脑电波信号数据。

单片机通过串口1接收来自蓝牙主机的脑电波信号数据，经处理、分析和提取后将脑电波数据通过串口2发送出去，从而通过无线模块上传到云平台。RGBLED灯连接到单片机的PA8、PA11和PA12，当人脑专注度处于不同阶段的值时主机会通过三个IO口控制RGB灯显示不同的颜色。

OLED模块的SCL、SDA端连接到单片机的PB0和PB1，单片机通过IIC通信协议驱动OLED显示模块，实现显示与云平台的连接状况、人脑当前的专注度和放松度值。

本实施例中，脑电波测量模块采用神念科技NeuroSky公司的TGAM脑电波采集模块，由TGAM芯片、干电极、耳夹、屏蔽线和LED灯组成，脑电波测量模块用于检测脑电波信号并输出原始脑电波信号，包括delta、theta、low alpha、alpha、low beta、gamma等脑波和经处理过的专注度、放松度。然后将原始脑电信号通过通信装置将信号数据发送出去，蓝牙主机与蓝牙从机的配对后可以将脑电信号传到系统主机，通过系统主机进行后续处理。

本实施例中，云平台与信息终端连接，实现用户端对脑电波信息的获取。信息终端为电脑平台或者手机终端，电脑平台或者手机终端通过云平台获取脑电波状态，对脑电波状态进行实时查看。

实施例2：

如图2所示，本申请提供一种基于脑电波采集分析系统的电动平台控制系统，包括有电动平台控制模块，电动平台控制模块连接有二维电动平台。

电脑平台或者手机终端通过云平台获取脑电波状态，对脑电波状态进行实时查看，并通过电脑平台或者手机终端将指令通过互联网发给电动平台控制模块，进而对二维电动平台进行控制。

电机平台控制模块包括STM32主控器、电机控制器和电动平台。STM32主控器调制好步进脉冲信号、方向电平信号、脱机信号，将调节好的信号输入到电机控制器中，实现控制电动平台的电机实现转动。

本实施例中，电机控制器适用于57/42型两相混合式步进电机的驱动器，通过拨码开关设定多种细分输出电流。

电动平台控制模块连接有二维电动平台，云平台将脑电波信息发送到电动平台控制模块，通过电动平台控制模块控制二维电动平台动作。

如图3所示，本发明提供一种基于脑电波采集分析系统控制电动平台控制系统的方法，其中，包括有以下步骤：

S1：系统主机接入物联网，脑电波测量模块对脑电波进行测量并将测量结果通过系统主机进行处理；

S2：系统主机通过指示装置显示脑电波专注度的变化情况，通过显示装置显示脑电波信号数据，并上传脑电波信号到云平台；

S3：云平台记录脑电波信号数据，并解析脑电波信号的强度信息

S4：云平台对脑电波信号的强度信息进行处理分析，转化为控制指令发送到电动平台控制模块，电动平台控制模块根据控制指令控制二维电动平台动作。

在步骤S1中，当出现脑电波测量模块不能正常测量脑电波时，提醒被测量者调整好佩戴设备，进行正常测量。

在步骤S2中，系统主机不能正常上传脑电波信号到云平台时，重新将系统主机连入物联网。

大脑能够产生四类脑电波，紧张状态下，大脑产生β波；放松状态下，大脑活跃，产生α波。

在步骤S4中，脑电波信号包括α脑电波信号和β脑电波信号，电动平台控制模块根据α脑电波信号和β脑电波信号的强度变化控制二维电动平台动作，具体为：α脑电波增强控制X轴正向动作；α脑电波减弱控制X轴反向动作；β脑电波增强控制Y轴正向动作；β脑电波减弱控制X轴反向动作。具体包括以下情况：

A1：α脑电波增强控制X轴正向；

A2：α脑电波减弱控制X轴反向；

A3：β脑电波增强控制Y轴正向；

A4：β脑电波减弱控制X轴反向。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种脑电波采集分析系统，其特征在于，包括有系统主机，所述系统主机通过通信装置与脑电波测量模块连接，所述系统主机与云平台通过无线模块连接，实现对脑电波信息的上传，所述云平台与信息终端连接，实现用户端对脑电波信息的获取。

2.根据权利要求1所述的脑电波采集分析系统，其特征在于，所述系统主机设有指示装置和显示装置，指示装置根据脑电波专注度变化而变化，显示装置显示脑电波信号数据。

3.根据权利要求1所述的脑电波采集分析系统，其特征在于，所述系统主机为嵌入式单片机，设有蓝牙通信串口和无线通信串口，所述系统主机通过蓝牙通信串口与脑电波测量模块连接，所述系统主机通过无线通信串口与云平台连接。

4.根据权利要求3所述的脑电波采集分析系统，其特征在于，所述通信装置设有相互连接的蓝牙主机和蓝牙从机，所述蓝牙从机与脑电波测量模块连接，所述蓝牙主机与蓝牙通信串口连接。

5.根据权利要求3所述的脑电波采集分析系统，其特征在于，所述信息终端为移动终端或电脑平台。

6.一种基于权利要求1至5任一项所述的脑电波采集分析系统的电动平台控制系统，其特征在于，包括有电动平台控制模块，所述电动平台控制模块连接有二维电动平台，云平台将脑电波信息发送到电动平台控制模块，电动平台控制模块根据脑电波信息控制二维电动平台动作。

7.根据权利要求6所述的电动平台控制系统，其特征在于，所述电机平台控制模块设有主控器和电机控制器，所述主控器实现信号调制并传输信号到电机控制器，通过电机控制器控制电动平台动作。

8.一种基于权利要求6至7任一项所述的电动平台控制系统的控制方法，其特征在于，包括有以下步骤：

S1：系统主机接入物联网，脑电波测量模块对脑电波进行测量并将测量结果通过系统主机进行处理；

S2：系统主机通过指示装置显示脑电波专注度的变化情况，通过显示装置显示脑电波信号数据，并上传脑电波信号到云平台；

S3：云平台记录脑电波信号数据，并解析脑电波信号的强度信息；

S4：云平台对脑电波信号的强度信息进行处理分析，转化为控制指令发送到电动平台控制模块，电动平台控制模块根据控制指令控制二维电动平台动作。

9.根据权利要求8所述的基于脑电波采集分析系统控制电动平台控制系统的方法，其特征在于，所述步骤S4中，脑电波信号包括α脑电波信号和β脑电波信号，电动平台控制模块根据α脑电波信号和β脑电波信号的强度变化控制二维电动平台动作。

10.根据权利要求9所述的基于脑电波采集分析系统控制电动平台控制系统的方法，其特征在于，所述二维电动平台设有X轴和Y轴，所述X轴根据α脑电波变化进行动作，所述Y轴根据β脑电波变化进行动作。