CN113080970A - 一种可穿戴情绪识别手环 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可穿戴情绪识别手环，属于智能可穿戴设备技术领域。包括传感器模块、皮阻电极、控制和数据处理模块、LED灯及输出控制LED电路；传感器模块包括心率传感器和皮阻测量电路；皮阻测量电路与皮阻电极相连，该测量电路把皮肤阻值的变化转换为电压的变化，输出为相对校准时的电压变化量；控制和数据处理模块接收心率传感器以及皮阻测量电路输出的皮阻值，经过数据处理，再将控制信号输出给输出控制LED电路，输出控制LED电路接收控制信号再控制LED灯的亮和灭。所述情绪识别手环能融合多传感器的数据进行情绪识别，具备可穿戴及便捷快速情绪识别的优势；能客观显示和反映情绪紧张状态，对提高沟通效率，训练和比赛表现具有一定价值。

Description

一种可穿戴情绪识别手环
技术领域
本发明涉及一种可穿戴情绪识别手环，属于智能可穿戴设备技术领域。
背景技术
个体情绪的变化通常会影响社交沟通效率，棋类和射击等比赛的表现，较客观的情绪识别能够提高社交沟通效率，调整比赛策略和提高比赛表现。目前情绪识别多是利用面部表情或者脑电进行，此类方法通常需要复杂的设备和算法，其缺乏实时和便捷性，影响了其在社交，棋类和射击等比赛中的实时应用。本发明提供了一种可穿戴的实时情绪识别装置，能够实时显示人们情绪变化情况。其新颖性体现在：(1)利用多源生理数据进行情绪识别。(2)提供一种便捷可穿戴的情绪识别装置。其创造性体现在：开发了一种用于社交，射击和棋类等比赛用的实时情绪识别装置。
首先，在社交中，准确判断对方以及自己情绪变化有助于提高社会交往中沟通的效率。其次，在棋类，射击等比赛中，掌握运动员情绪变化可以实时调整比赛策略和进行心理疏导，其对提高比赛表现具有重要的作用。目前社会交往及比赛中的情绪识别通常通过主观的方法来进行判断，然而主观判断通常和个人经验有关，判断结果往往不够客观，并且需要花费时间去做判断。本发明专利提供了一种实时可穿戴的情绪识别装置。其可穿戴在手腕上，具有便携性。在社会交往，棋类和射击等运动比赛中，本装置能够进行简单便捷的情绪识别，对提高沟通效率，提升比赛中运动员表现具有一定价值，因此具有较大的应用前景。
个人的情绪变化通常对人的行为和表现产生影响，可以主观的从个人肢体、语言等表现来进行主观判断。事实上情绪的变化通常也会引起人体生理的变化，比如心率等。人的情绪变化最直接的生理体现在心率和皮阻上。其中心率的表现较直接和客观，当人们感到压力等不适造成精神紧张通常会引起心率的增加，因此心率可以成为一个表现情绪变化的生理参数。皮肤电阻是指皮肤间的电阻，其来源通常认为和皮肤下汗腺相关，当情绪紧张时，汗腺分泌通常更多，因此其皮肤间电阻会呈现下降态势，因此也可以作为表现情绪变化的一个重要生理参数。
本申请致力于基于皮肤间电阻，提出一种情绪识别手环，具备可穿戴特性，同时能够识别人的情绪变化。
发明内容
本发明的目的是针对现有情绪识别装置在便携性、可穿戴性以及沟通效率方面，均存在提升空间的技术现状，提出了一种可穿戴情绪识别手环，通过传感器获取人体生理信号进行情绪识别，所述手环能较客观的表现个体情绪变化和社会交往，即除了情绪识别外还能进行情绪判断，运动比赛中具有一定的应用价值。
为了达到上述目的，本发明采取如下技术方案。
所述可穿戴情绪识别手环，包括传感器模块、皮阻电极、控制和数据处理模块、LED灯以及输出控制LED电路；
其中，传感器模块又包括心率传感器和皮阻测量电路；
其中，心率传感器用于获取心率信号，具体通过光电式传感器获取；
光电式传感器的原理为：通过血管血液容积变化对红光吸收的变化获取心跳数据，从而获取心率读数；
皮阻测量电路与皮阻电极相连，该测量电路的功能是把皮肤阻值的变化转换为电压的变化，其输出为相对校准时的电压变化量；皮阻电极与手腕相连，即两个电极安装在手腕处，用于采集与手腕接触处的皮肤电压值；
所述可穿戴情绪识别手环中各模块的连接关系如下:
LED灯与输出控制LED电路相连，输出控制LED电路与控制和数据处理模块相连，控制和数据处理模块分别与输出控制LED电路、皮阻测量电路以及心率传感器相连，皮肤测量电路分别与皮阻电极以及控制和数据处理模块相连。
所述可穿戴情绪识别手环中各模块的信号传递关系如下:
控制和数据处理模块接收心率传感器以及皮阻测量电路输出的皮阻值，经过数据处理，再将控制信号输出给输出控制LED电路，输出控制LED电路接收控制信号再控制LED灯的亮和灭。
所述可穿戴情绪识别手环中各模块的功能如下:
皮阻电极用于采集与手腕接触处的皮肤电压值，皮阻测量电路把皮肤阻值的变化转换为相对校准时的电压变化量；控制和数据处理模块用于数据融合处理和电路的控制，该模块产生驱动LED的电压输出到输出控制LED灯,LED灯的输出用于显示情绪状态。
所述可穿戴情绪识别手环的工作过程，包括如下步骤：
步骤1、数据融合处理：通过传感器获取心率数据Heart rate和皮肤电阻SkinResistance，具体包括如下子步骤：
步骤1.1通过平静状态下的校准获取个体初始心率HO和初始皮肤电阻测得电压VO；
步骤1.2根据设置心率的最大增量Hmax和皮阻变化对应的最大电压变化量Vmax，实时测量心率H和电压V；
步骤2、计算归一化变化量
Figure BDA0003008748330000031
和
Figure BDA0003008748330000032
当
Figure BDA0003008748330000033
或
Figure BDA0003008748330000034
计算值小于零时，则置其值为零；
步骤3、获得情绪指数I＝(IH+IV)/2；
其中，0≤I≤1；
步骤4、根据情绪指数的值设置控制模块输出的LED驱动电压值；
步骤5、情绪识别：据步骤3计算得到的情绪识别指数输出驱动LED的电压信号u，根据驱动电压的变化可以控制LED灯的亮度；
自此，完成了采用一种可穿戴情绪识别手环，通过LED灯的亮度来实时显示情绪紧张程度的变化情况。
有益效果
本发明提出了一种可穿戴情绪识别手环，与现有情绪识别装置相比，具有如下有益效果：
1.所述情绪识别手环能融合多传感器的数据并进行情绪识别；
2.所述情绪识别手环具备可穿戴以及便捷快速情绪识别的优势；
3.所述情绪识别手环相比传统的主观判断情绪，提供一种客观的情绪识别实时情绪显示；
4.所述情绪识别手环在社交沟通、棋类和射击等运动中，能客观反映情绪紧张状态，对提高沟通效率，训练和比赛表现等具有一定的应用价值。
附图说明
图1为本发明一种可穿戴情绪识别手环的组成示意图；
图2为本发明可穿戴情绪识别手环的心率检测原理示意图；
图3为本发明可穿戴情绪识别手环的皮肤电阻测量电路示意图；
图4为本发明可穿戴情绪识别手环的输出控制LED灯的电路示意图；
图5为本发明可穿戴情绪识别手环的外观示意图；
图6为本发明可穿戴情绪识别手环的传感器位置示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图，对本发明一种可穿戴情绪识别手环进行详细阐述。
实施例1
图1为本发明一种可穿戴情绪识别手环的组成示意图；从图1可以看出，本发明提出的手环包括LED、输出控制LED电路、控制和数据处理模块、心率传感器、皮阻测量电路以及皮阻电极。
其中，LED与输出控制LED电路相连；心率传感器与控制和数据处理模块相连；控制和数据处理模块分别与输出控制LED电路、心率传感器以及皮阻测量电路相连；皮阻电极与皮阻测量电路相连。
心率传感器测得数据输入控制和数据处理模块；皮阻电极连接皮阻测量的电路输出皮阻给控制和数据处理模块；控制和数据处理模块接收心率传感器及皮阻测量电路测得的信息进行处理，输出信息给输出控制LED电路；输出控制LED电路将接收的电压值传给LED，通过光强展示情绪变化。
具体实施时，本手环与现有通过面部特征，即摄像头采集面部特征，再进行情绪识别的设备与装置相比，本手环更加简单和轻便，能够实时识别表情。所述情绪识别手环能融合多传感器的数据并进行情绪识别。
图2为本发明可穿戴情绪识别手环的心率检测原理示意图，具体实施时，光电式传感器为光电式心率传感器，采用MAX30102芯片实现对心率的测量。
所述情绪识别手环具备可穿戴以及便捷快速情绪识别的优势；所述情绪识别手环相比传统的主观判断情绪，提供一种客观的情绪识别实时情绪显示；所述情绪识别手环在社交沟通、棋类和射击等运动中，能客观反映情绪紧张状态，对提高沟通效率，训练和比赛表现等具有一定的应用价值，具体实施时，操作步骤如下：
第一、数据融合处理：通过传感器获取心率数据Heart rate和皮肤电阻SkinResistance。首先通过平静状态下的校准获取个体初始心率HO和初始皮肤电阻测得电压VO,其次根据设置心率的最大增量Hmax和皮阻变化(皮肤电阻测量电路示意如图3所示)对应的最大电压变化量Vmax，实时测量心率H和电压V,然后计算归一化变化量
Figure BDA0003008748330000051
和
Figure BDA0003008748330000052
当
Figure BDA0003008748330000053
或
Figure BDA0003008748330000054
计算值小于零时，则置其值为零。
第二、最后获得情绪指数I＝(IH+IV)/2，其中0≤I≤1。然后根据情绪指数的值设置控制模块输出的LED驱动电压值(输出控制LED灯的电路示意如图4所示)。
第三、情绪识别：据第二步计算得到的情绪识别指数输出驱动LED的电压信号u，根据驱动电压的变化可以控制LED灯的亮度，因此可以通过LED灯的亮度来实时显示情绪紧张程度的变化情况。
由心率传感器及其采集电路和皮肤电阻传感器及其采集电路获得心率信号H和皮阻转换的电压信号V，然后送入控制和数据处理模块，此模块进行数据融合处理和电路的控制，由控制和数据处理模块产生驱动LED的电压输出到输出控制LED灯的模块,最后由输出控制LED电路控制LED灯来显示情绪状态。
图5为本发明可穿戴情绪识别手环的外观示意图；图6为本发明可穿戴情绪识别手环的传感器位置示意图。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种可穿戴情绪识别手环，其特征在于：包括传感器模块、皮阻电极、控制和数据处理模块、LED灯以及输出控制LED电路；
其中，传感器模块又包括心率传感器和皮阻测量电路；
皮阻测量电路与皮阻电极相连，该测量电路的功能是把皮肤阻值的变化转换为电压的变化，其输出为相对校准时的电压变化量；
所述可穿戴情绪识别手环中各模块的连接关系如下：
LED灯与输出控制LED电路相连，输出控制LED电路与控制和数据处理模块相连，控制和数据处理模块分别与输出控制LED电路、皮阻测量电路以及心率传感器相连，皮肤测量电路分别与皮阻电极以及控制和数据处理模块相连；
所述可穿戴情绪识别手环中各模块的信号传递关系如下:
控制和数据处理模块接收心率传感器以及皮阻测量电路输出的皮阻值，经过数据处理，再将控制信号输出给输出控制LED电路，输出控制LED电路接收控制信号再控制LED灯的亮和灭；
所述可穿戴情绪识别手环的工作过程，包括如下步骤：
步骤1、数据融合处理：通过传感器获取心率数据Heart rate和皮肤电阻SkinResistance，具体包括如下子步骤：
步骤1.1通过平静状态下的校准获取个体初始心率HO和初始皮肤电阻测得电压VO；
步骤1.2根据设置心率的最大增量Hmax和皮阻变化对应的最大电压变化量Vmax，实时测量心率H和电压V；
步骤2、计算归一化变化量
Figure FDA0003008748320000011
和
Figure FDA0003008748320000012
当
Figure FDA0003008748320000013
或
Figure FDA0003008748320000014
计算值小于零时，则置其值为零；
步骤3、获得情绪指数I＝(IH+IV)/2；
步骤4、根据情绪指数的值设置控制模块输出的LED驱动电压值；
步骤5、情绪识别：据步骤3计算得到的情绪识别指数输出驱动LED的电压信号u，根据驱动电压的变化可以控制LED灯的亮度；
自此，完成了采用一种可穿戴情绪识别手环，通过LED灯的亮度来实时显示情绪紧张程度的变化情况。
2.根据权利要求1所述的一种可穿戴情绪识别手环，其特征在于：心率传感器用于获取心率信号，具体通过光电式传感器获取。
3.根据权利要求2所述的一种可穿戴情绪识别手环，其特征在于：光电式传感器的原理为：通过血管血液容积变化对红光吸收的变化获取心跳数据，从而获取心率读数。
4.根据权利要求3所述的一种可穿戴情绪识别手环，其特征在于：皮阻电极与手腕相连，即两个电极安装在手腕处，用于采集与手腕接触处的皮肤电压值。
5.根据权利要求4所述的一种可穿戴情绪识别手环，其特征在于：皮阻电极用于采集与手腕接触处的皮肤电压值，皮阻测量电路把皮肤阻值的变化转换为相对校准时的电压变化量。
6.根据权利要求5所述的一种可穿戴情绪识别手环，其特征在于：控制和数据处理模块用于数据融合处理和电路的控制，该模块产生驱动LED的电压输出到输出控制LED灯。
7.根据权利要求6所述的一种可穿戴情绪识别手环，其特征在于：LED灯的输出用于显示情绪状态。
8.根据权利要求7所述的一种可穿戴情绪识别手环，其特征在于：其中，步骤3中情绪指数的变化范围为0≤I≤1。
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