CN113116362A

CN113116362A - 一种意念控制的智能理疗仪控制系统设计方法

Info

Publication number: CN113116362A
Application number: CN202110385612.7A
Authority: CN
Inventors: 于存江; 丁笑颖; 杨龙标; 颜成伟; 周国宝; 孙禹泽
Original assignee: Changchun University
Current assignee: Changchun University
Priority date: 2021-04-10
Filing date: 2021-04-10
Publication date: 2021-07-16

Abstract

本发明提供了一种意念控制的智能理疗仪控制系统设计方法。包括硬件部分和软件部分，硬件部分包括意念控制器、USB接收器、树莓派4B、热疗探头、电疗探头、负压探头以及STM32F103ZET6处理器和语音模块，软件部分包括功能模块和驱动程序，功能模块还包括选择模块、意念控制模块、信息传输模块、理疗模块、信息记录模块、语音播报模块，选择模块包括，热疗模式、电疗模式、负压模式，理疗模块还包括热疗模块、电疗模块、负压模块。理疗者通过想象“十”字、左脚、右脚、左手、右手自动选择理疗模式和自动调节理疗参数。通过对采集的理疗者脑电波数据进行分析和处理，实现一种无需人工调节的智能理疗功能，为人脑和理疗仪之间的信息交互提供了一种全新的通信方式，解决了四肢残疾者在理疗过程中需要他人陪护的问题。

Description

一种意念控制的智能理疗仪控制系统设计方法

技术领域

本发明涉及脑机接口技术，尤其涉及一种意念控制的智能理疗仪控制系统设计方法。

背景技术

由于血管性疾病以及交通事故、工伤、意外伤害等原因导致截肢人数增多。我国公布的2010年末肢体残疾人数2472万，约占残疾人总数的29.1%，是各类残疾人数中所占比例最高的。与老年人一样，肢体残疾人也存在生活和出行不便等问题，需要为他们实施有针对性的康复护理。然而，由于子女忙于工作、护理人员不足和日益上涨的劳动力成本等现状，使照护肢体残疾人成为每个家庭的棘手问题。黄振涛（中国专利 2014-05-30CN104036124A 一种适用于重症监护或四肢残疾患者的意念控制系统）提出一种适用于重症监护或四肢残疾患者的意念控制系统，其特征在于，针对意识清楚但是肢体或者发声不便的患者,甚至是需要重症监护的病患,通过配备脑电采集设备,可让患者得到了更好的服务,获得表达自身需要的渠道,又能减轻医护人员陪护的工作量,大大提高了医疗效率同时还让患者能过通过执行电脑自主控制一些设备和通过网络与外界亲朋联系,减少住院期间的枯燥无味的等待,丰富病患的精神生活。2019年，王康宁，陈小刚等人设计了基于Matlab环境的脑控轮椅，能够为无法通过四肢操控轮椅运动的严重肢体残疾或运动障碍患者提供辅助，满足日常移动或出行需要。搭建的基于Matlab环境的SSVEP-BCW系统分类准确率较高，控制效果和控制舒适度较好，具有一定的实用性。常宁，杨风，等人针对重度残疾病人四肢丧失活动能力而无法自由行动的问题，研究了一种基于脑电波控制轮椅的方法，结合基于蚁群算法的路径规划，实现轮椅准确无碰撞地到达目的地的要求。

综上所述，随着电子信息、人工智能、人机交互等技术的发展和人民生活水平的提高，个人、家庭服务机器人发展迅速并逐渐走进千家万户，机器人代替人工来照护肢体残疾人成为可能。虽然目前市场上针对肢体残疾者的智能产品较多，但仍然没有针对于肢体残疾者在康复理疗过程中需要他人陪护的问题所研发的智能化理疗设备。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种意念控制的智能理疗仪控制系统设计方法。

本发明技术方案如下所述：

本发明提供了一种意念控制的智能理疗仪控制系统设计方法。包括硬件部分和软件部分，硬件部分包括意念控制器、USB接收器、树莓派4B、热疗探头、电疗探头、负压探头以及STM32F103ZET6处理器和语音模块，软件部分包括功能模块和驱动程序，功能模块还包括选择模块、意念控制模块、信息传输模块、理疗模块、信息记录模块、语音播报模块，选择模块包括，热疗模式、电疗模式、负压模式，理疗模块还包括热疗模块、电疗模块、负压模块。

所述功能选择模式包括，热疗模式、电疗模式、负压模式，模式间通过意念控制或触摸按钮进行切换；

所述意念控制模块是所述意念控制器将实时采集当前脑电波的原始数据通过无线蓝牙的方式进行传输，由所述USB接收器进行数据接收，所述树莓派4B对收集到的脑电数据进行实时处理；

所述信息传输模块，是所述意念控制模块通过串口将处理后的数据传输给所述STM32F103ZET6处理器，由所述STM32F103ZET6处理器将理疗参数进行无线传输给理疗者的移动端；

所述理疗模块包括，热疗模块、电疗模块、负压模块，通过对超声波频率的高低，低频脉冲电压的幅值，负压真空泵电压大小的控制，来进行理疗；

所述信息记录模块，是所述STM32F103ZET6处理器通过将理疗者使用理疗仪时理疗模式（热疗模式、电疗模式、负压模式）、理疗参数（热疗模式下超声波频率的高低、电疗模式下低频脉冲电压的幅值、负压模式下负压真空泵电压的数值）信息上传到服务器端在数据库中进行记录；

所述语音播报模块，是在理疗仪系统工作时，实时进行语音播报；

所述的意念控制模块与所述功能选择模式和所述理疗模块进行数据交互；

所述数据交互是通过所述意念控制模块，将处理后的结果通过串口传输给所述STM32F103ZET6处理器，来选择理疗模式和控制所述热疗探头、电疗探头和负压探头的理疗参数；

理疗者可随时通过移动端查看自己的理疗记录。

根据上述方法的本发明，其有益效果在于：

本发明根据人的意念可自动选择理疗模式和自动调节理疗参数，自行满足理疗。

本发明结合热疗、电疗、负压为一体，功能多样，智能操作，为四肢残疾者日常理疗带来极大便利。

本发明可自动保存理疗数据，记录理疗者使用理疗仪时理疗模式（热疗模式、电疗模式、负压模式）、理疗参数（热疗模式下超声波频率的高低、电疗模式下低频脉冲电压的幅值、负压模式下负压真空泵电压的数值）信息，便于理疗后理疗者清楚地分析了解自己的健康状况。

附图说明

下面结合附图和实例方式对本发明进行进一步描述。

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为本发明事件处理流程示意图；

图3为本发明执行流程结构示意图；

图4为本发明热疗探头原理示意图；

图5为本发明电疗探头原理示意图；

图6为本发明负压探头原理示意图；

图7为本发明调节器内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及实施方式对本发明进行进一步的描述：

如图1所示，本发明提供了一种意念控制的智能理疗仪控制系统设计方法。包括硬件部分和软件部分，硬件部分包括意念控制器、USB接收器、树莓派4B、热疗探头（超声波原理）、电疗探头（低频脉冲原理）、负压探头（拔罐原理）以及STM32F103ZET6处理器和语音模块，软件部分包括功能模块和驱动程序，功能模块还包括选择模块、意念控制模块、信息传输模块、理疗模块、信息记录模块、语音播报模块，选择模块包括，热疗模式、电疗模式、负压模式，理疗模块还包括热疗模块、电疗模块、负压模块。

本发明实现的功能包括：热疗功能、电疗功能、负压功能、脑电波原始数据的采集、脑电波数据处理、数据交互、模式选择、理疗仪参数调节和参数信息记录。

如图2所示，通过佩戴意念控制器实时采集脑电波原始数据，将采集脑电波原始数据定义为一次触发事件，一次事件触发后将USB接收器接收到的脑电数据通过树莓派4B进行处理，将脑电波数据处理定义为一次处理事件，通过实时不断的传输来的处理结果选择理疗模式或者在单一模式（例如：电疗模式）下进行理疗参数调节，同时将理疗模式（例如：电疗模式）和实时调节的理疗参数进行采样记录，并将实时调节的理疗参数和实时记录的理疗参数和理疗模式定义为二次处理事件。

1、选择模块

模块采用意念控制触摸按键的形式实现热疗模式、电疗模式、负压模式之间的切换。例如，自动模式下：当识别到左脚信号（想象左脚）时为热疗模式，当识别到右脚信号（想象右脚）时为电疗模式，当识别到“十”（想象“十”字）信号为负压模式；手动模式下：按键按一下是热疗模式，按键连续按两下是电疗模式，按键连续按三下是负压模式；模式选择后，通过按键按一下选择手动模式和按键按两下选择自动模式。

2、意念控制模块

理疗者佩戴意念控制器之后，意念控制器实时采集理疗者当前脑电波的的原始数据，并通过无线蓝牙的方式对原始数据进行传输，由USB接收器进行数据接收，树莓派4B对收集到的脑电数据通过训练好的模型进行实时处理。

3、信息传输模块

如图3所示，意念控制模块与理疗模块之间的信息传输基于串行通信协议。当理疗仪上电后，意念控制模块通过采集回理疗者当前脑电波的原始数据，进行数据传输，当USB接收器接收到数据时，树莓派4B通过训练好的模型进行实时处理，来完成脑电数据的识别，将识别后的信号结果（左脚、右脚、“十”）通过串行数据线进行传输给STM32F103ZET6处理器进行模式选择，左脚用来选择热疗模式，右脚用来选择电疗模式，“十”用来选择负压模式，模式选择后开始理疗，此时，意念控制模块识别到左手信息和手势右手信息时，通过串行数据线进行传输给STM32F103ZET6处理器进行参数调节，当接收到左手信息时，理疗参数进行加1，当接收到右手信息时，理疗参数进行减1（例如：热疗模式下，当识别到左手信息时，温度上升，当识别到右手信息时，温度下降），同时STM32F103ZET6处理器对理疗参数进行实时采样，将采集的理疗参数信息经过GSM数据传输模块上传到服务器终端，在数据库中进行保存，肢体残疾者监护人员可随时通过移动端来查看盲人的理疗记录，进而了解肢体残疾者的身体情况。

4、理疗模块

理疗模块分为，热疗模块、电疗模块、负压模块。通过肢体残疾者的脑电数据信息识别来调节理疗参数（脉冲电压幅值、频率的高低、负压的数值）；

热疗模块，采用超声波加热的方式通过热疗探头进行热疗。如图4所示，热疗探头内部原理图，热疗探头是通过STM32F103ZET6处理器控制放大器输出的电压，由超声波输出装置中超声波发生器将电压转换成与超声波换能器相匹配的高频电信号，驱动超声波换能器工作，进而输发出0.8MHZ至3.3MHZ频率范围内的超声波，直接让热疗探头接触理疗部位，从而使超声波覆盖范围内的大量分子无规则运动的剧烈程度增加，温度升高，实现热疗的效果。例如：在0.8MHZ至3.3MHZ超声波频率使用范围内，手动模式下是人通过调节器调节1电压的大小，实现超声波频率的调节；自动模式下是根据肢体残疾者的脑电数据信息来调节超声波频率的高低；

电疗模块，采用低频脉冲的方式通过电疗探头进行理疗。如图5所示，电疗探头内部原理图，电疗探头是通过STM32F103ZET6处理器控制放大器输出1000HZ以下的低频脉冲电流，经导线传导给电疗探头上的电极片，使电极片与人体电疗部位相接触，实现电疗效果。例如：在1000HZ以下低频脉冲使用范围内，手动模式下是人通过调节器2调节低频脉冲电流的幅值以达到理疗者的需求，自动模式下是肢体残疾者的脑电数据信息来调节低频脉冲电流的幅值；

负压模块，采用吸力的方式通过负压探头进行理疗，如图6所示负压探头内部原理图。负压探头是通过STM32F103ZET6处理器控制放大器输出12V的电压到负压探头上的负压真空泵使其产-10kPa到-40kPa范围内的压力。例如，在负压大小-10kPa到-40kPa范围内，手动模式下是人通过调节器3调节电压的大小，进而实现负压的数值的改变；自动模式下是肢体残疾者的脑电数据信息来自动调节负压的数值；

如图7所示，调节器内部结构示意图。通过手动开关选择手动调节档和自动调节档。当人把手动开关打到手动调节档时，即手动调节（调节滑动变阻器改变电压的大小）；当人把开关打到自动调节档时，即自动调节（肢体残疾者的脑电数据信息进行调节）。

5、信息记录模块

无论手动模式下还是自动模式下，理疗系统实时记录肢体残疾者使用理疗仪时的理疗模式（热疗模式、电疗模式、负压模式）和理疗参数信息（频率的高低、脉冲电流的幅值、负压的数值），通过GSM上传到服务器终端，在数据库中进行保存，便于理疗者通过移动端随时查看自己的理疗记录。

6、语音播报模块

例如：热疗模式下：当理疗系统上电后，语音播报模块进行语音播报：“理疗系统开启”，当模式选择后，语音播报模块进行语音播报“热疗模式”，当理疗系统进行理疗时识别到左手信息时，语音播报模块进行语音播报：“当前温度xx度，温度正在上升”，当理疗系统进行理疗时识别到右手时，语音播报模块进行语音播报：“当前温度xx度，温度正在下降”。

Claims

1.一种意念控制的智能理疗仪控制系统设计方法，包括硬件部分和软件部分，硬件部分包括意念控制器、USB接收器、树莓派4B、热疗探头、电疗探头、负压探头以及STM32F103ZET6处理器和语音模块，软件部分包括功能模块和驱动程序，功能模块还包括选择模块、意念控制模块、信息传输模块、理疗模块、信息记录模块、语音播报模块，选择模块包括，热疗模式、电疗模式、负压模式，理疗模块还包括热疗模块、电疗模块、负压模块；

所述数据交互是通过所述意念控制模块，将处理后的结果通过串口传输给所述STM32F103ZET6处理器，来选择理疗模式和控制所述热疗探头、电疗探头和负压探头的理疗参数。

2.根据权利要求1所述的一种意念控制的智能理疗仪控制系统设计方法，其特征在于，所述的意念控制模块与所述理疗模块进行数据交互；

所述数据交互是通过所述意念控制模块对理疗者进行脑电信号识别，将识别后的结果通过串口传输给所述STM32F103ZET6处理器，来控制所述热疗探头、电疗探头和负压探头的理疗参数。

3.根据权利要求1所述的一种意念控制的智能理疗仪控制系统设计方法，其特征在于，理疗者可随时通过移动端查看自己的理疗记录。