CN204515387U - 脑电信号采集设备和车载终端控制系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种脑电信号采集设备，包括：电极模块、TGAM模块、数据输出模块、电源模块和框架，所述电极模块、TGAM模块、数据输出模块和电源模块设置于所述框架上，其中，所述电极模块和电源模块分别与所述TGAM模块电连接，所述电极模块将采集到的脑电信号传输到所述TGAM模块，在佩戴时，所述电极模块与佩戴者的头部贴合；所述TGAM模块通过所述数据输出模块与所述脑电信号采集设备外部的车载设备耦接，将所述脑电信号转换为数字信号并输出至所述车载设备。实现了通过脑电信号来控制车载智能终端，减少了车辆驾驶者的操作，提高了车辆控制操作的智能性和便利性。

Description

脑电信号采集设备和车载终端控制系统
技术领域
本实用新型属于车载设备领域，具体地说，涉及一种脑电信号采集设备和车载终端控制系统。
背景技术
随着科学技术的发展和生活水平的提高，汽车已经成为人们不可缺少的交通工具。车辆的智能驾驶和无人驾驶也将会成为未来发展的趋势。
在进一步提高车载终端的智能化和高效化的过程中，人们希望将人类大脑感受器受到的刺激直接转换成电信号来控制车载智能终端。目前对于车载智能终端的控制还只是停留在人工的简单化操作，例如：通过肢体动作或者声音来操控车载终端，而通过肢体动作或者声音来操控容易造成驾驶者的疲劳。
现代神经元网络是在对人脑的结构、组成及基本单元认知基础上，综合数学、物理、信息处理等科学方法对人脑神经网络进行抽象，建立近似模型。虽然这种仿生概念能够无限接近于模拟人脑神经网络的工作原理，然而却要通过各种复杂的原理和算法等科学手段来近似实现模拟人类的行为，不仅计算复杂，而且目前还不能够像人脑一样会思考，能够提前感知、分析、判断和处理突发事件。
有鉴于此，亟待针对上述技术问题，提出一种基于人脑电信号进行自动控制的车载智能终端和系统。
实用新型内容
有鉴于此，本申请提供了一种脑电信号采集设备，解决了通过脑电信号来智能控制车载终端设备的技术问题。
为了解决上述技术问题，本申请公开了一种脑电信号采集设备，包括：电极模块、TGAM模块、数据输出模块、电源模块和框架，所述电极模块、TGAM模块、数据输出模块和电源模块设置于所述框架上，其中，所述电极模块和电源模块分别与所述TGAM模块电连接，所述电极模块将采集到的脑电信号传输到所述TGAM模块，在佩戴时，所述电极模块与佩戴者的头部贴合；所述TGAM模块通过所述数据输出模块与所述脑电信号采集设备外部的车载设备耦接，将所述脑电信号转换为数字信号并输出至所述车载设备。
所述电极模块包括：至少一个第一电极和第二电极，其中，所述第一电极是所述电极模块的工作电极，所述第二电极是所述电极模块的参考电极；在佩戴时，所述第一电极和第二电极分别贴合在佩戴者的头部的不同部位。
所述框架是眼镜型框架，所述第一电极和第二电极分别设置在所述眼镜型框架的镜腿位置。
所述框架，耳包型框架，所述第一电极和第二电极分别设置在所述耳包型框架的耳包套贴近耳朵一侧的位置。
所述框架是环形树脂框架，所述第一电极和第二电极为电极贴片，分别设置在所述环形树脂框架内侧。
所述数据输出模块包括数据输出接口和数据线；所述数据线的一端耦接所述数据输出接口，另一端与所述车载设备耦接，将所述数字信号输出至所述车载设备。
所述框架上还设置有容置槽，所述数据输出接口设置于所述容置槽内，所述数据线收缩在所述容置槽内并可以从所述容置槽内拉出。
所述数据输出模块包括：蓝牙模块或WIFI模块，所述TGAM模块通过所述数据输出模块采用无线通信将所述数字信号输出至所述车载设备。
为了解决上述技术问题，本申请还公开了一种车载终端控制系统，包括车载设备和本申请公开的脑电信号采集设备；所述车载设备包括：CPU、与所述脑电信号采集设备的数据输出模块匹配的数据接收模块和至少一个外围设备模块；其中，所述CPU通过数据接收模块接收所述脑电信号采集设备输出的数字信号，并转换成控制信号发送至所述至少一个外围设备模块。
所述至少一个外围设备模块包括：导航模块，音频播放模块，收音机模块，摄像模块和显示屏模块中的一个或多个。
与现有技术相比，本申请可以获得包括以下技术效果：
1)实现了通过脑电信号来控制车载设备，减少了车辆驾驶者的肢体操作，提高了车辆控制操作的智能性和便利性。
2)脑电信号采集设备的电极模块与佩戴者的头部紧密贴合，并且佩戴舒适，没有压迫感。
3)电极模块的参考电极可以采用设置在耳部的电极贴片，使参考电极采集的参考电压信号更稳定，降低佩戴者头部晃动而造成的影响。
4)脑电信号采集设备的数据输出模块设置有可伸缩的数据线使脑电信号采集设备的使用更加方便，更便于驾驶者随身携带。
当然，实施本申请的任一产品必不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本申请实施例的一种脑电信号采集设备的结构框图。
图2是本申请实施例的一种脑电信号采集设备的原理示意图。
图3是图2的一种脑电信号采集设备的一个实施例的示意图。
图4是图2的一种脑电信号采集设备的另一个实施例的示意图。
图5是本申请实施例的一种脑电信号采集设备的结构示意图。
图6是本申请实施例的一种车载终端控制系统的结构框图。
图7是本申请实施例的是一种车载终端控制系统与脑电信号采集设备连接的原理示意图。
具体实施方式
以下将配合附图及实施例来详细说明本实用新型的实施方式，藉此对本实用新型如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
实施例一
图1是本申请实施例一提供的一种脑电信号采集设备的原理框图，包括：电极模块10、电源模块13、TGAM(ThinkGear Asic Module)模块11、数据输出模块14和框架12，该电极模块10、电源模块13、数据输出模块14和TGAM模块11设置于框架12上。脑电信号采集设备用于佩戴在使用者的头部，以采集该佩戴者的脑电信号。其中，电源模块13通过设置于框架12内部的导电线路与TGAM模块11电连接，向该TGAM模块11供电；电极模块10完成脑电信号的采集工作，通过设置于框架12内部的导电线路与TGAM模块11电连接，将采集到的脑电信号传输至TGAM模块11。由于人体脑电信号较为微弱，因此在佩戴该脑电信号采集设备时，该电极模块10需要与佩戴者的头部贴合，以保证采集到的脑电信号强度。
该电极模块10实时采集脑电信号并传输至TGAM模块11。该TGAM模块11首先对能量较为微弱的脑电信号进行滤波处理，以去除脑电信号中的干扰噪声，例如，通过滤波处理去除脑电信号中由于佩戴者眨眼或者呼吸而产生的干扰噪声。
数据输出模块14和所述TGAM模块11电连接。该TGAM模块11将经过滤波处理后的信号通过其内部的放大电路进行放大，使较为微弱的脑电信号变强且容易识别；再经过A/D(模拟/数字)采样转换成数字信号；最后将数字信号通过数据输出模块14输出至汽车的车载设备。数据输出模块可以通过有线或者无线的数据传输方式，例如，可通过通用异步收发(UART)通讯接口协议或蓝牙通讯协议、WIFI无线网络标准将数字信号输出至汽车的车载设备。该车载设备用来集中控制其他车载智能终端，通过内部的数字信号处理器解析来自TGAM模块11的数字信号，并转换成相应的控制命令以控制其他车载智能终端，实现了通过脑电信号来控制车载智能终端，减少了车辆驾驶者的操作，提高了车辆控制操作的智能性和便利性。
实施例二
如图2所示的一种脑电信号采集设备，其中电极模块10包括：至少一个第一电极100和第二电极101。在佩戴时，该第一电极100和第二电极101分别贴合在佩戴者的头部的不同部位。优选的，该电极模块10包括多个第一电极100，该多个第一电极100集中设置。
其工作原理为，该第一电极100为该电极模块10的工作电极，该第二电极101为该电极模块10的参考电极。TGAM模块11通过第一电极100与第二电极101之间的电势差的变化来感应人脑的思维以及关注点的变化。因此在佩戴时，做为参考电极的第二电极101与佩戴者的头部贴合位置应固定不变，以避免第二电极101采集的参考电压信号发生变化。做为工作电极的第一电极100，用于采集佩戴者脑部的实时电压信号，因此该第一电极100应贴合在佩戴者的脑部，贴合位置可根据采集到的实时电压信号的强度进行调整，将该第一电极100贴合在采集到的实时电压信号的强度相对较强的部位。第一电极100和第二电极101分别将采集的实时电压信号和参考电压信号发送至TGAM模块11，例如图2中所示，第一电极100与TGAM模块11的EEG管脚耦接，第二电极101与TGAN模块11的REF管脚耦接。TGAM模块11根据接收到的实时电压信号和参考电压信号之间的电势差的变化来感应佩戴者的思维或者关注点的变化。TGAM模块11将转换后的数字信号通过数据输出模块14输出至车载设备，例如图2中所示。
在实施例二的一个变形中，框架12是眼镜型框架，第一电极和第二电极分别设置在该眼镜型框架的镜腿位置。采用眼镜型框架结构能够使该脑电信号采集设备佩戴起来更加方便，可利用耳朵部位做支撑，而且外观更加时尚。第一电极100和第二电极101可以是电极探头，该电极探头采用柔性导电材料，使第一电极100和第二电极101可以贴合着佩戴者的头部来回滑动，已找到较佳的脑电信号采集部位，此外使用柔性导电材料能够使佩戴更加舒适，不会对佩戴者的头部产生压迫感。在实施例二的一个变形中，框架12是如图2中所示的耳包型框架，第一电极和第二电极分别设置在耳包型框架的耳包套贴近耳朵一侧的位置。将第二电极设置在耳部，使参考电极采集的参考电压信号更稳定，降低佩戴者头部晃动而造成的影响。在实施例二的一个变形中，框架12是环形树脂框架，如图5所示，第一电极和第二电极为电极贴片，分别设置在环形树脂框架内侧，使脑电信号采集设备的电极环绕在佩戴者的脑部，与脑部的贴合更加紧密。
实施例三
在上述实施例一个变形中，TGAM模块11与车载设备之间的数据传输通过数据输出模块14来实现，可采用无线传输或者有线传输。
当采用无线传输时，该数据输出模块14包括：蓝牙模块或WIFI模块，TGAM模块11通过蓝牙模块或WIFI模块将数字信号输出至车载设备。
如图3所示的一种脑电信号采集设备，数据输出模块14为蓝牙模块，该蓝牙模块通过蓝牙通讯协议将数字信号发送至车载设备。例如，该蓝牙模块可采用蓝牙芯片DA14580。TGAM模块11将数字信号通过UART协议传输至蓝牙芯片DA14580，蓝牙芯片DA14580通过蓝牙通讯协议将数字信号射频传输至车载设备的蓝牙模块。通过蓝牙模块传输数据更加省电，不会影响驾驶，便于操作。
如图4所示的一种脑电信号采集设备，数据输出模块14为基于安全数字输入输出(SDIO)接口的WIFI模块。该基于SDIO接口的WIFI模块实现数字信号通过SDIO接口到无线网络之间的转换。该WIFI模块通过WIFI无线网络标准将数字信号射频传输到车载设备的无线网络模块。数据输出模块14还可以为具有UART接口的WIFI模块，直接和TGAM模块的串口连接。
当采用有线传输时，数据输出模块14包括数据输出接口和数据线。该数据线的一端耦接该数据输出接口，另一端耦接车载设备的数据输入接口，从而与车载设备建立通信连接。该数据输出接口和数据线可通过UART通讯接口协议将数字信号传输至车载设备。采用有线传输的方式，该脑电信号采集设备的体积会更加小巧，并且与车载设备之间的连接会更加可靠，不易受外界环境干扰。
在基于实施例三的一个变形中，该框架12还包括一个容置槽，数据输出模块的数据输出接口设置于该容置槽内，数据线的一端与数据输出接口耦接。该数据线收缩在容置槽内并可以从该容置槽内拉出。该数据线是可伸缩的数据线，在不使用时，该数据线收缩在框架12的容置槽内；用户使用时，可以从框架12的容置槽内将该数据线拉出，拉出并调节到合适的长度后，该数据线的长度能够固定住，在脑电信号采集设备使用完毕后，再拉一下该数据线便可自动收回到框架12的容置槽内。采用这种可伸缩结构的数据线使该脑电信号采集设备在未使用时占用的空间更少，更便于用户随身携带。实施例四
图6是本申请实施例四提供的一种车载终端控制系统的结构框图，包括车载设备20和上述实施例中任意一种脑电信号采集设备21。该车载设备20包括：CPU200，与脑电信号采集设备21的数据输出模块14匹配的数据接收模块201和至少一个外围设备模块202；其中，CPU200通过该数据接收模块201接收该脑电信号采集设备21的数据输出模块14输出的数字信号，并将转换成的控制信号发送至至少一个外围设备模块202。脑电信号采集设备21的数据输出模块14可包括基于UART通讯接口协议的有线数据输出模块，基于蓝牙协议或WIFI无线网络标准的无线数据输出模块。相应的，车载设备20的数据接收模块201包括基于UART通讯接口协议的有线数据接收模块，基于蓝牙协议或WIFI无线网络标准的无线数据接收模块。
该至少一个外围设备模块202包括：导航模块，音频播放模块，收音机模块，摄像模块和显示屏模块中的一个或多个。例如图7所示的是一种车载设备的内部原理示意图，CPU通过预设的各种通信接口连接有多个外围设备模块。CPU通过预设的算法，对由数字信号处理器解析后的数字信号进行计算和分析，生成计算机语言控制命令，CPU根据操作系统的流程来分别管理和控制各个外围设备模块。例如，CPU接收到计算机语言控制命令，通过通用异步收发(UART)接口协议来控制GPS导航模块，从而达到通过脑电信号自动控制GPS导航的功能的实现；CPU接收到计算机语言控制命令，通过两线式串行总线(I2C)和集成电路内置音频总线(I2S)接口协议来控制音频编解码芯片，从而达到通过脑电信号自动控制音乐功能的实现；CPU接收到计算机语言控制命令，通过两线式串行总线(I2C)和集成电路内置音频总线(I2S)接口协议来控制收音机模块，从而达到通过脑电信号自动控制收音机功能的实现；CPU接收到计算机语言控制命令，通过两线式串行总线(I2C)和移动产业处理器接口(MIPI)接口协议来控制全景摄像模块,从而达到通过脑电自动控制全景泊车功能的实现；CPU接收到计算机语言控制命令，通过两线式串行总线(I2C)和低电压差分信号(LVDS)接口协议来控制显示屏模块，从而达到通过脑电信号自动控制车载显示屏切换功能的实现。
对于上述各功能的实现，通过以下过程为例进行说明，车辆驾驶者佩戴脑电信号采集设备，该脑电信号采集设备采集驾驶者的脑电信号。驾驶者的思维专注于车前的路况时，其脑电信号通常较为稳定，当驾驶者想要打开或关闭车内的外围设备模块时，驾驶者思维的关注点会在瞬间产生变化，其脑电信号也会在瞬间产生变化，驾驶者的脑电信号被脑电信号采集设备传输至车载设备的CPU，当车载设备的CPU识别出脑电信号在瞬间产生的变化时，会根据预设的算法生成针对某一个或多个外围设备模块的计算机语言控制指令，从而实现通过脑电信号自动控制上述各种外围设备模块的功能。
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电性耦接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电性耦接于所述第二装置，或通过其他装置或耦接手段间接地电性耦接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本实用新型的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本实用新型的一般原则为目的，并非用以限定本实用新型的范围。本实用新型的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述说明示出并描述了本实用新型的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述实用新型构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种脑电信号采集设备，其特征在于，包括：电极模块、TGAM模块、数据输出模块、电源模块和框架，所述电极模块、TGAM模块、数据输出模块和电源模块设置于所述框架上，其中，
所述电极模块和电源模块分别与所述TGAM模块电连接，所述电极模块将采集到的脑电信号传输到所述TGAM模块，在佩戴时，所述电极模块与佩戴者的头部贴合；
所述TGAM模块通过所述数据输出模块与所述脑电信号采集设备外部的车载设备耦接，将所述脑电信号转换为数字信号并输出至所述车载设备。
2.如权利要求1所述的脑电信号采集设备，其特征在于，所述电极模块包括：至少一个第一电极和第二电极，其中，所述第一电极是所述电极模块的工作电极，所述第二电极是所述电极模块的参考电极；在佩戴时，所述第一电极和第二电极分别贴合在佩戴者的头部的不同部位。
3.如权利要求2所述的脑电信号采集设备，其特征在于，所述框架是眼镜型框架，所述第一电极和第二电极分别设置在所述眼镜型框架的镜腿位置。
4.如权利要求2所述的脑电信号采集设备，其特征在于，所述框架是耳包型框架，所述第一电极和第二电极分别设置在所述耳包型框架的耳包套贴近耳朵一侧的位置。
5.如权利要求2所述的脑电信号采集设备，其特征在于，所述框架是环形树脂框架，所述第一电极和第二电极为电极贴片，分别设置在所述环形树脂框架内侧。
6.如权利要求1至5任一项所述的脑电信号采集设备，其特征在于，所述数据输出模块包括数据输出接口和数据线；
所述数据线的一端耦接所述数据输出接口，另一端与所述车载设备耦接，将所述数字信号输出至所述车载设备。
7.如权利要求6所述的脑电信号采集设备，其特征在于，所述框架上还设置有容置槽，所述数据输出接口设置于所述容置槽内，所述数据线收缩在所述容置槽内并可以从所述容置槽内拉出。
8.如权利要求1至5任一项所述的脑电信号采集设备，其特征在于，所述数据输出模块包括：蓝牙模块或WIFI模块，所述TGAM模块通过所述蓝牙模块或WIFI模块将所述数字信号输出至所述车载设备。
9.一种车载终端控制系统，其特征在于，包括车载设备和权利要求6或8所述的脑电信号采集设备；所述车载设备包括：CPU、与所述脑电信号采集设备的数据输出模块匹配的数据接收模块和至少一个外围设备模块；其中，所述CPU通过数据接收模块接收所述脑电信号采集设备输出的数字信号，并转换成控制信号发送至所述至少一个外围设备模块。
10.如权利要求9所述的车载终端控制系统，其特征在于，所述至少一个外围设备模块包括：导航模块，音频播放模块，收音机模块，摄像模块和显示屏模块中的一个或多个。
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