CN204542124U - 一种无轨小车用视觉诱发脑电波驱动控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无轨小车用视觉诱发脑电波驱动控制电路，包括主控芯片、对无轨小车操控者盯视视觉刺激器时诱发的脑电信号进行采集及预处理并输出脑电信号频率的脑电信号获取装置、以无线通信方式将脑电信号获取装置输出的脑电信号频率传送至主控芯片的数据传输设备、内部存储有各脑电信号频率对应的无轨小车控制信息的数据存储器和安装在无轨小车车体上的电机驱动电路，脑电信号获取装置与数据传输设备相接；电机驱动电路和数据存储器均与主控芯片相接，主控芯片为芯片STC89C52；脑电信号获取装置为TGAM模块。本实用新型结构简单、体积小、便于携带且使用操作简便、使用效果好，能简便对无轨小车进行驱动控制。

Description

一种无轨小车用视觉诱发脑电波驱动控制电路

技术领域

本实用新型涉及一种控制电路，尤其是涉及一种无轨小车用视觉诱发脑电波驱动控制电路。

背景技术

TGAM(ThinkGear AM)模块是美国NeuroSky(神念科技)公司为大众市场应用所设计的脑波传感器ASIC模块，也称TGAM脑电模块。此TGAM(ThinkGear AM)模块可以处理并输出脑波频率谱、脑电信号质量、原始脑电波以及三个Neurosky的eSense参数：专注度、放松度和眨眼侦测。TGAM(ThinkGear AM)模块和人体的界面只需一个简单的干接触点，所以可以很容易的运用于玩具、视频游戏和健康设备中，又由于能耗小，适合用在以电池供电的便携式消费产品的应用上。

目前，基于视觉诱发电位的脑机接口技术在国内还是处于起步阶段，所以相关的研究还比较少，主要采用脑波采集电路对测试者盯视视觉刺激器过程中的脑电波信号进行采集，所用的视觉刺激器为闪光刺激器，如LED闪光刺激器。

现如今，市面上出现的玩具车大多为无轨小车，其驱动控制方式主要是通过遥控器进行手动控制。目前，所出现的基于脑机接口的无轨小车驱动控制系统主要由脑波采集电路、PC机和小车驱动电路三大部分组成，体积较大，不便于携带，并且现有基于脑机接口的无轨小车驱动控制系统并未有效利用美国NeuroSky公司所推出的TGAM模块，整体结构和电路设计均较为复杂。因而，现如今缺少一种结构简单、体积小、便于携带且使用操作简便、使用效果好的无轨小车用电脑波驱动控制电路，能简便对无轨小车进行驱动控制。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种无轨小车用视觉诱发脑电波驱动控制电路，其结构简单、体积小、便于携带且使用操作简便、使用效果好，能简便对无轨小车进行驱动控制。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种无轨小车用视觉诱发脑电波驱动控制电路，其特征在于：包括主控芯片、对无轨小车操控者盯视视觉刺激器时诱发的脑电信号进行采集及预处理并输出脑电信号频率的脑电信号获取装置、将脑电信号获取装置输出的脑电信号频率传送至主控芯片的数据传输设备、内部存储有多个不同的脑电信号频率与各脑电信号频率对应的无轨小车控制信息的数据存储器和安装在无轨小车车体上的电机驱动电路，所述脑电信号获取装置与数据传输设备相接；所述电机驱动电路和数据存储器均与主控芯片相接，所述数据传输设备与主控芯片之间以无线通信方式进行通信，所述主控芯片布设在无轨小车的车体上；所述主控芯片为芯片STC89C52；

所述脑电信号获取装置为TGAM模块，所述TGAM模块包括对无轨小车操控者的脑电信号进行提取的脑电信号提取装置和对脑电信号提取装置所提取信号进行采样及预处理的脑电信号预处理装置，所述脑电信号预处理装置与脑电信号提取装置相接；所述脑电信号提取装置包括对无轨小车操控者枕叶区的电位进行实时采样的第一脑电电极、对无轨小车操控者额叶区的电位进行实时采样的第二脑电电极和对无轨小车操控者的耳部电位进行实时采样的第三脑电电极，所述第一脑电电极、第二脑电电极和第三脑电电极均与脑电信号预处理装置相接。

上述一种无轨小车用视觉诱发脑电波驱动控制电路，其特征是：所述主控芯片与第一无线通信模块相接，所述数据传输设备与第二无线通信模块相接，所述第一无线通信模块和第二无线通信模块均为蓝牙无线通信模块；所述主控芯片通过第一无线通信模块和第二无线通信模块与脑电信号预处理装置进行通信。

上述一种无轨小车用视觉诱发脑电波驱动控制电路，其特征是：所述视觉刺激器的数量为四个且其为闪光刺激器；四个所述视觉刺激器分别为对无轨小车进行前进、后退、左转和右转控制的视觉刺激器；所述无轨小车控制信息为前进、后退、左转或右转，所述数据存储器内存储的脑电信号频率的数量为四个，且四个所述脑电信号频率分别与四个所述视觉刺激器的闪光频率相同。

上述一种无轨小车用视觉诱发脑电波驱动控制电路，其特征是：所述电机驱动电路为电机驱动芯片L298n，电机驱动芯片L298n的IN1引脚和IN2引脚分别与芯片STC89C52的P1.3引脚和P1.4引脚相接，电机驱动芯片L298n的IN3引脚和IN4引脚分别与芯片STC89C52的P1.5引脚和P1.6引脚相接。

上述一种无轨小车用视觉诱发脑电波驱动控制电路，其特征是：所述无轨小车上装有两个分别对两个主动轮进行驱动的驱动电机；所述电机驱动芯片L298n的OUT1引脚和OUT2引脚分别为一个驱动电机的两个接线端相接，所述电机驱动芯片L298n的OUT3引脚和OUT4引脚分别为另一个驱动电机的两个接线端相接；所述电机驱动芯片L298n的OUT1引脚分别与二极管D1的阳极和二极管D5的阳极相接，所述电机驱动芯片L298n的OUT1引脚和OUT2引脚分别与二极管D2的阳极和二极管D6的阳极相接，所述电机驱动芯片L298n的OUT3引脚和OUT4引脚分别与二极管D3的阳极和二极管D7的阳极相接，所述电机驱动芯片L298n的OUT4引脚分别与二极管D4的阳极和二极管D8的阳极相接，二极管D1、D2、D3和D4的阴极均接VCC电源端，且二极管D5、D6、D7和D8的阴极均接地。

上述一种无轨小车用视觉诱发脑电波驱动控制电路，其特征是：所述脑电信号预处理装置为美国NeuroSky公司研发的TGAM芯片；所述第一脑电电极的输出端接TGAM芯片的EEG引脚，第二脑电电极的输出端接TGAM芯片的REF引脚，第三脑电电极的输出端接TGAM芯片的EEG_GND引脚。

上述一种无轨小车用视觉诱发脑电波驱动控制电路，其特征是：还包括分别与主控芯片相接的按键电路。

上述一种无轨小车用视觉诱发脑电波驱动控制电路，其特征是：所述数据传输设备为智能手机或平板电脑PAD。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、电路简单、设计合理、接线方便且使用操作简便、使用效果好，能简便对无轨小车进行启停控制，投入成本较低。

2、将现有的脑电信号获取装置和主控芯片相配合，实现无轨小车的脑波控制，并且使用操作简便，投入成本较低。

3、所采用的脑电信号获取装置为TGAM模块，TGAM模块为美国NeuroSky公司所推出的成品产品，体积小、接线方便且使用操作简便。

4、主控芯片和电机驱动电路均布设在车体上，而所采用的脑电信号获取装置与主控芯片之间以无线通信方式通信，车体外部仅有脑电信号获取装置，不仅操作简便，而且整体体积小、占用空间少且便于携带。

5、使用操作简便且使用效果好，能简便对无轨小车进行驱动控制。实际使用时，无轨小车操控者盯视对无轨小车进行前进、后退、左转或右转控制的视觉刺激器时，脑电信号获取装置对无轨小车操控者在视觉刺激下诱发的脑电信号进行采集及预处理并输出无轨小车操控者的脑电信号频率(该脑电信号频率与无轨小车操控者当前盯视的视觉刺激器的闪光频率相同)；同时，数据传输设备(如智能手机、PAD等)对脑电信号获取装置所输出的脑电信号频率进行同步显示，并将所输出的脑电信号频率以无线方式发送至主控芯片，主控芯片根据所接收的脑电信号频率，并结合数据存储器内部存储的各脑电信号频率对应的无轨小车控制信息，且通过控制电机驱动电路对无轨小车进行前进、后退、左转或右转进行控制。

综上所述，本实用新型结构简单、体积小、便于携带且使用操作简便、使用效果好，能简便对无轨小车进行驱动控制。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理框图。

图2为本实用新型脑电信号获取装置的电路原理图。

图3为本实用新型主控芯片与第一无线通信模块的电路原理图。

图4为本实用新型电机驱动电路的电路原理图。

附图标记说明:

1—脑电信号获取装置；    1-1—脑电信号提取装置；

1-11—第一脑电电极；     1-12—第二脑电电极；1-13—第三脑电电极；

1-2—脑电信号预处理装置；                    2—主控芯片；

3—电机驱动电路；        4—第一无线通信模块；

5—第二无线通信模块；    6—数据存储器；     7—数据传输设备；

8—按键电路。

具体实施方式

如图1、图2及图3所示，本实用新型包括包括主控芯片2、对无轨小车操控者盯视视觉刺激器时诱发的脑电信号进行采集及预处理并输出脑电信号频率的脑电信号获取装置1、将脑电信号获取装置1输出的脑电信号频率传送至主控芯片2的数据传输设备7、内部存储有多个不同的脑电信号频率与各脑电信号频率对应的无轨小车控制信息的数据存储器6和安装在无轨小车车体上的电机驱动电路3，所述脑电信号获取装置1与数据传输设备7相接。所述电机驱动电路3和数据存储器6均与主控芯片2相接，所述数据传输设备7与主控芯片2之间以无线通信方式进行通信，所述主控芯片2布设在无轨小车的车体上；所述主控芯片2为芯片STC89C52。

所述脑电信号获取装置1为TGAM模块，所述TGAM模块包括对无轨小车操控者的脑电信号进行提取的脑电信号提取装置1-1和对脑电信号提取装置1-1所提取信号进行采样及预处理的脑电信号预处理装置1-2，所述脑电信号预处理装置1-2与脑电信号提取装置1-1相接。所述脑电信号提取装置1-1包括对无轨小车操控者枕叶区的电位进行实时采样的第一脑电电极1-11、对无轨小车操控者额叶区的电位进行实时采样的第二脑电电极1-12和对无轨小车操控者的耳部电位进行实时采样的第三脑电电极1-13，所述第一脑电电极1-11、第二脑电电极1-12和第三脑电电极1-13均与脑电信号预处理装置1-2相接。

本实施例中，所述主控芯片2与第一无线通信模块4相接，所述数据传输设备7与第二无线通信模块5相接，所述第一无线通信模块4和第二无线通信模块5均为蓝牙无线通信模块；所述主控芯片2通过第一无线通信模块4和第二无线通信模块5与脑电信号预处理装置1-2进行通信。

本实施例中，所述数据传输设备7为智能手机或平板电脑PAD

本实施例中，所述脑电信号获取装置1为TGAM模块。现如今，美国NeuroSky公司已经研发出成品的TGAM模块，实际接线非常简便。

实际使用时，所述脑电信号获取装置1也可以为Mindwave Mobile脑立方耳机。

如图2所示，所述脑电信号预处理装置1-2为美国NeuroSky公司研发的TGAM芯片。

实际接线时，所述第一脑电电极1-11的输出端接TGAM芯片的EEG引脚，第二脑电电极1-12的输出端接TGAM芯片的REF引脚，第三脑电电极1-13的输出端接TGAM芯片的EEG_GND引脚。实际使用时，所述第二脑电电极1-12为参考电极。

实际使用过程中，所述TGAM芯片的EEG端输入第一脑电电极1-11所采样的脑电信号，EEG_shiled端的作用是屏蔽在第一脑电电极1-11所采样脑电信号输入TGAM芯片之前这段时间的干扰；REF端输入第二脑电电极1-2所采样的脑电信号，将第二脑电电极1-12所采样的脑电信号作为参考电位，能有效滤除自发式脑电波；REF_shiled端主要是屏蔽第二脑电电极1-12所采样脑电信号输入TGAM芯片之前这段时间的干扰；脑波地线也连接在人体的耳部，即第三脑电电极1-13所采样的脑电信号，主要的作用是为了屏蔽人体头部以下电波的影响，譬如心电波就是一种比较强的干扰波，脑波地线的连接能有效滤除心电波。也就是说，第三脑电电极1-13为采集脑电波接地信号的电极。

本实施例中，所述TGAM芯片的型号为TGAM1，所述第一无线通信模块4和第二无线通信模块5均为BlueTooth芯片。实际接线时，所述TGAM芯片的TXD引脚与第一无线通信模块4的RXD引脚相接。所述TGAM芯片的电源端和TGAM芯片的VCC管脚均接+3.3V电源端。

本实施例中，所述视觉刺激器的数量为四个且其为闪光刺激器。四个所述视觉刺激器分别为对无轨小车进行前进、后退、左转和右转控制的视觉刺激器；所述无轨小车控制信息为前进、后退、左转或右转，所述数据存储器6内存储的脑电信号频率的数量为四个，且四个所述脑电信号频率分别与四个所述视觉刺激器的闪光频率相同。

实际使用时，所述视觉刺激器既可以为LED闪光刺激器，也可以采用虚拟视觉刺激模块。本实施例中，采用智能手机或PAD产生一个视觉刺激模块，并通过自带的显示器进行同步显示。

如图4所示，所述电机驱动电路3为电机驱动芯片L298n，电机驱动芯片L298n的IN1引脚和IN2引脚分别与芯片STC89C52的P1.3引脚和P1.4引脚相接，电机驱动芯片L298n的IN3引脚和IN4引脚分别与芯片STC89C52的P1.5引脚和P1.6引脚相接。

本实施例中，所述无轨小车上装有两个分别对两个主动轮进行驱动的驱动电机；所述电机驱动芯片L298n的OUT1引脚和OUT2引脚分别为一个驱动电机的两个接线端相接，所述电机驱动芯片L298n的OUT3引脚和OUT4引脚分别为另一个驱动电机的两个接线端相接；所述电机驱动芯片L298n的OUT1引脚分别与二极管D1的阳极和二极管D5的阳极相接，所述电机驱动芯片L298n的OUT1引脚和OUT2引脚分别与二极管D2的阳极和二极管D6的阳极相接，所述电机驱动芯片L298n的OUT3引脚和OUT4引脚分别与二极管D3的阳极和二极管D7的阳极相接，所述电机驱动芯片L298n的OUT4引脚分别与二极管D4的阳极和二极管D8的阳极相接，二极管D1、D2、D3和D4的阴极均接VCC电源端，且二极管D5、D6、D7和D8的阴极均接地。

本实施例中，本实用新型包括电机转向指示电路，所述电机转向指示电路包括发光二级管LED1、LED2、LED3和LED4，发光二级管LED1与LED2反向并联，发光二级管LED3与LED4反向并联。所述电机驱动芯片L298n的OUT1引脚分两路，一路经电阻R1后与发光二级管LED1的阳极相接，另一路经电阻R1后与发光二级管LED2的阴极相接，发光二级管LED1的阴极和发光二级管LED2的阳极均接电机驱动芯片L298n的OUT2引脚；所述电机驱动芯片L298n的OUT3引脚分两路，一路经电阻R2后与发光二级管LED3的阳极相接，另一路经电阻R2后与发光二级管LED4的阴极相接，发光二级管LED3的阴极和发光二级管LED4的阳极均接电机驱动芯片L298n的OUT4引脚。

同时，本实用新型还包括分别与主控芯片2相接的按键电路8。

实际使用时，所述主控芯片2也可以采用其它类型的控制器芯片，如51系列单片机，主控芯片2能通过控制电机驱动电路3对无轨小车进行前进、后退、左转与右转即可，现有遥控且能进行前进、后退、左转或右转的无轨小车上所使用的控制器均能作为主控芯片2使用。

实际接线时，所述芯片STC89C52的第18引脚和第19引脚分别与晶振X1的两个接线端相接，且芯片STC89C52的第18引脚和第19引脚分别经电容C2和C1后接地。所述芯片STC89C52的第9引脚分三路，一路经电容C3后接+5V电源端，另一路经电阻R4后接地，第三路经复位按键S1和电阻R3后接+5V电源端。所述芯片STC89C52的第40引脚接+5V电源端且其第20引脚接地。所述芯片STC89C52的第10引脚和第11引脚分别与第一无线通信模块4的第4引脚和第5引脚相接。

实际使用过程中，需对无轨小车进行前进、后退、左转或右转控制时，无轨小车操控者只需盯视对无轨小车进行前进、后退、左转或右转控制的视觉刺激器，此时通过脑电信号获取装置1对无轨小车操控者的脑波信号进行采集并自动输出当前状态下无轨小车操控者的脑电信号频率(该脑电信号频率与此时无轨小车操控者盯视的视觉刺激器的闪光频率相同)，并通过数据传输设备7将所输出的当前状态下无轨小车操控者的脑电信号频率传送至主控芯片2；所述主控芯片2接收到数据传输设备7所传送的脑电信号频率后，结合数据存储器6内部存储的各脑电信号频率对应的无轨小车控制信息，得出当前状态下无轨小车操控者的脑电信号频率对应的无轨小车控制信息(即前进、后退、左转或右转控制)，并通过电机驱动芯片L298n对无轨小车的驱动电机进行驱动控制。实际使用时，所述主控芯片2为一个通过电机驱动芯片L298n对无轨小车的驱动电机进行前进、后退、左转或右转控制的控制器，因而任何能对无轨小车的驱动电机进行前进、后退、左转或右转控制的控制芯片均可对主控芯片2进行替代。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种无轨小车用视觉诱发脑电波驱动控制电路，其特征在于：包括主控芯片(2)、对无轨小车操控者盯视视觉刺激器时诱发的脑电信号进行采集及预处理并输出脑电信号频率的脑电信号获取装置(1)、将脑电信号获取装置(1)输出的脑电信号频率传送至主控芯片(2)的数据传输设备(7)、内部存储有多个不同的脑电信号频率与各脑电信号频率对应的无轨小车控制信息的数据存储器(6)和安装在无轨小车车体上的电机驱动电路(3)，所述脑电信号获取装置(1)与数据传输设备(7)相接；所述电机驱动电路(3)和数据存储器(6)均与主控芯片(2)相接，所述数据传输设备(7)与主控芯片(2)之间以无线通信方式进行通信，所述主控芯片(2)布设在无轨小车的车体上；所述主控芯片(2)为芯片STC89C52；

所述脑电信号获取装置(1)为TGAM模块，所述TGAM模块包括对无轨小车操控者的脑电信号进行提取的脑电信号提取装置(1-1)和对脑电信号提取装置(1-1)所提取信号进行采样及预处理的脑电信号预处理装置(1-2)，所述脑电信号预处理装置(1-2)与脑电信号提取装置(1-1)相接；所述脑电信号提取装置(1-1)包括对无轨小车操控者枕叶区的电位进行实时采样的第一脑电电极(1-11)、对无轨小车操控者额叶区的电位进行实时采样的第二脑电电极(1-12)和对无轨小车操控者的耳部电位进行实时采样的第三脑电电极(1-13)，所述第一脑电电极(1-11)、第二脑电电极(1-12)和第三脑电电极(1-13)均与脑电信号预处理装置(1-2)相接。

2.按照权利要求1所述的一种无轨小车用视觉诱发脑电波驱动控制电路，其特征在于：所述主控芯片(2)与第一无线通信模块(4)相接，所述数据传输设备(7)与第二无线通信模块(5)相接，所述第一无线通信模块(4)和第二无线通信模块(5)均为蓝牙无线通信模块；所述主控芯片(2)通过第一无线通信模块(4)和第二无线通信模块(5)与脑电信号预处理装置(1-2)进行通信。

3.按照权利要求1或2所述的一种无轨小车用视觉诱发脑电波驱动控制电路，其特征在于：所述视觉刺激器的数量为四个且其为闪光刺激器；四个所述视觉刺激器分别为对无轨小车进行前进、后退、左转和右转控制的视觉刺激器；所述无轨小车控制信息为前进、后退、左转或右转，所述数据存储器(6)内存储的脑电信号频率的数量为四个，且四个所述脑电信号频率分别与四个所述视觉刺激器的闪光频率相同。

4.按照权利要求1或2所述的一种无轨小车用视觉诱发脑电波驱动控制电路，其特征在于：所述电机驱动电路(3)为电机驱动芯片L298n，电机驱动芯片L298n的IN1引脚和IN2引脚分别与芯片STC89C52的P1.3引脚和P1.4引脚相接，电机驱动芯片L298n的IN3引脚和IN4引脚分别与芯片STC89C52的P1.5引脚和P1.6引脚相接。

5.按照权利要求4所述的一种无轨小车用视觉诱发脑电波驱动控制电路，其特征在于：所述无轨小车上装有两个分别对两个主动轮进行驱动的驱动电机；所述电机驱动芯片L298n的OUT1引脚和OUT2引脚分别为一个驱动电机的两个接线端相接，所述电机驱动芯片L298n的OUT3引脚和OUT4引脚分别为另一个驱动电机的两个接线端相接；所述电机驱动芯片L298n的OUT1引脚分别与二极管D1的阳极和二极管D5的阳极相接，所述电机驱动芯片L298n的OUT1引脚和OUT2引脚分别与二极管D2的阳极和二极管D6的阳极相接，所述电机驱动芯片L298n的OUT3引脚和OUT4引脚分别与二极管D3的阳极和二极管D7的阳极相接，所述电机驱动芯片L298n的OUT4引脚分别与二极管D4的阳极和二极管D8的阳极相接，二极管D1、D2、D3和D4的阴极均接VCC电源端，且二极管D5、D6、D7和D8的阴极均接地。

6.按照权利要求1或2所述的一种无轨小车用视觉诱发脑电波驱动控制电路，其特征在于：所述脑电信号预处理装置(1-2)为美国NeuroSky公司研发的TGAM芯片；所述第一脑电电极(1-11)的输出端接TGAM芯片的EEG引脚，第二脑电电极(1-12)的输出端接TGAM芯片的REF引脚，第三脑电电极(1-13)的输出端接TGAM芯片的EEG_GND引脚。

7.按照权利要求1或2所述的一种无轨小车用视觉诱发脑电波驱动控制电路，其特征在于：还包括与主控芯片(2)相接的按键电路(8)。

8.按照权利要求1或2所述的一种无轨小车用视觉诱发脑电波驱动控制电路，其特征在于：所述数据传输设备(7)为智能手机或平板电脑PAD。