CN204833871U - 脑电控制智能小车创新实训系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种脑电控制智能小车创新实训系统，主要包括脑电信号采集传输模块、PC机处理模块、智能小车控制模块和小车车模，脑电信号采集传输模块和PC机处理模块分别与智能小车控制模块采用蓝牙模块无线连接，智能小车控制模块安装在小车车模内。该实训系统具有专业综合面广、内容系统性强、技术更新方便、操作训练灵活等优点，适用于生物医学工程专业学生开展创新实践训练。

Description

脑电控制智能小车创新实训系统

技术领域

本实用新型属于生物医学工程教学领域，尤其涉及一种脑电控制智能小车创新实训系统。

背景技术

创新型人才是我国现阶段人才培养的目标。为实现当前人才培养的目标，各高校不断完善创新实践教学体系，开设了大学生创新课题、科研训练和组织学生参与各类学科竞赛等多形式多模块的训练环节；为使学生能尽早地投入到创新科研训练中，还在各个创新实践教学环节引入导师制；建设开放式的创新实验室，为学生实现个性创新提供平台。

生物医学工程专业(医疗仪器方向)要求学生经过培养后能利用电子、计算机技术解决医疗仪器设备的研制，产品的开发、维护等问题。其主要知识模块有：生物信息的采集、处理，仪器设备的控制等；相关专业课程有：医用电子技术、医学图像处理，传感器技术、单片机原理及应用、生物信号处理。实训装置是工程学科创新实践教学体系中的一个重要部分，市面上针对生物医学工程专业的综合创新型实训装置非常缺乏，现有实验设备多是针对单一课程的实验教学，尽管也设置综合设计性实验内容，但所涉及的知识点仍主要集中在某门课程中。实验内容缺乏系统性，同时还存在着技术更新慢、灵活性差的缺陷，不利于学生掌握最新的技术并将所学的专业知识融会贯通。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种专业综合面广、内容系统性强、技术更新方便、操作训练灵活的脑电控制智能小车创新实训系统，该系统适用于生物医学工程专业学生开展创新实践训练。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：脑电控制智能小车创新实训系统，主要包括脑电信号采集传输模块、PC机处理模块、智能小车控制模块和小车车模，脑电信号采集传输模块和PC机处理模块分别与智能小车控制模块采用蓝牙模块无线连接，智能小车控制模块安装在小车车模内。

脑电信号采集传输模块包括相互连接的脑电信号采集模块与蓝牙模块，PC机处理模块包括相互连接的脑电信号特征提取和分析模块与蓝牙模块，智能小车控制模块包括单片机最小系统电路、电机驱动电路和蓝牙模块，单片机最小系统电路分别与电机驱动电路和蓝牙模块连接，电机驱动电路与小车车模的车轮电机相连接。

单片机最小系统电路主要由电源电路和MCU芯片组成，MCU芯片分别连接晶振电路、复位电路、按键电路、LED显示电路、蜂鸣器报警电路，电源电路为MCU芯片和其他电路提供电源。

脑电信号采集模块采用神念科技的TGAM模块，电机驱动电路采用LN298芯片实现，MCU芯片采用STC12C5A60S2型号。

小车车模包含2个车轮、1个底盘、1个导向轮、2个直流电机，底盘上安装有单片机最小系统电路，底盘下安装车轮、导向轮和直流电机。

针对目前生物医学工程专业缺乏有效的综合创新实训教具装置的问题，发明人设计制作了一种脑电控制智能小车创新实训系统，主要包括脑电信号采集传输模块、PC机处理模块、智能小车控制模块和小车车模，脑电信号采集传输模块和PC机处理模块分别与智能小车控制模块采用蓝牙模块无线连接，智能小车控制模块安装在小车车模内。与现有技术相比，本实用新型的实训系统具有如下突出优势：

<1>涵盖生物、医学、工程学等多学科的知识，可满足实训内容知识模块系统化的要求和生物医学工程专业学生创新能力培养的要求。

<2>可根据不同年级的学生设置不同的实训项目，具有灵活性好、体积小、便于携带的特点，便于学生在实验室外的其他场合进行学习，也能更好满足将创新实践教学贯穿于本科教育全过程的需求；

<3>脑电研究是当前生物医学工程领域的一个研究热点，以脑电信号的采集处理作为实训系统的组成部分，可设置面向科学研究的项目内容，更利于学生创新实践能力的提高和成果产出；

<4>采用模块化结构，有利于模块的技术更新及成果的复用；

<5>具有典型性、开放性和趣味性的特点，更能提高学生学习的积极性、激发学生的学习热情。

附图说明

图1是本实用新型脑电控制智能小车创新实训系统的结构示意图。

图中：1电信号采集传输模块，11脑电信号采集模块，12蓝牙模块(脑电信号发送模块)，2PC机处理模块，21蓝牙模块，22脑电信号特征提取和分析模块，3智能小车控制模块，31蓝牙模块，32单片机最小系统电路，33电机驱动电路。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型脑电控制智能小车创新实训系统，主要包括脑电信号采集传输模块1、PC机处理模块2、智能小车控制模块3和小车车模(未示出)，脑电信号采集传输模块和PC机处理模块分别与智能小车控制模块采用蓝牙模块无线连接进行数据传输，智能小车控制模块安装在小车车模内。

各部件具体结构和功能如下：

脑电信号采集传输模块包括相互连接的脑电信号采集模块11(神念科技的TGAM模块)与蓝牙模块12，脑电信号采集模块完成脑电信号的采集，蓝牙模块则作为脑电信号发送模块向智能小车传送TGAM模块输出的脑电信息。

PC机处理模块包括相互连接的脑电信号特征提取和分析模块22与蓝牙模块21，脑电信号特征提取和分析模块对接收到的原始脑电信号进行专注度的提取和分析，将专注度进行量化转变为智能小车的行驶速度的控制参数，蓝牙模块则接收经单片机转换数据格式的原始脑电信号及发送智能小车速度的控制参数。

智能小车控制模块包括单片机最小系统电路(51系列单片机)32、电机驱动电路33和蓝牙模块31，单片机最小系统电路分别与电机驱动电路和蓝牙模块连接，电机驱动电路与小车车模的车轮电机相连接。蓝牙模块用于接收脑电信号采集传输模块发送的原始脑电信号及PC机发送的速度调节参数，发送经转换数据格式的原始脑电信号；单片机最小系统电路实现对小车电机转速的控制，速度调节参数的LED显示，与蓝牙模块进行数据传输；电机驱动电路由LN298芯片构成，实现电机转动的功率驱动。

单片机最小系统电路主要由电源电路和MCU芯片(STC12C5A60S2型号)组成，MCU芯片分别连接晶振电路、复位电路、按键电路、LED显示电路、蜂鸣器报警电路，电源电路为MCU芯片和其他电路提供电源。

小车车模包含2个车轮、1个底盘、1个导向轮、2个直流电机，底盘上安装有单片机最小系统电路，底盘下安装车轮、导向轮和直流电机。

脑电控制智能小车创新实训系统工作过程：

脑电信号采集传输模块佩戴于头上，利用电极片与人脑前额FP1处接触以采集脑电信号，采集到的信号经过TGAM模块输出数字化的原始脑电信号，通过蓝牙模块完成脑电信号向智能小车的传送。由智能小车中的蓝牙部件接收信号并送入STC12C5A60S2单片机，单片机将接收的原始数字脑电信号转换为上位机接收的数据格式，再经蓝牙模块传输到PC机中。在PC机上利用LABVIEW软件编程实现脑电信号的接收，专注度的提取和分析，并对专注度的大小进行量化，将量化后的数据作为智能小车行驶速度的控制参数再经过蓝牙模块传送到单片机中。单片机将该参数显示在LED上，同时调节PWM(脉宽调制)的值以控制电机的转速，进而实现小车行驶速度的调节。其中，智能小车控制模块采用9-12V直流供电，由按键开关控制通断，经电源转换成不同的电压值，输出至各个线路板模块。脑电信号采集传输模块采用5V直流供电。

Claims (5)

1.一种脑电控制智能小车创新实训系统，其特征在于主要包括脑电信号采集传输模块、PC机处理模块、智能小车控制模块和小车车模，脑电信号采集传输模块和PC机处理模块分别与智能小车控制模块采用蓝牙模块无线连接，智能小车控制模块安装在小车车模内。

2.根据权利要求1所述的脑电控制智能小车创新实训系统，其特征在于：所述脑电信号采集传输模块包括相互连接的脑电信号采集模块与蓝牙模块，PC机处理模块包括相互连接的脑电信号特征提取和分析模块与蓝牙模块，智能小车控制模块包括单片机最小系统电路、电机驱动电路和蓝牙模块，单片机最小系统电路分别与电机驱动电路和蓝牙模块连接，电机驱动电路与小车车模的车轮电机相连接。

3.根据权利要求2所述的脑电控制智能小车创新实训系统，其特征在于：所述单片机最小系统电路主要由电源电路和MCU芯片组成，MCU芯片分别连接晶振电路、复位电路、按键电路、LED显示电路、蜂鸣器报警电路，电源电路为MCU芯片和其他电路提供电源。

4.根据权利要求3所述的脑电控制智能小车创新实训系统，其特征在于：所述脑电信号采集模块采用神念科技的TGAM模块，所述电机驱动电路采用LN298芯片实现，所述MCU芯片采用STC12C5A60S2型号。

5.根据权利要求4所述的脑电控制智能小车创新实训系统，其特征在于：所述小车车模包含2个车轮、1个底盘、1个导向轮、2个直流电机，底盘上安装有单片机最小系统电路，底盘下安装车轮、导向轮和直流电机。