CN205073668U - 一种脑电控制的玩具火车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用脑电进行控制的玩具火车，包括主控单元、位置传感单元、声音控制单元、视频单元、运动控制单元、灯光控制单元、电源单元。所述的主控单元包括无线数据接收模块、嵌入式微处理器、红外接收模块，所述的位置传感单元包括定位模块、红外发射模块和纽扣电池，所述的声音控制单元包括声音驱动模块和扬声器，所述的视频单元包括摄像头模组和WIFI视频模块，所述的运动控制单元包括电机驱动模块、电机、车轮，所述的灯光控制单元包括灯光驱动模块和三色灯，所述的电源单元包括电源模块和充电电池。本实用新型实现了脑电对火车的控制，并通过WIFI技术实时传输场景视频图像，增强了玩具火车的操作性、趣味性和参与性。

Description

一种脑电控制的玩具火车

技术领域

本实用新型涉及一种可以用脑电进行控制的玩具火车，主要应用于玩具、心理训练、脑电生物反馈训练等领域。

背景技术

脑电是人的大脑在活动时产生的一种生物电信号，通过对这些脑电信号的采集和分析，可以获取反映大脑活动的多种数字化的脑电参数，如反映注意力水平的注意力参数，反映压力水平的放松度程度，反映疲劳状态的疲劳度参数等，通过结合相关的软硬件技术，可以将这些脑电参数应用于对玩具火车的控制，即可以实现一种能够用大脑思维进行控制的玩具火车。

目前市场上销售的电动玩具火车一般是通过遥控器进行控制，玩家在操作时通过有线连接或无线连接的遥控器来控制火车在轨道上运动，包括前进、后退、加速、减速等。操作比较简单，缺乏挑战性和新奇性。脑电控制火车则可以用玩家的大脑思维来实现对火车的控制，即玩家可以用意念来控制火车起停和速度变换，使用多台脑电火车还可以实现多个玩家之间的脑力的比拼，既增加了游戏的趣味性和新奇性，又可以实现对大脑思维的训练。此外，通过从火车上回传的视频信号，玩家还可以通过手机或电脑实时看到以火车视角拍摄的场景视频，使得玩家有身临其境的感觉。

实用新型内容

本实用新型的目的，在于提供一种用脑电进行控制的玩具火车，同时，通过安装在火车上的摄像头，玩家还可以实时观看火车运动场景中拍摄的实时视频图像。

本实用新型的技术方案是：一种用脑电进行控制的玩具火车，包括主控单元、位置传感单元、声音控制单元、视频单元、运动控制单元、灯光控制单元、电源单元。其中，所述的主控单元包括无线数据接收模块、嵌入式微处理器、红外接收模块，所述的位置传感单元最少有一个，每个位置传感单元均包括定位模块、红外发射模块和纽扣电池，所述的声音控制单元包括声音驱动模块和扬声器，所述的视频单元包括摄像头模组和WIFI(WirelessFidelity,无线局域网)视频模块，所述的运动控制单元包括电机驱动模块、电机、车轮，所述的灯光控制单元包括灯光驱动模块和三色灯，所述的电源单元包括电源模块和充电电池。

所述的无线数据接收模块通过无线方式接收脑电仪发送的脑电数据，无线数据接收模块的输出端与嵌入式微处理器的输入端连接；所述的嵌入式微处理器接收来自无线数据接收模块的脑电数据，从脑电数据中提取声音控制参数，将此控制参数传输给声音驱动模块，同时还提取电机控制参数，将此参数传输给电机驱动模块，同时还提取灯光控制参数，将此参数传输给灯光驱动模块；所述的红外接收模块的输出端与嵌入式微处理器的输入端连接，红外接收模块通过红外信号接收来自位置传感单元中红外发射模块发送的位置数据并将此信号传递给嵌入式微处理器，嵌入式微处理器根据接收的位置信息生成声音控制参数，将此控制参数传输给声音驱动模块。

所述的定位模块存储该模块的位置编码信息，定位模块的输出端和红外发射模块的输入端连接；所述的红外发射模块接收定位模块的控制指令和位置编码数据，对外发射红外信号；所述的纽扣电池为定位模块和红外发射模块提供工作电源。

所述的声音驱动模块的输入端与嵌入式微处理器的输出端连接，输出端与扬声器连接。声音驱动模块接收嵌入式微处理器传输的声音控制参数，根据此控制参数提取不同的火车音效和语音，并驱动扬声器播放声音。

所述的摄像头模组的输出端与WIFI视频模块的输入端相连接，摄像头模组实时采集视频信号并生成数字化视频数据，摄像头模组将视频数据传输给WIFI视频模组，WIFI视频模组通过WIFI通讯协议将视频图像以无线形式发送出去。

所述的电机驱动模块的输入端与嵌入式微处理器的输出端连接，输出端与电机相连接，电机的输出端与火车车轮相连接。电机驱动模块接收嵌入式微处理器传输的控制参数，根据此控制参数输出电机控制信号以控制电机，电机驱动车轮转动。

所述的灯光驱动模块的输入端与嵌入式微处理器的输出端连接，输出端与LED三色灯连接。灯光控制模块接收嵌入式微处理器传输的灯光控制参数，并根据此控制参数驱动三色灯进行颜色和亮度的变化。

所述的电源模块输入端连接充电电池，电源模块为主控单元、声音控制单元、视频单元、运动控制单元和灯光控制单元提供工作电源。

本实用新型的有益效果如下：

1.本实用新型通过脑电来实现对玩具火车的运动控制，并结合灯光、声音等多种效果反映大脑状态的实时变化，为玩具火车提供了丰富的控制方式和多样的效果，增强了玩具火车的操作性和趣味性，同时也为心理训练、生物反馈训练提供了多样的训练方式，增强了训练的趣味性、直观性和有效性。

2.本实用新型通过WIFI技术实时传输以火车视角拍摄的视频图像，玩家通过手机或计算机可以接收并显示此视频图像，使得玩家在使用中有身临其境的感觉，提高了操作的娱乐性和参与性。

3.本实用新型通过在轨道不同位置安装的多个定位模块，使得火车在运行中可以获取特点的位置信息，如进站出站位置，提高了玩具火车的智能化程度，使得火车可以根据所处不同位置执行相应的动作控制，如进出站的鸣笛等。

4.本实用新型结构简单，设计合理，其所有电子部件都安装在火车车头内部，使用中无需通过轨道外接电源，所需电源通过安装在车厢内部的可充电电池供给，每辆火车均自行控制速度，因此可以实现在一条轨道上行驶多个火车，以实现多辆火车竞速追击等游戏功能。

附图说明

图1是本实用新型的系统框图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行进一步说明。

参见图1，本实用新型提供一种用脑电进行控制的玩具火车，包括主控单元1、位置传感单元2、声音控制单元3、视频单元4、运动控制单元5、灯光控制单元6、电源单元7。其中，所述的主控单元1包括无线数据接收模块11、嵌入式微处理器12和红外接收模块13，所述的位置传感单元2最少有一个，每个位置传感单元2均包括红外发射模块21、定位模块22和纽扣电池23，所述的声音控制单元3包括声音驱动模块31和扬声器32，所述的视频单元4包括摄像头模组41和WIFI视频模块42，所述的运动控制单元5包括电机驱动模块51、电机52、车轮53，所述的灯光控制单元6包括灯光驱动模块61和三色灯62，所述的电源单元7包括电源模块71和充电电池72。

本实施例中，所述的无线数据接收模块11为一块内置无线SoC(SystemonChip)芯片的模块，无线芯片采用TI公司的CC2510无线收发芯片，该芯片工作在2.4G频率波段，是一块内嵌单片机的可编程无线收发器芯片。该无线数据接收模块11实时接收脑波仪发送的脑电数据，脑波仪选用北京视友科技的CUBand便携式脑波仪，该脑波仪将经过处理后的脑电数据以无线方式发送出来。无线数据接收模块11的输出端与嵌入式微处理器12的输入端通过标准UART(UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter)接口连接。

所述的嵌入式微处理器12采用LPC1768，LPC1768是NXP公司推出的基于ARMCortex-M3内核的微处理器，具有强大的处理功能和丰富的I/O接口。嵌入式微处理器12通过UART接口接收来自无线数据接收模块11的脑电数据，从中提取出放松度、注意力、眨眼等多个参数以分别控制火车声音播放、电机运动以及灯光效果。嵌入式微处理器12的输出端与电机驱动模块51的输入端相连接，嵌入式微处理器12使用提取的注意力参数生成电机控制参数以控制电机转速，注意力数值越高，电机转速越高，车轮转动就越快，火车运动速度就越快，同时使用提取的眨眼参数用于电机起停控制，将连续3次眨眼作为电机转动开始和停止的切换开关，以控制火车的启动和停止；嵌入式微处理器12的输出端与声音驱动模块31的输入端相连接，嵌入式微处理器12使用提取的注意力参数来控制火车行驶音效的音量，注意力数值越高，火车音效的车轮声音越急促；嵌入式微处理器12的输出端与灯光驱动模块61的输入端相连接，嵌入式微处理器12使用提取的放松度参数来控制三色灯的颜色和亮度。

所述的位置传感单元2包括红外发射模块21、定位模块22和纽扣电池23，位置传感单元2安装在轨道底部，每个位置传感单元2都有一个唯一的编码。位置传感单元2可以有多个，如可以在火车轨道出站口和进站口各安装一个以标记出站位置和进站位置。定位模块22基于STC15F101单片机开发，内部存储该模块的唯一编码信息，纽扣电池23为定位模块22和红外发射模块21提供工作电源。定位模块22的输出端和红外发射模块21的输入端连接，定位模块22通过红外发射模块21以每秒10次的频率不停发送自己的唯一编码信息。

所述的红外接收模块13的输出端与嵌入式微处理器12的输入端连接，红外接收模块13安装在火车车头底部位置，在火车通过安装有位置传感单元2的轨道时，红外接收模块13可以接收到红外发射模块21发送的红外信号，红外接收模块13将接收的信号传递给嵌入式微处理器12，嵌入式微处理器12解析出信号中的位置编码信息，即可确定当前火车所在的特定位置，进而根据此位置信息生成声音控制参数，将此控制参数传输给声音驱动模块31以产生特殊的音效，如火车出站的鸣笛声音等。

所述的声音驱动模块31内置有SC080G语音芯片，该芯片存储音效和语音数据，声音驱动模块31的输入端与嵌入式微处理器12的输出端连接，输出端与扬声器32连接。声音驱动模块31接收嵌入式微处理器传输12的声音控制参数，根据此控制参数提取不同的火车音效和语音，并驱动扬声器32播放声音。所述的扬声器32采用体积小巧，易于安装的微型扬声器。

所述的摄像头模组41采用杭州炽鸟科技生产的USB摄像头模组，该摄像头为130万像素高清微型摄像头，帧率可达每秒30帧，它通过USB接口连接WIFI视频模块42，WIFI视频模块42采用杭州炽鸟科技生产CHD-T5模块，该模块的是一款高集成度的无线多媒体模块，支持WIFI无线通讯协议。摄像头模组41安装在火车头位置，以火车的视角拍摄图像，摄像头模组41实时采集并生成数字化视频数据，通过USB接口传输给WIFI视频模块42，WIFI视频模块42通过WIFI通讯协议将视频图像以无线形式发送出去。玩家可以用手机或计算机以无线方式连接WIFI视频模块42接收并观看其发送的视频信号。

所述的电机驱动模块51内置有L298N电机驱动芯片，L298N是一种双H桥电机驱动芯片，其中每个H桥可以提供2A的电流，功率部分的供电电压范围是2.5-48v，逻辑部分5v供电，接受5vTTL电平。电机驱动模块51的输入端与嵌入式微处理器12的输出端连接，以接收嵌入式微处理器12的电机控制信号，电机驱动模块51的输出端与电机52连接，以驱动电机52转动，电机52与安装在车头底部的车轮53连接，以驱动车轮转动，并进而带动火车运动。

所述的灯光驱动模块61的输入端与嵌入式微处理器12的输出端连接，输出端与三色灯62连接。三色灯62采用LEDRGB三色灯珠，该灯珠根据加在RGB三个端子上电压大小的变化来调整红、绿、蓝三种颜色的强度，从而控制灯光的颜色和亮度。灯光控制模块61接收嵌入式微处理器传输12的灯光控制参数，并根据此控制参数驱动三色灯进行颜色和亮度的变化。三色灯62安装在火车头顶部位置，可以通过灯光颜色变化直观看到玩家脑电状态的变化。

所述的电源单元7包括电源模块71和充电电池72，电源模块71可使用LM2575电源芯片和AMS1117稳压器，电源模块71的输入端通过连接头与电池72连接，电池72采用可充电电池，电源模块71提供充电接口，可以通过外接电源给电池72充电，也可以将电池72取下后用专用充电器进行充电。电源单元7放置在火车车厢中，电源模块71的输出端通过外接电缆与主控单元1、声音控制单元3、视频单元4、运动控制单元5和灯光控制单元6相连接，为它们提供工作电源。

以上所述的仅是本实用新型的一种实施方式，应当指出，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干修改、等同替换和改进，这些也应视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种用脑电进行控制的玩具火车，其特征在于：包括主控单元、位置传感单元、声音控制单元、视频单元、运动控制单元、灯光控制单元、电源单元，所述的主控单元包括无线数据接收模块、嵌入式微处理器、红外接收模块，所述的位置传感单元最少有一个，每个位置传感单元均包括定位模块、红外发射模块和纽扣电池，所述的声音控制单元包括声音驱动模块和扬声器，所述的视频单元包括摄像头模组和WIFI视频模块，所述的运动控制单元包括电机驱动模块、电机、车轮，所述的灯光控制单元包括灯光驱动模块和三色灯，所述的电源单元包括电源模块和充电电池。

2.根据权利要求1所述的一种用脑电进行控制的玩具火车，其特征是,所述的无线数据接收模块通过无线方式接收脑电仪发送的脑电数据，无线数据接收模块的输出端与嵌入式微处理器的输入端连接；所述的嵌入式微处理器接收来自无线数据接收模块的脑电数据，从脑电数据中提取声音控制参数，将此控制参数传输给声音驱动模块，同时还提取电机控制参数，将此参数传输给电机驱动模块，同时还提取灯光控制参数，将此参数传输给灯光驱动模块；所述的红外接收模块的输出端与嵌入式微处理器的输入端连接，红外接收模块通过红外信号接收来自位置传感单元中红外发射模块发送的位置数据并将此信号传递给嵌入式微处理器，嵌入式微处理器根据接收的位置信息生成声音控制参数，将此控制参数传输给声音驱动模块。

3.根据权利要求1所述的一种用脑电进行控制的玩具火车，其特征是,所述的定位模块存储该模块的位置编码信息，定位模块的输出端和红外发射模块的输入端连接；所述的红外发射模块接收定位模块的控制指令和位置编码数据，对外发射红外信号；所述的纽扣电池为定位模块和红外发射模块提供工作电源。

4.根据权利要求1所述的一种用脑电进行控制的玩具火车，其特征是,所述的声音驱动模块的输入端与嵌入式微处理器的输出端连接，输出端与扬声器连接，声音驱动模块接收嵌入式微处理器传输的声音控制参数，根据此控制参数提取不同的火车音效和语音，并驱动扬声器播放声音。

5.根据权利要求1所述的一种用脑电进行控制的玩具火车，其特征是,所述的摄像头模组的输出端与WIFI视频模块的输入端相连接，摄像头模组实时采集视频信号并生成数字化视频数据，摄像头模组将视频数据传输给WIFI视频模组，WIFI视频模组通过WIFI通讯协议将视频图像以无线形式发送出去。

6.根据权利要求1所述的一种用脑电进行控制的玩具火车，其特征是,所述的电机驱动模块的输入端与嵌入式微处理器的输出端连接，输出端与电机相连接，电机的输出端与火车车轮相连接，电机驱动模块接收嵌入式微处理器传输的控制参数，根据此控制参数输出电机控制信号以控制电机，电机驱动车轮转动。

7.根据权利要求1所述的一种用脑电进行控制的玩具火车，其特征是,所述的灯光驱动模块的输入端与嵌入式微处理器的输出端连接，输出端与LED三色灯连接，灯光控制模块接收嵌入式微处理器传输的灯光控制参数，并根据此控制参数驱动三色灯进行颜色和亮度的变化。

8.根据权利要求1所述的一种用脑电进行控制的玩具火车，其特征是,所述的电源模块输入端连接充电电池，电源模块为主控单元、声音控制单元、视频单元、运动控制单元和灯光控制单元提供工作电源。