CN207742508U - 头戴式脑电波控制装置、智能家居控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种头戴式脑电波控制装置和智能家居控制系统，装置包括头带（1）、参考电极（2）、感应电极（3）、接地耳夹（4）、脑电反馈单元（5）、第一无线传输单元（6）和电源单元（7）。本实用新型提供一种头戴式脑电波控制装置，当用户戴上头戴式脑电波控制装置，头戴式脑电波控制装置的参考电极、感应电极和接地耳夹获取用户脑电波，脑电反馈单元将脑电波数据进行处理后通过第一无线传输单元发送至外部待控制装置，方便可靠；同时基于上述头戴式脑电波控制装置还提供了两种智能家居控制系统，两种方式均无需用户取手动触碰任何东西才能开启或关闭智能家居设备，只用使用脑电波控制即可。

Description

头戴式脑电波控制装置、智能家居控制系统

技术领域

本实用新型涉及脑电波采集与应用领域，尤其涉及头戴式脑电波控制装置、智能家居控制系统。

背景技术

智能家居是在互联网影响之下物联化的体现。智能家居通过物联网技术将家中的各种设备（如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、影音服务器、影柜系统、网络家电等）连接到一起，提供家电控制、照明控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，提供全方位的信息交互功能，甚至为各种能源费用节约资金。现有技术对于家电控制或者照明控制采用的是智能终端的远程控制，需要人工进行点选等，方便性不高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种头戴式脑电波控制装置、智能家居控制系统。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：头戴式脑电波控制装置，包括头带、参考电极、感应电极、接地耳夹、脑电反馈单元、第一无线传输单元和电源单元，所述的参考电极、感应电极、接地耳夹、脑电反馈单元、无线传输单元和电源单元均设置于头带上；所述的感应电极与参考电极沿头带轴向对称设置，所述的参考电极、感应电极和接地耳夹的输出端均与脑电反馈单元连接，脑电反馈单元的输出端与第一无线传输单元连接，所述的电源单元为脑电反馈单元和第一无线传输单元进行供电。

进一步地，所述的头带包括相互连接的内头带和外头带，电源单元与脑电反馈单元之间的电源连接线、电源单元与第一无线传输单元之间的电源连接线、参考电极与脑电反馈单元之间的数据连接线、感应电极与脑电反馈单元之间的数据连接线均设置于内头带和外头带之间。

进一步地，所述的感应电极设置为两个，分别为第一感应电极和第二感应电极；所述的第一感应电极和第二感应电极沿A轴对称设置，所述的A轴为头带的其中一点为参考电极的直径。

进一步地，所述的参考电极和感应电极结构相同，均包括安装套、干电极底座、干电极固定座和限位板；

所述的安装套的内壁设有内螺纹，安装套外壁与头带固定连接；

所述的干电极底座包括中空限位柱和在中空限位柱的其中一端设置的限位挡板，所述的中空限位柱外侧设置有与内螺纹配合使用的外螺纹，所述的限位挡板上设置有限位孔；

所述的干电极固定座包括固定底座、导向杆和弹簧，所述的固定底座上设置有若干供电极本体安装的电极安装孔，固定底座的外圆周与中空限位柱的内圆周适配；导向杆的一端穿出限位孔与限位板固定连接，另一端连接有固定底座；弹簧套在限位挡板与固定底座之间的导向杆上。

进一步地，所述的干电极底座还包括在中空限位柱另外一端设置的减压环。

进一步地，所述的第一无线传输单元为蓝牙传输单元。

进一步地，所述的脑电反馈单元包括TGAM模块，所述的TGAM模块的输入端分别与参考电极、感应电极、接地耳夹连接，TGAM模块的输出端与第一无线传输单元连接。

进一步地，所述的脑电反馈单元包括TGAM模块和第一单片机，所述的TGAM模块的输入端分别与参考电极、感应电极、接地耳夹连接，TGAM模块的输出端与第一单片机的输入端连接，第一单片机的输出端与第一无线传输单元连接。

本实用新型还提供智能家居控制系统，包括所述的头戴式脑电波控制装置和与所述头戴式脑电波控制装置无线连接的智能家居；

所述的智能家居包括第二无线传输单元、第二单片机、驱动电路、家居负载和负载电源；所述的第二无线传输单元的输入端与头戴式脑电波控制装置无线连接，第二无线传输单元的输出端与第二单片机连接，第二单片机的控制输出端与驱动电路连接，驱动电路设置于家居负载与负载电源之间。

本实用新型还提供另外一种智能家居控制系统，包括所述的头戴式脑电波控制装置、与头戴式脑电波控制装置无线连接的控制主机、和与控制主机无线连接的智能家居；

所述的控制主机包括第三无线传输单元、第三单片机和第四无线传输单元，所述的第三无线传输单元的输入端与头戴式脑电波控制装置无线连接，第三无线传输单元的输出端与第三单片机连接，第三单片机的输出端与第四无线传输单元连接；

所述的智能家居包括第二无线传输单元、第二单片机、驱动电路、家居负载和负载电源；所述的第二无线传输单元的输入端与第四无线传输单元无线连接，第二无线传输单元的输出端与第二单片机连接，第二单片机的控制输出端与驱动电路连接，驱动电路设置于家居负载与负载电源之间。

本实用新型的有益效果是：

（1）本实用新型提供一种头戴式脑电波控制装置，当用户戴上头戴式脑电波控制装置，头戴式脑电波控制装置的参考电极、感应电极和接地耳夹获取用户脑电波，脑电反馈单元将脑电波数据进行处理后通过第一无线传输单元发送至外部待控制装置，方便可靠。

（2）采用内头带和外头带的方式保护头戴式脑电波控制装置各个部件之间的线路连接不暴露与外部，提高后期使用寿命。

（3）感应电极设置为两个，使得后期数据获取与对比更加准确。

（4）参考电极和感应电极具有伸缩功能，可以降低现有技术的固定电极对使用者造成的压力以及束缚感；同时还具有方便安装与更换的优势。

（5）本实用新型基于上述头戴式脑电波控制装置还提供了两种智能家居控制系统，一种为通过头戴式脑电波控制装置直接控制智能家居，另外一种为戴式脑电波控制装置连接控制主机，控制主机去控制智能家居；两种方式均无需用户取手动触碰任何东西才能开启或关闭智能家居设备，只用使用脑电波控制即可。

附图说明

图1为本实用新型装置的结构示意图；

图2为本实用新型装置的模块连接示意图；

图3为图1中A点放大示意图；

图4为感应电极/参考电极压缩状态正面示意图；

图5为感应电极/参考电极压缩状态背面示意图；

图6为感应电极/参考电极非压缩状态正面示意图；

图7为感应电极/参考电极非压缩状态背面示意图；

图8为安装套结构示意图；

图9为干电极底座结构正面示意图；

图10为干电极底座结构背面示意图；

图11为干电极固定座结构示意图；

图12为限位板结构示意图；

图13为本实用新型系统的其中一个连接示意图；

图14为驱动电路的其中一个示意图；

图15为驱动电路的另外一个示意图；

图16为本实用新型系统的另外一个连接示意图；

图中，1-头带，1-1-内头带，1-2-外头带，2-参考电极，3-感应电极，3-1-第一感应电极，3-2-第二感应电极，4-接地耳夹，5-脑电反馈单元，6-无线传输单元，7-电源单元，8-安装套，9-干电极底座，10-干电极固定座，11-限位板，12-内螺纹，13-中空限位柱，14-限位挡板，15-外螺纹，16-限位孔，17-固定底座，18-导向杆，19-电极安装孔，20-第一固定孔，21-第二固定孔，22-电极本体，23-减压环。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，头戴式脑电波控制装置，包括头带1、参考电极2、感应电极3、接地耳夹4、脑电反馈单元5、第一无线传输单元6和电源单元7，所述的参考电极2、感应电极3、接地耳夹4、脑电反馈单元5、无线传输单元6和电源单元7均设置于头带1上；所述的感应电极3与参考电极2沿头带1轴向对称设置，如图2所示，所述的参考电极2、感应电极3和接地耳夹4的输出端均与脑电反馈单元5连接，脑电反馈单元5的输出端与第一无线传输单元6连接，所述的电源单元7为脑电反馈单元5和第一无线传输单元6进行供电。图2中实线为数据传输，虚线为电力传输。

具体地，使用者将头带1带上大脑后，感应电极3设置于后脑视觉区对应位置，用于采集对应区域的脑电波信号；参考电极2设置于前额位置，用于过滤掉周围环境噪音；而接地耳夹4夹住耳朵，该接地耳夹4提供接地信号。如图1所示，在本实施例中，脑电反馈单元5和第一无线传输单元6设置于左侧，而电源单元7设置于右侧。另外，电源单元7向脑电反馈单元5和第一无线传输单元6根据实际需求进行不同大小电压进行供电属于现有技术，在此不进行赘述。

更优地，在实施例1中，所述的脑电反馈单元5包括TGAM模块，所述的TGAM模块的输入端分别与参考电极2、感应电极3、接地耳夹4连接，TGAM模块的输出端与第一无线传输单元6连接。

其中，TGAM模块的单EEG脑电通道有三个接触点：与感应电极3连接的EEG(脑电采集点)、与参考电极啊2连接的REF(参考点)、和与接地耳夹4连接GND(地线点)。TGAM模块处理并输出脑波频率谱（处理方式属于现有技术，在此不进行赘述）至第一无线传输单元6，通过第一无线传输单元6输出至外部。

更优地，在实施例2中，所述的脑电反馈单元5包括TGAM模块和第一单片机，所述的TGAM模块的输入端分别与参考电极2、感应电极3、接地耳夹4连接，TGAM模块的输出端与第一单片机的输入端连接，第一单片机的输出端与第一无线传输单元6连接。

其中，TGAM模块与参考电极2、感应电极3、接地耳夹4的连接方式与上一个实施例相同，不进行输出。TGAM模块处理并输出脑波频率谱至第一单片机，第一单片机对接收到的脑电波信号进行处理和分析，并对外部其余受控装置通过第一无线传输单元6发布下一步的指令。（其中TGAM模块与第一单片机的连接方式也属于现有技术，在此不进行赘述）

更优地，在上述任意一个实施例中，如图3所示，所述的头带1包括相互连接的内头带1-1和外头带1-2，电源单元7与脑电反馈单元5之间的电源连接线、电源单元7与第一无线传输单元6之间的电源连接线、参考电极2与脑电反馈单元5之间的数据连接线、感应电极3与脑电反馈单元5之间的数据连接线均设置于内头带1-1和外头带1-2之间。其中内头带1-1和外头带1-2可以采用粘接或者缝制的方式连接在一起，同时将各连接线进行保护，避免外露造成的损坏。

更优地，在上述任意一个实施例中，如图1所示，所述的感应电极3设置为两个，分别为第一感应电极3-1和第二感应电极3-2；所述的第一感应电极3-1和第二感应电极3-2沿A轴对称设置，所述的A轴为头带1的其中一点为参考电极2的直径。两个感应电极用于提高数据获取以及处理的精度。

更优地，在上述任意一个实施例中，如图1所示，所述的参考电极2和感应电极3结构相同，如图4~图12所示，均包括安装套8、干电极底座9、干电极固定座10和限位板11；

如图8所示，所述的安装套8的内壁设有内螺纹，安装套8外壁与头带1固定连接（在本实施例中，可以采用粘接的方式进行连接）；

如图9和图10所示，所述的干电极底座9包括中空限位柱13和在中空限位柱13的其中一端设置的限位挡板14，所述的中空限位柱13外侧设置有与内螺纹12配合使用的外螺纹15，所述的限位挡板14上设置有限位孔16；另外，中空限位柱13远离限位挡板14的位置设置有供电极本体22的输出端的数据连接线穿出的数据线孔（仅在图1中示出）；

如图11所示，所述的干电极固定座10包括固定底座17、导向杆18和弹簧（未在图中示出），所述的固定底座17上设置有若干供电极本体22安装的电极安装孔19（本实施例中设置为三个），固定底座17的外圆周与中空限位柱13的内圆周适配；导向杆18的一端穿出限位孔16与限位板11固定连接（具体地，在本实施例中，如图11所示，导向杆18远离固定底座17的一端设置有第一固定孔20，如图12所示，限位板11上设置有第二固定孔21，将第一固定孔20和第二固定孔21对准后通过紧固螺钉进行固定连接），另一端连接有固定底座17；弹簧套在限位挡板14与固定底座17之间的导向杆18上。

采用此种方式的参考电极2和感应电极3具有伸缩功能，可以降低现有技术的固定电极对使用者造成的压力以及束缚感，具体地：当使用者将头带1戴上时，在压力的作用下，干电极固定座10的固定底座17压缩至干电极底座9内部，同时导向杆18带动限位板11远离限位挡板14移动，此时参考电极2和感应电极3的状态如图4和图5所示，导向杆18上的弹簧处于压缩状态；而当使用者将头带1取下后，在弹簧的作用下，固定底座17回到原始位置，即限位板11与限位挡板14直接接触时固定底座17所处位置，此时参考电极2和感应电极3的状态如图6和图7所示。

同时，采用此种方式的参考电极2和感应电极3还具有方便安装与更换的功能，安装过程具体如下：（1）将干电极底座9与固定在头带1上的安装套8进行螺纹连接；（2）将电极本体22通过电极安装孔19安装在固定底座17上，同时将电极本体22的线路通过中空限位柱14上远离限位挡板14位置设置的数据线孔穿出；（3）在导向杆18上设置弹簧；（4）将干电极固定座10置于中空限位柱13内部，同时将导向杆18穿出限位挡板14上的限位孔16；（5）将导向杆18上的第一固定孔20与限位板11上的第二固定孔21对准，通过紧固螺钉将导向杆18和限位板11进行固定连接，完成安装。拆卸过程与该过程相反即可实现。

更优地，在上述任意一个实施例中，如图4~7所示，所述的干电极底座9还包括在中空限位柱13另外一端设置的减压环23。减压环23增大了中空限位柱13底部与使用者头部的接触面积，即减小了对使用者的压力。

更优地，在上述任意一个实施例中，所述的第一无线传输单元6为蓝牙传输单元。采用蓝牙传输使得本实用新型适用于一定距离的家居控制。

如图13所示，基于实施例2中的头戴式脑电波控制装置，实施例3提供一种智能家居控制系统，包括所述的头戴式脑电波控制装置和与所述头戴式脑电波控制装置无线连接的智能家居；

所述的智能家居包括第二无线传输单元、第二单片机、驱动电路、家居负载和负载电源；所述的第二无线传输单元的输入端与头戴式脑电波控制装置无线连接，第二无线传输单元的输出端与第二单片机连接，第二单片机的控制输出端与驱动电路连接，驱动电路设置于家居负载与负载电源之间。（其中对于第二单片机、驱动电路也设置有对应的电源模块，在此不进行赘述）

具体地，在本实施例中，在第一无线传输单元6为蓝牙传输单元的情况下，第二无线传输单元也为蓝牙传输单元。

本系统的使用方式如下，使用者戴上所述的头戴式脑电波控制装置后，集中精神在脑中想象开启/关闭某智能家居，此时头戴式脑电波控制装置的TGAM模块处理并输出脑波频率谱至第一单片机，第一单片机对接收到的脑电波信号进行处理和分析，并对对应的智能家居通过第一无线传输单元6发送开启/关闭指令。智能家居通过第二无线传输单元接收外部发送的无线数据，第二单片机对数据进行分析处理后，对驱动电路发出驱动指令，驱动家居负载与负载电源之间进行连接/断开。

更优地，在本实施例中，所述的驱动电路，如图14所示，包括电阻R1、电阻R2、三极管Q和继电器K，第二单片机的控制输出端通过电阻R1与三极管Q的基极连接，三极管Q的发射极通过电阻R2接地，三极管Q的集电极与继电器K的其中一个线圈端连接，继电器K的触电点设置于家居负载与负载电源的回路中，继电器K的另外一个线圈端接外部VCC。当使用者需要开启智能家居时，第二单片机向驱动电路发送高电平信号，此时三极管Q导通，继电器K通电后吸附线圈端，使得家居负载与负载电源形成回路，家居负载开启；而当使用者需要关闭智能家居时，第二单片机向驱动电路发送低电平信号，此时三极管Q截止，继电器K，家居负载与负载电源形成开路，家居负载关闭。此种方式适用于控制大电压智能家居（例如电视机、空调等）。

更优地，在本实施例中，所述的驱动电路，如图15所示，包括PMOS晶体管，PMOS晶体管的栅极与第二单片机的控制输出端连接，PMOS晶体管的源极与负载电源连接，PMOS晶体管的漏级与家居负载连接。当使用者需要开启智能家居时，第二单片机发送高电平信号至PMOS晶体管的栅极时，整个PMOS晶体管导通，使得家居负载与负载电源连接，家居负载启动；而当使用者需要关闭智能家居时，第二单片机发送低电平信号至PMOS晶体管的栅极时，整个PMOS晶体管不导通，使得家居负载与负载电源断开，家居负载不启动。此种方式适用于控制小电压智能家居（例如电灯等）。

如图16所示，基于实施例1或实施例2中的头戴式脑电波控制装置，实施例4提供另外一种智能家居控制系统，包括所述的头戴式脑电波控制装置、与头戴式脑电波控制装置无线连接的控制主机、和与控制主机无线连接的智能家居；

所述的控制主机包括第三无线传输单元、第三单片机和第四无线传输单元，所述的第三无线传输单元的输入端与头戴式脑电波控制装置无线连接，第三无线传输单元的输出端与第三单片机连接，第三单片机的输出端与第四无线传输单元连接；

所述的智能家居包括第二无线传输单元、第二单片机、驱动电路、家居负载和负载电源；所述的第二无线传输单元的输入端与第四无线传输单元无线连接，第二无线传输单元的输出端与第二单片机连接，第二单片机的控制输出端与驱动电路连接，驱动电路设置于家居负载与负载电源之间。

其中，在本实施例中，在第一无线传输单元6为蓝牙传输单元的情况下，第三无线传输单元也为蓝牙传输单元。

控制主机可以是用户PC机，或者是类似的一个微型主机。在本实施例中，第四无线传输单元可以为PC机自带的Wifi模块，或者是微型主机外接的Wifi模块；对应地，智能家居中的第二无线传输单元和第二单片机可以由ESP-12WIFI模块替代，该WIFI模块不仅具有无线功能还封装有微型MCU-L106（相当于第二大片机）。而对于智能家居的其余内容与实施例3中的内容相同，在此不进行赘述。

本实用新型是通过实施例来描述的，但并不对本实用新型构成限制，参照本实用新型的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本实用新型权利要求限定的范围之内。

Claims (10)

1.头戴式脑电波控制装置，其特征在于：包括头带（1）、参考电极（2）、感应电极（3）、接地耳夹（4）、脑电反馈单元（5）、第一无线传输单元（6）和电源单元（7），所述的参考电极（2）、感应电极（3）、接地耳夹（4）、脑电反馈单元（5）、第一无线传输单元（6）和电源单元（7）均设置于头带（1）上；所述的感应电极（3）与参考电极（2）沿头带（1）轴向对称设置，所述的参考电极（2）、感应电极（3）和接地耳夹（4）的输出端均与脑电反馈单元（5）连接，脑电反馈单元（5）的输出端与第一无线传输单元（6）连接，所述的电源单元（7）为脑电反馈单元（5）和第一无线传输单元（6）进行供电。

2.根据权利要求1所述的头戴式脑电波控制装置，其特征在于：所述的头带（1）包括相互连接的内头带（1-1）和外头带（1-2），电源单元（7）与脑电反馈单元（5）之间的电源连接线、电源单元（7）与第一无线传输单元（6）之间的电源连接线、参考电极（2）与脑电反馈单元（5）之间的数据连接线、感应电极（3）与脑电反馈单元（5）之间的数据连接线均设置于内头带（1-1）和外头带（1-2）之间。

3.根据权利要求1所述的头戴式脑电波控制装置，其特征在于：所述的感应电极（3）设置为两个，分别为第一感应电极（3-1）和第二感应电极（3-2）；所述的第一感应电极（3-1）和第二感应电极（3-2）沿A轴对称设置，所述的A轴为头带（1）的其中一点为参考电极（2）的直径。

4.根据权利要求1所述的头戴式脑电波控制装置，其特征在于：所述的参考电极（2）和感应电极（3）结构相同，均包括安装套（8）、干电极底座（9）、干电极固定座（10）和限位板（11）；

所述的安装套（8）的内壁设有内螺纹，安装套（8）外壁与头带（1）固定连接；

所述的干电极底座（9）包括中空限位柱（13）和在中空限位柱（13）的其中一端设置的限位挡板（14），所述的中空限位柱（13）外侧设置有与内螺纹（12）配合使用的外螺纹（15），所述的限位挡板（14）上设置有限位孔（16）；

所述的干电极固定座（10）包括固定底座（17）、导向杆（18）和弹簧，所述的固定底座（17）上设置有若干供电极本体（22）安装的电极安装孔（19），固定底座（17）的外圆周与中空限位柱（13）的内圆周适配；导向杆（18）的一端穿出限位孔（16）与限位板（11）固定连接，另一端连接有固定底座（17）；弹簧套在限位挡板（14）与固定底座（17）之间的导向杆（18）上。

5.根据权利要求4所述的头戴式脑电波控制装置，其特征在于：所述的干电极底座（9）还包括在中空限位柱（13）另外一端设置的减压环（23）。

6.根据权利要求1所述的头戴式脑电波控制装置，其特征在于：所述的第一无线传输单元（6）为蓝牙传输单元。

7.根据权利要求1~6中任意一项所述的头戴式脑电波控制装置，其特征在于：所述的脑电反馈单元（5）包括TGAM模块，所述的TGAM模块的输入端分别与参考电极（2）、感应电极（3）、接地耳夹（4）连接，TGAM模块的输出端与第一无线传输单元（6）连接。

8.根据权利要求1~6中任意一项所述的头戴式脑电波控制装置，其特征在于：所述的脑电反馈单元（5）包括TGAM模块和第一单片机，所述的TGAM模块的输入端分别与参考电极（2）、感应电极（3）、接地耳夹（4）连接，TGAM模块的输出端与第一单片机的输入端连接，第一单片机的输出端与第一无线传输单元（6）连接。

9.智能家居控制系统，其特征在于：包括如权利要求8所述的头戴式脑电波控制装置和与所述头戴式脑电波控制装置无线连接的智能家居；

所述的智能家居包括第二无线传输单元、第二单片机、驱动电路、家居负载和负载电源；所述的第二无线传输单元的输入端与头戴式脑电波控制装置无线连接，第二无线传输单元的输出端与第二单片机连接，第二单片机的控制输出端与驱动电路连接，驱动电路设置于家居负载与负载电源之间。

10.智能家居控制系统，其特征在于：包括如权利要求7或8所述的头戴式脑电波控制装置、与头戴式脑电波控制装置无线连接的控制主机、和与控制主机无线连接的智能家居；

所述的控制主机包括第三无线传输单元、第三单片机和第四无线传输单元，所述的第三无线传输单元的输入端与头戴式脑电波控制装置无线连接，第三无线传输单元的输出端与第三单片机连接，第三单片机的输出端与第四无线传输单元连接；

所述的智能家居包括第二无线传输单元、第二单片机、驱动电路、家居负载和负载电源；所述的第二无线传输单元的输入端与第四无线传输单元无线连接，第二无线传输单元的输出端与第二单片机连接，第二单片机的控制输出端与驱动电路连接，驱动电路设置于家居负载与负载电源之间。