摘 要：目前，許多研究機(jī)構(gòu)及個(gè)人熱衷于研究基于腦電波傳感器控制電子類產(chǎn)品的技術(shù)，本文主要介紹了Mindband腦電波傳感器的研究及應(yīng)用，給出系統(tǒng)總體框架，并分別介紹硬件及軟件部分中的關(guān)鍵技術(shù)。最后通過實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性。

關(guān)鍵詞：藍(lán)牙；Arduino；腦電波

中圖分類號(hào)：G804.8

信息時(shí)代的到來令電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等行業(yè)的發(fā)展充滿希望，為了適應(yīng)這些發(fā)展，人們熱衷于研究的腦機(jī)接口技術(shù)就必須不斷地融入新鮮血液。傳統(tǒng)的腦電波采集設(shè)備對(duì)于普通大眾來說有很多局限性。目前，Mindband腦電波傳感器[1]，是一款大眾消費(fèi)類產(chǎn)品，操作者容易掌握使用方法，開發(fā)人員可以快速入門。

操作者可以佩戴傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)腦電波信號(hào)，并通過藍(lán)牙裝置發(fā)送到被控對(duì)象的藍(lán)牙接收裝置中，通過被控對(duì)象上的中央處理單元轉(zhuǎn)換成最終的控制命令，從而控制被控對(duì)象。

本文通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性。實(shí)驗(yàn)過程利用Mindband傳感器無線控制具有3個(gè)檔位的電風(fēng)扇，檔位包括：停止、低風(fēng)速、高風(fēng)速檔位。

1 系統(tǒng)介紹

基于Mindband傳感器的家用電風(fēng)扇控制系統(tǒng)如圖1所示。系統(tǒng)包括一個(gè)Mindband腦電波傳感器，一臺(tái)經(jīng)過改裝的被控家用電風(fēng)扇。

操作者將Mindband傳感器佩戴在頭部，用于采集腦部周圍的腦電信號(hào)，并將信號(hào)通過Mindband端的藍(lán)牙模塊發(fā)送到被控對(duì)象上的藍(lán)牙模塊接收端，經(jīng)過中央控制單元模塊（Arduino），將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成電風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)的控制指令。

2 系統(tǒng)硬件

2.1 Mindband

Mindband（如圖2）傳感器是NeuroSky公司推出的一款大眾消費(fèi)類腦電檢測(cè)產(chǎn)品，該產(chǎn)品特點(diǎn)是：配有檢測(cè)人體腦部前額的干電極；夾在耳部的參考電極，用于增強(qiáng)信號(hào)穩(wěn)定性；可以通過核心模塊TGAM[2]（ThinkGear ASIC Module）檢測(cè)人腦自發(fā)的腦電信號(hào)，并進(jìn)行信號(hào)分析處理。

在本設(shè)計(jì)中通過利用NeuroSky eSense專利算法，解析出描述操作人員當(dāng)前腦部狀態(tài)的eSense參數(shù)（專注度、放松度），該參數(shù)的取值范圍在0-100之間。

2.2 Arduino[3]

中央控制單元部分采用了開源的Arduino平臺(tái)，如圖3所示。其優(yōu)點(diǎn)在于，不僅硬件上容易實(shí)現(xiàn)其外圍電路的連接設(shè)計(jì)；軟件上應(yīng)用Arduino開發(fā)環(huán)境，也大大降低了編程難度。

2.3 藍(lán)牙模塊

藍(lán)牙，是一種支持設(shè)備短距離無線通信技術(shù)。本設(shè)計(jì)考慮符合家用距離范圍，所以采用HC-06藍(lán)牙模塊[4]。利用AT指令集對(duì)HC-06進(jìn)行調(diào)試，本設(shè)計(jì)中藍(lán)牙模塊與Arduino通信的連接方法如圖4所示。發(fā)送端TXD與Arduino的RX端口連接，接收端RXD與Arduino的TX端口連接。

2.4 風(fēng)扇電機(jī)

風(fēng)扇電機(jī)是兩端腳小型直流電機(jī)，與Arduino的數(shù)據(jù)I/O口相連，利用Arduino輸出的不同控制信號(hào)，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

3 系統(tǒng)軟件

本系統(tǒng)對(duì)Mindband采集來的腦電信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得eSense參數(shù)，并將其0-100區(qū)間的取值分段化處理，分段之后對(duì)應(yīng)其各自的檔位。分段方法：eSense取值在0-33之間，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)；34-67之間，電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)；68-100之間，電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)。風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)快慢由與其相連的Arduino I/O輸出不同的占空比Q調(diào)節(jié)，見公式（1）。

其中г為輸出高電平時(shí)間，T為電平輸出周期。本系統(tǒng)中Arduino的軟件設(shè)計(jì)流程如圖5所示。

4 結(jié)束語

實(shí)驗(yàn)中選取某一段連續(xù)時(shí)間的eSence輸出值如表1所示，不同eSence取值，對(duì)應(yīng)的動(dòng)作檔位符合系統(tǒng)定義標(biāo)準(zhǔn)。證明系統(tǒng)設(shè)計(jì)可行性。

參考文獻(xiàn)：

[1]NeuroSky公司.mindset communication protocol[OL]，2010.

[2]NeuroSky公司.TGAM說明書[Z]，2011.

[3]http：//www.arduino.cc/[OL]

[4]廣州匯承信息科技有限公司.HC系列藍(lán)牙產(chǎn)品說明書[Z].

作者簡介：孔陽（1986-），女，大連人，就職于信息化科，助理工程師，本科，研究方向：計(jì)算機(jī)。

作者單位：遼寧公安邊防總隊(duì)大連邊防檢查站，遼寧大連 116000