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        一種腦電波傳感器的研究與應(yīng)用

        2014-12-31 00:00:00孔陽

        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

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