一種基于腦波控制的智能led變色燈及其智能控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于腦波控制的智能LED變色燈及其智能控制方法，該智能LED變色燈包括腦電耳機控制單元、LDE變光單元和用于給所述腦電耳機控制單元和LDE變光單元提供電源的電源單元，所述腦電耳機控制單元包括Mindwave腦電耳機、腦波傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理器模塊、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述LDE變光單元包括包含有控制芯片的信號傳輸處理模塊、LED驅(qū)動模塊、LED變光燈。本發(fā)明基于Mindwave腦電耳機的數(shù)據(jù)處理算法，提取集中度和冥思度作為燈的控制參量，采用無線通信方式進行腦電信號的采集與LED變色燈的智能控制。本發(fā)明增加了家居的智能性，可以有效的配合醫(yī)學(xué)康復(fù)治療，提高集中度與冥思度。
【專利說明】一種基于腦波控制的智能LED變色燈及其智能控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于腦波控制的智能LED變色燈及其智能控制方法，主要用于多動癥、抽動癥等疾病的輔助康復(fù)治療與智能家居應(yīng)用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]生物存在電現(xiàn)象，對大腦來說，腦細胞就是大腦內(nèi)一個個“微小的發(fā)電站”。神經(jīng)電活動，其頻率變動范圍在每秒I 一 30次之間,可劃分為四個波段，即δ (I — 3Ηζ)、Θ (4 —7Hz)、α (8 — 13Ηζ)、β (14 — 30Hz)，而人的活動差異可以在這四種腦波信號上反應(yīng)出來。腦電技術(shù)的發(fā)展使腦電信號可以應(yīng)用在多種領(lǐng)域，例如生物檢測、醫(yī)學(xué)康復(fù)、意念游戲、智能家居等。
[0003]基于腦波設(shè)計的變色LED燈，可以在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域輔助治療小兒多動、情緒失能等多種意念控制類病例，也可以增加智能家居中的人機交互性。人們可以運用腦波放松與專注的情境，控制燈光的柔和變化和燈的亮滅?，F(xiàn)有技術(shù)中的LED燈不能隨腦波信號的變化而變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供一種根據(jù)提取出來的不同腦電集中度和冥思度信號控制LED燈顏色變化的智能LED變色燈及其智能控制方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種基于腦波控制的智能LED變色燈，包括腦電耳機控制單元、LDE變光單元和用于給所述腦電耳機控制單元和LDE變光單元提供電源的電源單元，所述腦電耳機控制單元包括Mindwave腦電耳機、腦波傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理器模塊、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述LDE變光單元包括包含有控制芯片的信號傳輸處理模塊、LED驅(qū)動模塊、LED變光燈。
[0006]所述Mindwave腦電耳機用于接收腦電信號并將接收的腦電信號通過腦波傳感器模塊傳輸給數(shù)據(jù)處理器模塊，所述數(shù)據(jù)處理器模塊用于對腦波傳感器模塊的輸入信號進行干擾濾波以及腦電信號特征的提取，所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊接收經(jīng)數(shù)據(jù)處理器模塊處理后的腦電信號并將該信號傳輸給LDE變光單元中的信號傳輸處理模塊。
[0007]所述信號傳輸處理模塊，用于接收腦電耳機控制單元傳輸來的腦電信號，提取集中度和冥思度作為燈的控制參量，將處理好的數(shù)據(jù)發(fā)送給LED驅(qū)動模塊，基于信號強弱的不同，LED驅(qū)動模塊驅(qū)動所述LED變光燈發(fā)出不同顏色的光并進行明暗切換。
[0008]所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊為藍牙數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述藍牙數(shù)據(jù)傳輸模塊有兩種工作模式，即數(shù)據(jù)傳輸模式和遠程控制模式；數(shù)據(jù)傳輸模式下:LED驅(qū)動模塊與控制芯片串口連接，控制LED變光燈的顏色以及明暗變化；遠程控制模式下:LED驅(qū)動模塊不與控制芯片串口連接，直接通過芯片自帶的I/O 口與LED變光燈相連接，簡單控制LED變光燈的顏色變化但不控制其亮度。
[0009]—種基于腦波控制的智能LED變色燈的智能控制方法,該方法基于Mindwave腦電耳機的數(shù)據(jù)處理算法，提取集中度和冥思度作為燈的控制參量，采用無線通信方式進行腦電信號的采集與LED變色燈的智能控制，具體包括如下步驟:
(I)由Mindwave腦電耳機接收腦電信號并將接收的腦電信號通過腦波傳感器模塊傳輸給數(shù)據(jù)處理器模塊；數(shù)據(jù)處理器模塊對腦波傳感器模塊的輸入信號進行干擾濾波以及腦電信號特征的提取，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊接收經(jīng)數(shù)據(jù)處理器模塊處理后的腦電信號并將該信號傳輸給LDE變光單兀中的信號傳輸處理模塊。
[0010](2)信號傳輸處理模塊接收腦電耳機控制單兀傳輸來的腦電信號,通過信號處理優(yōu)化算法從提取出所需的控制參數(shù)并轉(zhuǎn)換為實際控制信號，提取集中度和冥思度作為燈的控制參量，將處理好的數(shù)據(jù)發(fā)送給LED驅(qū)動模塊，基于信號強弱的不同，LED驅(qū)動模塊驅(qū)動LED變光燈發(fā)出不同顏色的光并進行明暗切換。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:
1、增加家居的智能性，將腦電科技與傳統(tǒng)家居融合起來，讓燈光隨著注意力與心情的改變而發(fā)生變化；
2、可以有效的配合進行小兒多動癥，情緒失能、老人智力恢復(fù)等方面的醫(yī)學(xué)康復(fù)治
療；
3、開發(fā)人類的潛在智力，提高集中度與冥思度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明一種基于腦波控制的智能LED變色燈的系統(tǒng)框圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0014]如圖1所示，本發(fā)明一種基于腦波控制的智能LED變色燈包括腦電耳機控制單元、LDE變光單元和用于給腦電耳機控制單元和LDE變光單元提供電源的電源單元，腦電耳機控制單元包括Mindwave腦電耳機、腦波傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理器模塊、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，LDE變光單元包括包含有控制芯片的信號傳輸處理模塊、LED驅(qū)動模塊、LED變光燈。
[0015]Mindwave腦電耳機，用于接收腦電信號并將接收的腦電信號通過腦波傳感器模塊傳輸給數(shù)據(jù)處理器模塊，數(shù)據(jù)處理器模塊用于對腦波傳感器模塊的輸入信號進行干擾濾波以及腦電信號特征的提取，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊接收經(jīng)數(shù)據(jù)處理器模塊處理后的腦電信號并將該信號傳輸給LDE變光單兀中的信號傳輸處理模塊。
[0016]信號傳輸處理模塊，用于接收腦電耳機控制單兀傳輸來的腦電信號，提取集中度和冥思度作為燈的控制參量，將處理好的數(shù)據(jù)發(fā)送給LED驅(qū)動模塊，基于信號強弱的不同，LED驅(qū)動模塊驅(qū)動LED變光燈發(fā)出不同顏色的光并進行明暗切換。
[0017]無線數(shù)據(jù)傳輸模塊為藍牙數(shù)據(jù)傳輸模塊，藍牙數(shù)據(jù)傳輸模塊有兩種工作模式，即數(shù)據(jù)傳輸模式和遠程控制模式；數(shù)據(jù)傳輸模式下=LED驅(qū)動模塊與控制芯片串口連接，控制LED變光燈的顏色以及明暗變化；遠程控制模式下:LED驅(qū)動模塊不與控制芯片串口連接，直接通過芯片自帶的I/O 口與LED變光燈相連接，簡單控制LED變光燈的顏色變化但不控制其亮度。
[0018]本發(fā)明一種基于腦波控制的智能LED變色燈的智能控制方法,基于Mindwave腦電耳機的數(shù)據(jù)處理算法，提取集中度和冥思度作為燈的控制參量，采用無線通信方式進行腦電信號的采集與LED變色燈的智能控制，具體包括如下步驟:
(I)由Mindwave腦電耳機接收腦電信號并將接收的腦電信號通過腦波傳感器模塊傳輸給數(shù)據(jù)處理器模塊；數(shù)據(jù)處理器模塊對腦波傳感器模塊的輸入信號進行干擾濾波以及腦電信號特征的提取，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊接收經(jīng)數(shù)據(jù)處理器模塊處理后的腦電信號并將該信號傳輸給LDE變光單兀中的信號傳輸處理模塊。
[0019](2)信號傳輸處理模塊接收腦電耳機控制單兀傳輸來的腦電信號,通過信號處理優(yōu)化算法從提取出所需的控制參數(shù)并轉(zhuǎn)換為實際控制信號，提取集中度和冥思度作為燈的控制參量，將處理好的數(shù)據(jù)發(fā)送給LED驅(qū)動模塊，基于信號強弱的不同，LED驅(qū)動模塊驅(qū)動LED變光燈發(fā)出不同顏色的光并進行明暗切換。
[0020]本發(fā)明一種基于腦波控制的智能LED變色燈的智能控制方法的具體過程如下: Mindwave腦電耳機每一秒鐘發(fā)出512個小數(shù)據(jù)包和I個大數(shù)據(jù)包，所有數(shù)據(jù)通過
藍牙無線傳輸進入到Iabview所設(shè)置的虛擬串口中，對于進入到串口中的數(shù)據(jù)包，通過程序?qū)φ麄€數(shù)據(jù)包進行有效數(shù)據(jù)的提取，最終目的是提取集中度(Attention)和冥思度(Meditation)這兩個有效特征信號。
[0021]上述集中度和冥思度的提取過程為:首先在513個數(shù)據(jù)包中找到唯一的大數(shù)據(jù)包。凡是大數(shù)據(jù)包,其數(shù)據(jù)格式均如下-M AA 20 02 C8 83 18 00 31 6C 00 BF 2E 00 5F58 00 73 8F 00 21 FC 00 32 CF 00 ID 92 00 18 IE 04 00 05 00 4B?？偣灿?36 個字節(jié)組成，依次找到04和05這兩個數(shù)，04后面是需要的集中度，05后面則是需要的冥思度。找到所有20，這里的20使用了十六進制，其實是0x20，換算成十進制也就是32.根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)大數(shù)據(jù)包格式-M AA 20 02 C8 83 18 00 31 6C 00 BF 2E 00 5F 58 00 73 8F 00 21 FC
0032 CF 00 ID 92 00 18 IE 04 00 05 00 4B。這里第三位的20作為判斷大數(shù)據(jù)包的標(biāo)志，其他的小數(shù)據(jù)包中也可能會有20，因此接下來還要進行嚴格地篩選。將所有符合條件也就是數(shù)值為0x20的絕對地址進行一個處理:將他們都往后移動29位來開始篩選。標(biāo)準(zhǔn)大數(shù)據(jù)包中:M AA 20 02 C8 83 18 00 31 6C 00 BF 2E 00 5F 58 00 73 8F 00 21 FC 00 32CF 00 ID 92 00 18 IE 04 00 05 00 4B?？梢钥吹剑?x20往后移動29位就是0x04，代表這他后面一位是集中度。到所有0x20后移29位的數(shù)，接下來要判斷這些數(shù)是否為0x04，把是0x04的地址給取出來，這個取出來的地址是相對地址，而不是所有數(shù)據(jù)中的絕對地址。這個數(shù)組中只要有值為0x04的都把他們的地址拿出來?，F(xiàn)在得到了符合條件的0x04的相對地址，并且在我們的設(shè)置下，每一秒鐘只有這么一個。通過這個相對地址可以找到這個符合條件0x04在每一秒的串口輸入數(shù)組中的絕對地址。最后，在這個絕對地址基礎(chǔ)上加30就是需要的集中度，加32就是需要的冥思度了。
[0022]在得到所需的集中度和冥思度后，下一步是對所取值的處理。以集中度的處理范式為例，數(shù)值進入到處理子程序中，由于集中度值在O到100之間，在經(jīng)過多次試驗之后配合自身要求給集中度進行控制區(qū)間劃分，并且對應(yīng)相應(yīng)的藍牙AT指令，在藍牙指令輸出的同時使用變光控件。
[0023]無線數(shù)據(jù)傳輸模塊采用一款多功能的藍牙芯片，該芯片帶有兩種工作模式:數(shù)據(jù)傳輸模式和遠程控制模式。在本發(fā)明中將充分利用這兩種模式。數(shù)據(jù)傳輸模式:與控制芯片串口連接，控制LED變光燈的顏色以及明暗變化；遠程控制模式:不與控制芯片連接，直接通過芯片自帶的I/o 口與LED燈相連接，可以實現(xiàn)簡單控制LED變光燈的顏色變化但不能控制其亮度。遠程控制模式作為數(shù)據(jù)傳輸模的后備和延伸:即使在數(shù)據(jù)傳輸模失效情況下，遠程控制模式仍可以保證系統(tǒng)大部分功能的實現(xiàn)；另一方面由于預(yù)留了許多控制I/O口，也可以使用它的遠控功能去控制更多附加模塊，為后續(xù)擴充功能提供了升級空間。
[0024]在通過藍牙通信模塊得到控制信號之后，控制芯片通過自身的TXD、RXD與主控制芯片的RXD、TXD信號線相連進行通信?？刂菩酒拇谠诮邮盏缴蟼鞯臄?shù)據(jù)之后，對發(fā)出的藍牙AT指令進行有效識別，進而對單片機I/O 口完成相應(yīng)的PWM信號輸出操作。
[0025]本發(fā)明使用低功耗單片機作為主控處理器，基于Mindwave腦電耳機的數(shù)據(jù)處理算法，提取集中度和冥思度作為燈的控制參量，采用藍牙的短距離無線通信方式來進行腦電信號的采集與LED的智能控制。單片機的I/O 口驅(qū)動能力非常有限，尤其是上拉電流，因此為了有效驅(qū)動LED必須增設(shè)一個驅(qū)動放大電路。本電路采用NPN型三極管，發(fā)射極接地，集電極端放置了 LED燈以及限流大功率電阻。當(dāng)NPN型三極管基極的電壓大于導(dǎo)通電壓時，此時三極管呈導(dǎo)通狀態(tài)，燈亮；當(dāng)三極管基極電壓小于導(dǎo)通電壓時，則三極管呈截止?fàn)顟B(tài)，燈熄滅。
[0026]對于電路的電源供給問題，本發(fā)明中的電源單元使用了節(jié)能的鋰電池作為動力源，符合本發(fā)明節(jié)能和小型化的特點。同時對于鋰電池的充電方式采用了輕便的USB接口方案，電源管理芯片為美信公司的MAX1811，MAX1811無須微處理器控制，同時對電池充電電流也可通過邏輯控制電路置為IOOmA或500mA，符合USB的電流標(biāo)準(zhǔn)。芯片自帶的充電狀態(tài)指示功能可通過加入一個狀態(tài)指示燈來判斷當(dāng)前的電池用電狀態(tài)。充電過程中，當(dāng)未達到最高充電電壓時，MAX1811對鋰電池進行恒流充電；達到最高充電電壓時，則對其進行恒壓充電，增強了鋰電池的過壓保護。
[0027]本發(fā)明使用低功耗單片機作為主控處理器，基于Mindwave腦電耳機的數(shù)據(jù)處理算法，提取集中度和冥思度作為燈的控制參量，采用藍牙的短距離無線通信方式來進行腦電信號的采集與LED的智能控制。
[0028]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于腦波控制的智能LED變色燈，其特征在于:包括腦電耳機控制單元、LDE變光單元和用于給所述腦電耳機控制單元和LDE變光單元提供電源的電源單元，所述腦電耳機控制單元包括Mindwave腦電耳機、腦波傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理器模塊、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述LDE變光單元包括包含有控制芯片的信號傳輸處理模塊、LED驅(qū)動模塊、LED變光燈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于腦波控制的智能LED變色燈，其特征在于:所述Mindwave腦電耳機用于接收腦電信號并將接收的腦電信號通過腦波傳感器模塊傳輸給數(shù)據(jù)處理器模塊，所述數(shù)據(jù)處理器模塊用于對腦波傳感器模塊的輸入信號進行干擾濾波以及腦電信號特征的提取，所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊接收經(jīng)數(shù)據(jù)處理器模塊處理后的腦電信號并將該信號傳輸給LDE變光單兀中的信號傳輸處理模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于腦波控制的智能LED變色燈，其特征在于:所述信號傳輸處理模塊，用于接收腦電耳機控制單元傳輸來的腦電信號，提取集中度和冥思度作為燈的控制參量，將處理好的數(shù)據(jù)發(fā)送給LED驅(qū)動模塊，基于信號強弱的不同，LED驅(qū)動模塊驅(qū)動所述LED變光燈發(fā)出不同顏色的光并進行明暗切換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于腦波控制的智能LED變色燈，其特征在于:所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊為藍牙數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述藍牙數(shù)據(jù)傳輸模塊有兩種工作模式，即數(shù)據(jù)傳輸模式和遠程控制模式；數(shù)據(jù)傳輸模式下:LED驅(qū)動模塊與控制芯片串口連接，控制LED變光燈的顏色以及明暗變化；遠程控制模式下:LED驅(qū)動模塊不與控制芯片串口連接，直接通過芯片自帶的I/O 口與LED變光燈相連接，簡單控制LED變光燈的顏色變化但不控制其亮度。
5.—種基于腦波控制的智能LED變色燈的智能控制方法,其特征在于:基于Mindwave腦電耳機的數(shù)據(jù)處理算法，提取集中度和冥思度作為燈的控制參量，采用無線通信方式進行腦電信號的采集與LED變色燈的智能控制，具體包括如下步驟: (1)由Mindwave腦電耳機接收腦電信號并將接收的腦電信號通過腦波傳感器模塊傳輸給數(shù)據(jù)處理器模塊；數(shù)據(jù)處理器模塊對腦波傳感器模塊的輸入信號進行干擾濾波以及腦電信號特征的提取，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊接收經(jīng)數(shù)據(jù)處理器模塊處理后的腦電信號并將該信號傳輸給LDE變光單兀中的信號傳輸處理模塊； (2)信號傳輸處理模塊接收腦電耳機控制單元傳輸來的腦電信號，通過信號處理優(yōu)化算法從提取出所需的控制參數(shù)并轉(zhuǎn)換為實際控制信號，提取集中度和冥思度作為燈的控制參量，將處理好的數(shù)據(jù)發(fā)送給LED驅(qū)動模塊，基于信號強弱的不同，LED驅(qū)動模塊驅(qū)動LED變光燈發(fā)出不同顏色的光并進行明暗切換。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于腦波控制的智能LED變色燈的智能控制方法，其特征在于:所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊為藍牙數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述藍牙數(shù)據(jù)傳輸模塊有兩種工作模式，即數(shù)據(jù)傳輸模式和遠程控制模式；數(shù)據(jù)傳輸模式下:LED驅(qū)動模塊與控制芯片串口連接，控制LED變光燈的顏色以及明暗變化；遠程控制模式下:LED驅(qū)動模塊不與控制芯片串口連接，直接通過芯片自帶的I/O 口與LED變光燈相連接，簡單控制LED變光燈的顏色變化但不控制其亮度。
【文檔編號】A61B5/16GK103428965SQ201310289586
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2013年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月11日
【發(fā)明者】鄒凌, 何可人, 王遠騰, 馬正華 申請人:常州大學(xué)