一種提醒裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種智能穿戴設(shè)備，特別是一種基于頭部生物電信號(hào)的具有提醒用戶精神狀態(tài)功能的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在日常的快節(jié)奏的學(xué)習(xí)和工作中，人們往往無暇顧及超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的身體處于什么樣的狀態(tài)，而身體狀態(tài)不佳的時(shí)候往往會(huì)更加容易犯錯(cuò)誤，而這些錯(cuò)誤往往會(huì)給自己或他人帶來意想不到的巨大損失。例如，高速公路上10.64%的車禍起因是疲勞駕駛，甚至還有越來越多的出租車司機(jī)和公交司機(jī)因?yàn)檫^度疲勞在開車途中猝死或昏迷。
[0003]目前已經(jīng)出現(xiàn)了多款具有疲勞提醒功能的裝置。除了有些汽車上配備的復(fù)雜昂貴的疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)，還有一款名為Wakeman針對(duì)駕駛員的疲勞提醒頭環(huán)。Wakeman頭環(huán)采用的主要技術(shù)是，九軸傳感器感應(yīng)司機(jī)用戶是否低頭，如果檢測到用戶低頭了，就通過震動(dòng)電機(jī)提醒司機(jī)抬頭看路。我們需要注意的是，司機(jī)從疲勞到注意力下降再到低頭瞌睡是一個(gè)很長的過程，而這種靠檢測到用戶低頭了才提醒的裝置，會(huì)使司機(jī)用戶在低頭瞌睡以前的注意力下降階段一直處于疲勞駕駛的危險(xiǎn)中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種在檢測到用戶處于疲勞狀態(tài)時(shí)就發(fā)出提醒信號(hào)的一種基于頭部生物電信號(hào)的精神狀態(tài)提醒裝置，其特征包括:生物電信號(hào)傳感模塊、CPU、提醒模塊、電源模塊和可穿戴載體。
[0005]其中，所述生物電信號(hào)傳感模塊、CPU、提醒模塊和電源模塊電氣連接，并與可穿戴載體機(jī)械固定成為一體。
[0006]其中，所述CPU接收和處理來自所述生物電信號(hào)傳感模塊的信號(hào)，并經(jīng)過計(jì)算處理判斷是否需要觸發(fā)和關(guān)閉提醒模塊動(dòng)作。
[0007]其中，所述生物電信號(hào)傳感模塊用于采集和預(yù)處理用戶頭部的生物電信號(hào)，所述預(yù)處理包括差分放大、濾波、抑制工頻干擾、AD轉(zhuǎn)換等，其中所述AD轉(zhuǎn)換也可以在含有AD模塊的CPU中進(jìn)行。
[0008]其中，所述生物電信號(hào)傳感模塊包括電極和生物電信號(hào)預(yù)處理模塊。所述電極為與人體皮膚接觸的電極，用于探測人體皮膚表面的生物電信號(hào);優(yōu)選的，所述生物電信號(hào)預(yù)處理模塊用于對(duì)電極送來的信號(hào)進(jìn)行差分放大、濾波、抑制工頻干擾以及AD轉(zhuǎn)換等。
[0009]其中，所述腦電信號(hào)(EEG)，包括專注度與放松度，所述專注度與放松度為用戶大腦的專注與放松狀態(tài)反映在生物電信號(hào)上的數(shù)據(jù);通過采集和分析用戶的腦電信號(hào)(EEG)的同時(shí)還可以獲悉所述眼電信號(hào)(EOG)和肌電信號(hào)(EMG)，即眨眼、水平眼動(dòng)、咬牙、皺眉等眼部和面部動(dòng)作反映出的生物電信號(hào)。
[0010]優(yōu)選的，所述電極包括探測電極、參考電極和地電極。所述探測電極和參考電極連接所述生物電信號(hào)預(yù)處理模塊的信號(hào)輸入端，其中探測電極用于探測用戶的生物電信號(hào)，參考電極用于提供參考電勢;所述地電極與所述生物電信號(hào)預(yù)處理模塊的對(duì)消電路輸出端連接，用于有效抑制工頻干擾。
[0011]優(yōu)選的，所述可穿戴載體可以設(shè)計(jì)為頭環(huán)，所述頭環(huán)上的探測電極的位置為用戶的前額，優(yōu)選國際腦電圖學(xué)會(huì)標(biāo)定的10/20電極導(dǎo)聯(lián)定位標(biāo)準(zhǔn)中的Fpl和Fp2中的任何一個(gè)；參考電極和地電極分別位于用戶前額遠(yuǎn)離探測電極的一側(cè)或位于用戶的耳后乳突或通過耳夾夾在用戶的耳垂上。
[0012]優(yōu)選的，所述可穿戴載體還可以設(shè)計(jì)為頭戴式耳機(jī)、帽子或頭盔等。
[0013]優(yōu)選的，所述提醒模塊包括振動(dòng)器和/或發(fā)聲器。所述振動(dòng)器和/或所述發(fā)聲器都受所述CPU控制，由CPU根據(jù)計(jì)算出的用戶狀態(tài)或意圖決定是否觸發(fā)或停止所述振動(dòng)器和/或所述發(fā)聲器動(dòng)作。
[0014]優(yōu)選的，所述電源模塊包括可充電電池和充電電路，優(yōu)選的，所述可充電電池為鋰電池，所述充電電路為USB充電電路。
[0015]優(yōu)選的，所述電源模塊為可更換電池，通過快速更換電池可以節(jié)省本發(fā)明所述裝置在線充電的時(shí)間。
[0016]優(yōu)選的，所述電源模塊包括可充電電池和發(fā)電模塊，其中所述發(fā)電模塊包括光伏發(fā)電模塊和/或溫差發(fā)電模塊。其中，優(yōu)選的，所述光伏發(fā)電模塊為在光線不夠充足的環(huán)境下也能高效發(fā)電的染料敏化型光伏發(fā)電模塊，使得用戶在佩戴本發(fā)明所述裝置時(shí)可以隨時(shí)充電。所述溫差發(fā)電模塊在人體表面溫度與環(huán)境溫差大的時(shí)候也可以為所述可充電電池充電。
[0017]基于上述精神狀態(tài)提醒裝置的一種精神狀態(tài)提醒方法，其特征為，包括如下步驟:
a.通過位于用戶前額的探測電極和分別位于用戶前額遠(yuǎn)離探測電極的一側(cè)或在用戶的耳后乳突附近或通過耳夾夾在用戶耳垂上的參考電極和地電極，采集用戶頭部的生物電信號(hào)；
b.生物電信號(hào)預(yù)處理模塊對(duì)步驟a中得到的生物電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、抑制工頻干擾等初步處理；
c.AD轉(zhuǎn)換模塊對(duì)經(jīng)過步驟b處理后的信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，并將數(shù)字化的信號(hào)傳給CPU進(jìn)行處理；
d.CPU中的數(shù)字信號(hào)預(yù)處理模塊對(duì)AD轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行去基線漂移和工頻陷波；
e.CPU中的特征信號(hào)提取模塊從步驟d處理后的信號(hào)中提取腦電信號(hào)、眼電信號(hào)和肌電信號(hào)，供特征信號(hào)處理模塊處理；
f.分別對(duì)腦電信號(hào)、眼電信號(hào)和肌電信號(hào)進(jìn)行處理計(jì)算并判斷用戶的精神狀態(tài)和動(dòng)作意圖；
g.根據(jù)步驟f中得到的用戶精神狀態(tài)和動(dòng)作意圖判斷是否觸發(fā)和關(guān)閉提醒模塊動(dòng)作。
[0018]所述步驟f中的動(dòng)作意圖包括的動(dòng)作有面部肌肉動(dòng)作和眼部動(dòng)作。例如，可以將快速連續(xù)眨眼、連續(xù)水平眼動(dòng)、咬牙或者皺眉等設(shè)置為啟動(dòng)或提醒模塊動(dòng)作，當(dāng)通過對(duì)眼電信號(hào)和肌電信號(hào)進(jìn)行處理和計(jì)算，檢測到用戶的上述動(dòng)作時(shí)，判斷用戶的動(dòng)作意圖為啟動(dòng)或關(guān)閉提醒模塊動(dòng)作。
[0019]本發(fā)明的另一方案是，提供一種具有精神狀態(tài)和頭部動(dòng)作姿態(tài)提醒功能的裝置，其特征在于，在上述精神狀態(tài)提醒裝置的基礎(chǔ)上，增加動(dòng)作姿態(tài)傳感模塊，所述動(dòng)作姿態(tài)傳感模塊與所述CPU連接，所述CPU接收和計(jì)算所述生物電信號(hào)傳感模塊和所述動(dòng)作姿態(tài)傳感模塊的數(shù)據(jù)并判斷是否觸發(fā)和關(guān)閉所述提醒模塊動(dòng)作。
[0020]其中，所述動(dòng)作姿態(tài)傳感模塊為包含三軸陀螺儀和三軸加速度器的動(dòng)作姿態(tài)傳感器，優(yōu)選的，所述動(dòng)作姿態(tài)傳感模塊可以為九軸傳感器，所述九軸傳感器能夠檢測用戶的頭部姿態(tài)數(shù)據(jù)和頭部運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。所述頭部姿態(tài)數(shù)據(jù)和頭部運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，不僅可以判斷用戶的頭部姿態(tài)和動(dòng)作，還可以輔助腦電信號(hào)(EEG)、眼電信號(hào)(EOG)和肌電信號(hào)(EMG)判斷用戶的精神狀態(tài)或意圖。
[0021]基于上述具有精神狀態(tài)和頭部動(dòng)作姿態(tài)提醒功能的裝置的一種精神狀態(tài)和頭部動(dòng)作姿態(tài)提醒方法，其特征在于，包括如下步驟:
a.通過位于用戶前額的探測電極和分別位于用戶前額遠(yuǎn)離探測電極的一側(cè)或在用戶的耳后乳突附近或通過耳夾夾在用戶耳垂上的參考電極和地電極，采集用戶頭部的生物電信號(hào);通過動(dòng)作姿態(tài)傳感器采集用戶頭部的動(dòng)作姿態(tài)信號(hào)以及位移數(shù)據(jù)；
b.生物電信號(hào)預(yù)處理模塊對(duì)步驟a中得到的生物電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、抑制工頻干擾等初步處理；
c.AD轉(zhuǎn)換模塊對(duì)經(jīng)過步驟b處理后的信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，并將數(shù)字化的信號(hào)傳給CPU進(jìn)行處理；
d.CPU中的數(shù)字信號(hào)預(yù)處理模塊對(duì)AD轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行去基線漂移和工頻陷波；
e.CPU中的特征信號(hào)提取模塊從步驟d處理后的信號(hào)中提取腦電信號(hào)、眼電信號(hào)和肌電信號(hào)，供特征信號(hào)處理模塊處理；
f.分別對(duì)腦電信號(hào)、眼電信號(hào)和肌電信號(hào)進(jìn)行處理并結(jié)合頭部動(dòng)作姿態(tài)信號(hào)判斷用戶的精神狀態(tài)、頭部動(dòng)作姿態(tài)和用戶的動(dòng)作意圖；
g.根據(jù)步驟f中得到的用戶精神狀態(tài)、頭部動(dòng)作姿態(tài)和用戶的動(dòng)作意圖判斷是否觸發(fā)和關(guān)閉提醒t吳塊動(dòng)作。
[0022]所述步驟f中的動(dòng)作意圖包括的動(dòng)作有面部肌肉動(dòng)作、眼部動(dòng)作和頭部姿態(tài)動(dòng)作。例如，可以將快速連續(xù)眨眼、連續(xù)水平眼動(dòng)、咬牙、皺眉或者連續(xù)搖頭等設(shè)置為啟動(dòng)或提醒模塊動(dòng)作，當(dāng)通過對(duì)眼電信號(hào)、肌電信號(hào)和頭部動(dòng)作姿態(tài)信號(hào)進(jìn)行處理和計(jì)算，檢測到用戶的上述動(dòng)作時(shí)，判斷用戶的動(dòng)作意圖為啟動(dòng)或關(guān)閉提醒模塊動(dòng)作。
[0023]本發(fā)明通過同時(shí)檢測用戶的腦電波數(shù)據(jù)、眼電數(shù)據(jù)、肌電數(shù)據(jù)，分析用戶的精神狀態(tài)，相比現(xiàn)有的疲勞提醒頭環(huán)產(chǎn)品，采用多種參數(shù)結(jié)合的方式，可以更早更準(zhǔn)確地做出判斷，讓用戶避免在注意力不集中和半瞌睡的狀態(tài)下開車或做其它工作。本發(fā)明的另一技術(shù)方案通過檢測頭部動(dòng)作姿態(tài)數(shù)據(jù)，可以更加準(zhǔn)確快速地判斷用戶精神狀態(tài)和意圖，同時(shí)還具有姿態(tài)提醒功能，如佩戴者是學(xué)生，則可以通過姿態(tài)傳感器及時(shí)提醒其糾正歪頭、隊(duì)桌子等不當(dāng)?shù)淖恕１景l(fā)明還可以通過檢測用戶的眼電信號(hào)、肌電信號(hào)和頭部動(dòng)作姿態(tài)信號(hào)來判斷用戶的意圖，可以方便地觸發(fā)和關(guān)閉提醒模塊動(dòng)作。
【附圖說明】
[0024]圖1:國際腦電圖學(xué)會(huì)標(biāo)定的10?20電極導(dǎo)聯(lián)定位標(biāo)準(zhǔn)。
[0025]圖2:本發(fā)明所述的一種精神狀態(tài)提醒裝置的一種頭環(huán)式優(yōu)選實(shí)施方式基本結(jié)構(gòu)圖。
[0026]圖3:本發(fā)明所述的一種精神狀態(tài)和頭部姿態(tài)提醒裝置的一種頭環(huán)式優(yōu)選實(shí)施方式基本結(jié)構(gòu)圖。
[0027]圖4:本發(fā)明所述的一種精神狀態(tài)和頭部姿態(tài)提醒裝置的一種耳機(jī)式優(yōu)選實(shí)施方式外觀基本結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠更加清楚地理解本發(fā)明的內(nèi)容，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。在無特別說明的情況下，下述實(shí)施例所涉及的附圖中，編號(hào)一致的特征為相同或相應(yīng)的技術(shù)特征。
[0029]實(shí)施例一:
圖2所示為實(shí)施例一的一種精神狀態(tài)提醒裝置的一種頭環(huán)式優(yōu)選實(shí)施方式基本結(jié)構(gòu)圖，其中001為頭帶，002為頭環(huán)主機(jī)，頭環(huán)主機(jī)002中的003為主機(jī)線路板，004為電源模塊，006為生物電信號(hào)預(yù)處理模塊，007為CPU，008為提醒模塊，009為探查電極，010為地電極(GND)，011為參考電極(REF)。
[0030]本實(shí)施例中，CPU007分別與電源模塊004、生物電信號(hào)預(yù)處理模塊006、提醒模塊00