本發(fā)明涉及生理檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種兒童生理參數(shù)采集與情緒檢測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

情緒是我們智力的基礎(chǔ)，也是人類道德與尊嚴(yán)的基礎(chǔ)。隨著認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與情感神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展，越來(lái)越多的證據(jù)表明，情緒是推理和判斷過(guò)程中必不可少的一部分，并對(duì)各個(gè)成長(zhǎng)時(shí)期的學(xué)習(xí)和記憶過(guò)程產(chǎn)生重要的影響。其中兒童時(shí)期的情緒變化尤為重要，在成長(zhǎng)過(guò)程中若沒(méi)有得到正確的心理指引和情緒上的關(guān)注，可能導(dǎo)致其在青少年時(shí)期的自閉、自卑和逆反心理。因此，我們提倡情緒監(jiān)督要從兒童時(shí)期做起。雖然情緒是一種主觀意識(shí)，但情緒狀態(tài)的變化總會(huì)伴隨一定的生理變化，因而，我們可以從生理參數(shù)的角度，以兒童作為檢測(cè)對(duì)象，用一套客觀的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)研究情緒狀態(tài)。

情緒活動(dòng)的主要生理指標(biāo)有：

①皮膚電反應(yīng)：其機(jī)理是情緒狀態(tài)在變化時(shí)，皮膚內(nèi)血管的舒張和收縮以及汗腺分泌等變化，能引起皮膚電阻的變化。皮膚電反應(yīng)儀就是以此來(lái)測(cè)量植物神經(jīng)系統(tǒng)的情緒反應(yīng)。

②循環(huán)系統(tǒng)指標(biāo)（如心電、血管容積、血壓等）：心電（脈搏）是情緒反應(yīng)的良好生理指標(biāo)之一，在滿意和愉快時(shí)，心跳正常；而處于緊張、恐懼或暴怒狀態(tài)時(shí)，心跳加速。血管容積的變化是由自主神經(jīng)系統(tǒng)控制動(dòng)脈壁平滑肌收縮和舒張所造成的，即由局部血管收縮和舒張引起的。人的某些情緒狀態(tài)如緊張的腦力工作、生氣、害怕、新異刺激等，都可以引起皮膚血管的收縮；當(dāng)人感到為難或羞恥時(shí)，會(huì)引起皮膚血管的舒張。血壓變化是和血管容積相關(guān)聯(lián)的，都反映了循環(huán)系統(tǒng)的活動(dòng)情況有著近似的生理機(jī)制。

③呼吸：隨著情緒狀態(tài)的變化，呼吸系統(tǒng)的活動(dòng)在速度和深度上會(huì)有所改變。對(duì)劇痛的情緒反應(yīng)往往會(huì)使呼吸加深加快；突然驚恐時(shí)，呼吸會(huì)發(fā)生臨時(shí)中斷；狂喜或悲痛時(shí)，會(huì)發(fā)生呼吸痙攣現(xiàn)象。

④語(yǔ)音：其原理是人的發(fā)音器官在氣流通過(guò)時(shí)，因氣流對(duì)發(fā)聲管道的碰撞而發(fā)出輕微的顫動(dòng)。人處于緊張情緒狀態(tài)時(shí)，發(fā)音器官的正常顫動(dòng)被抑制。人說(shuō)話時(shí)，其發(fā)音的顫動(dòng)不能人為地隨意加以控制（能夠捕捉真實(shí)的情緒變化）。但是這種方法目前已漸漸被淘汰，取而代之的是一種更先進(jìn)的計(jì)算機(jī)識(shí)別模式。它運(yùn)用混合高斯模型法(GMM)、主元分析方法(PCA)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法(ANN)進(jìn)行語(yǔ)音情感的分析和識(shí)別，主要是通過(guò)分析語(yǔ)音信號(hào)中的語(yǔ)速、基音的均值、基音的變化范圍、強(qiáng)度、基音的平均變化率與第一共振峰的均值和變化范圍等參數(shù)來(lái)識(shí)別情感。

⑤腦電波

⑥其他生理指標(biāo)（如體溫、血氧等）。

現(xiàn)有的生理參數(shù)檢測(cè)儀大多是針對(duì)醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用，一般放置于醫(yī)院中用于了解患者的身體狀況。此外，這些儀器體積龐大，傳感器佩戴復(fù)雜，不方便攜帶和使用。本發(fā)明針對(duì)的應(yīng)用是情緒相關(guān)的研究，可以準(zhǔn)確的測(cè)量情緒相關(guān)生理參數(shù)，具有攜帶佩戴方便，低功耗可以長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)，使用方便易操作等特點(diǎn)。適用于情緒分析，心理分析，智力及潛能等方面的研究，也適用于家用和個(gè)人用途。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種兒童生理參數(shù)采集與情緒檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)記錄伴隨情緒發(fā)生的生理變化，如心電、血管收縮、皮膚電反應(yīng)等活動(dòng)，對(duì)兒童情緒狀態(tài)與認(rèn)知活動(dòng)進(jìn)行觀察與研究，了解他們的發(fā)育水平和個(gè)體差異，幫助他們正確處理情感交流和智力發(fā)育過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題。

本發(fā)明提供了一種兒童生理參數(shù)采集與情緒檢測(cè)系統(tǒng)，包括：數(shù)據(jù)采集模塊、信號(hào)處理模塊和數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，其中數(shù)據(jù)采集模塊包括由生物識(shí)別傳感器、皮膚傳導(dǎo)值傳感器、心電信號(hào)檢測(cè)傳感器、濾波放大模塊、A/D 轉(zhuǎn)換模塊電源模塊、皮膚溫度測(cè)量模塊、皮膚電阻測(cè)量模塊、脈搏測(cè)量模塊、顯示模塊、采集控制模塊、可測(cè)量血氧、壓力和葡萄糖水平的光譜傳感器、用來(lái)測(cè)定汗水水平和pH值的膚電反應(yīng)傳感器、紫外線指數(shù)傳感器；其中生物識(shí)別傳感器中包括加速度計(jì)、陀螺儀、磁強(qiáng)計(jì)、壓力傳感器、；皮膚溫度測(cè)量模塊、皮膚電阻測(cè)量模塊、脈搏測(cè)量模塊、顯示模塊分別與采集控制模塊相連，數(shù)據(jù)收發(fā)模塊連接：數(shù)據(jù)采集模塊和信號(hào)處理模塊。

所述的皮膚溫度測(cè)量模塊電路可以準(zhǔn)確的測(cè)量皮膚溫度。電路由熱電偶、一個(gè)熱電偶調(diào)理芯U、一個(gè)運(yùn)放U和電阻電容組成。所述的皮膚電阻測(cè)量模塊可以測(cè)量皮膚電反應(yīng)。正弦信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生頻率為75hz，幅值為300mv 的正弦波，該正弦信號(hào)輸出至電極，電極另一端的信號(hào)經(jīng)過(guò)電流- 電壓轉(zhuǎn)化，并經(jīng)過(guò)濾波和放大，送至采集和控制系統(tǒng)。該模塊中存在一個(gè)反饋的系統(tǒng)，由于皮膚電阻隨個(gè)體的不同而差異較大，反饋系統(tǒng)可以保證皮膚電阻測(cè)量系統(tǒng)的輸出在一個(gè)合適的范圍內(nèi)?？梢赃m用于不同的被試。

所述的脈搏測(cè)量電路傳感器采用的是偏氟乙烯（PVDF）材料對(duì)橈動(dòng)脈脈搏波進(jìn)行檢測(cè)，具有檢測(cè)靈敏度高，穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。

所述的測(cè)量控制模塊電路由晶振電路，處理器芯片構(gòu)成。

所述的信號(hào)處理模塊包括脈搏波，皮膚電阻，皮膚溫度信號(hào)的實(shí)時(shí)顯示，在線定時(shí)長(zhǎng)存儲(chǔ)，和數(shù)據(jù)的回放；皮膚電導(dǎo)基線調(diào)整命令的發(fā)送。

所述的信號(hào)處理模塊通過(guò)藍(lán)牙接收到下位機(jī)的數(shù)據(jù)后，進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)等操作，也可以根據(jù)需求對(duì)皮膚電導(dǎo)基線進(jìn)行調(diào)整，也可以對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行回放。

所述的皮膚電阻測(cè)量模塊包括順次相連的正弦信號(hào)發(fā)生器、電極、電流- 電壓轉(zhuǎn)化模塊、濾波和放大模塊；濾波和放大模塊與采集和控制系統(tǒng)相連并構(gòu)成反饋系統(tǒng)。

所述的信號(hào)處理模塊包括脈搏波，皮膚電阻，皮膚溫度信號(hào)的實(shí)時(shí)顯示，在線定時(shí)長(zhǎng)存儲(chǔ)，和數(shù)據(jù)的回放；皮膚電導(dǎo)基線調(diào)整命令的發(fā)送。

一種兒童生理參數(shù)采集與情緒檢測(cè)系統(tǒng)，步驟如下：

1）記錄被試的年齡、性別和健康狀況基本信息；

2）用繃帶將脈搏波傳感器固定在被試的橈動(dòng)脈出，將皮膚電阻電極固定在被試食指和中指的第一關(guān)節(jié)處，用繃帶將皮膚溫度傳感器固定在被試的額頭部位；

3）給予被試刺激，或者給予被試一些任務(wù)，在這個(gè)過(guò)程中檢測(cè)上位機(jī)分析系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示并保存被試三個(gè)生理參數(shù)的響應(yīng)曲線；

4）對(duì)保存的數(shù)據(jù)進(jìn)行脈率的計(jì)算，波形的微分，求平均值處理。

本發(fā)明的有益效果是，可以準(zhǔn)確的測(cè)量情緒相關(guān)生理參數(shù)，具有攜帶佩戴方便，低功耗可以長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)，使用方便易操作等特點(diǎn)。適用于情緒分析，心理分析，智力及潛能等現(xiàn)場(chǎng)評(píng)定。

具體實(shí)施方式

下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明提供了一種兒童生理參數(shù)采集與情緒檢測(cè)系統(tǒng)，包括：數(shù)據(jù)采集模塊、信號(hào)處理模塊和數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，其中數(shù)據(jù)采集模塊包括由生物識(shí)別傳感器、皮膚傳導(dǎo)值傳感器、心電信號(hào)檢測(cè)傳感器、濾波放大模塊、A/D 轉(zhuǎn)換模塊電源模塊、皮膚溫度測(cè)量模塊、皮膚電阻測(cè)量模塊、脈搏測(cè)量模塊、顯示模塊、采集控制模塊、可測(cè)量血氧、壓力和葡萄糖水平的光譜傳感器、用來(lái)測(cè)定汗水水平和pH值的膚電反應(yīng)傳感器、紫外線指數(shù)傳感器；其中生物識(shí)別傳感器中包括加速度計(jì)、陀螺儀、磁強(qiáng)計(jì)、壓力傳感器、；皮膚溫度測(cè)量模塊、皮膚電阻測(cè)量模塊、脈搏測(cè)量模塊、顯示模塊分別與采集控制模塊相連，數(shù)據(jù)收發(fā)模塊連接：數(shù)據(jù)采集模塊和信號(hào)處理模塊。

所述的皮膚溫度測(cè)量模塊電路可以準(zhǔn)確的測(cè)量皮膚溫度。電路由熱電偶、一個(gè)熱電偶調(diào)理芯U、一個(gè)運(yùn)放U和電阻電容組成。所述的皮膚電阻測(cè)量模塊可以測(cè)量皮膚電反應(yīng)。正弦信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生頻率為75hz，幅值為300mv 的正弦波，該正弦信號(hào)輸出至電極，電極另一端的信號(hào)經(jīng)過(guò)電流- 電壓轉(zhuǎn)化，并經(jīng)過(guò)濾波和放大，送至采集和控制系統(tǒng)。該模塊中存在一個(gè)反饋的系統(tǒng)，由于皮膚電阻隨個(gè)體的不同而差異較大，反饋系統(tǒng)可以保證皮膚電阻測(cè)量系統(tǒng)的輸出在一個(gè)合適的范圍內(nèi)?？梢赃m用于不同的被試。

所述的脈搏測(cè)量電路傳感器采用的是偏氟乙烯（PVDF）材料對(duì)橈動(dòng)脈脈搏波進(jìn)行檢測(cè)，具有檢測(cè)靈敏度高，穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。

所述的測(cè)量控制模塊電路由晶振電路，處理器芯片構(gòu)成。

所述的信號(hào)處理模塊包括脈搏波，皮膚電阻，皮膚溫度信號(hào)的實(shí)時(shí)顯示，在線定時(shí)長(zhǎng)存儲(chǔ)，和數(shù)據(jù)的回放；皮膚電導(dǎo)基線調(diào)整命令的發(fā)送。上位機(jī)程序通過(guò)藍(lán)牙接收到下位機(jī)的數(shù)據(jù)后，進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)等操作，也可以根據(jù)需求對(duì)皮膚電導(dǎo)基線進(jìn)行調(diào)整，也可以對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行回放。

本發(fā)明可用于實(shí)際的情緒相關(guān)生理參數(shù)的檢測(cè)，檢測(cè)過(guò)程如下：

1) 記錄被試的年齡、性別和健康狀況等基本信息；

2) 用繃帶將脈搏波傳感器固定在被試的橈動(dòng)脈出，將皮膚電阻電極固定在被試食指和中指的第一關(guān)節(jié)處，用繃帶將皮膚溫度傳感器固定在被試的額頭部位。根據(jù)信號(hào)的狀況進(jìn)行一些調(diào)整；

3) 給予被試刺激，或者給予被試一些任務(wù)。在這個(gè)過(guò)程中檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示并保存被試三個(gè)生理參數(shù)的響應(yīng)曲線。

工作過(guò)程：系統(tǒng)根據(jù)生理信號(hào)相互融合來(lái)做出情緒識(shí)別，設(shè)計(jì)采用AD7656 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，該芯片有6 個(gè)獨(dú)立的ADC 進(jìn)行并行采樣，吞吐率可達(dá)250 kbps。MCU獲得AD 數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通信模塊，在上位機(jī)用小波變換提取了生理信號(hào)的特征，再通過(guò)Fisher 和Bayes 判斷識(shí)別出當(dāng)前情緒。情緒被上位機(jī)識(shí)別后，當(dāng)前的情緒值也會(huì)通過(guò)無(wú)線傳遞到下位機(jī)的數(shù)據(jù)后，進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)等操作，也可以根據(jù)需求對(duì)皮膚電導(dǎo)基線進(jìn)行調(diào)整，也可以對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行回放，無(wú)線通信模塊選用Zigbee，其高達(dá)250 kbps的傳輸率可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理。