一種提醒裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種智能穿戴裝置，特別是一種基于頭部生物電信號(hào)采集和頭部動(dòng)作姿態(tài)傳感的具有提醒用戶精神狀態(tài)和頭部姿態(tài)功能的裝置。本實(shí)用新型通過生物電信號(hào)采集模塊和運(yùn)動(dòng)姿態(tài)傳感模塊采集用戶的腦電信號(hào)、眼電信號(hào)、肌電信號(hào)和頭部動(dòng)作姿態(tài)信號(hào)，并用于分析用戶的精神狀態(tài)和頭部姿態(tài)。本實(shí)用新型所述裝置在檢測(cè)到用戶精神狀態(tài)不佳或頭部姿態(tài)不當(dāng)時(shí)，通過觸發(fā)提醒模塊動(dòng)作，可提醒疲勞駕駛的司機(jī)注意休息或提醒自習(xí)的學(xué)生改正頭部姿態(tài)和不良坐姿等。
【專利說明】
一種提醒裝置
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(cè)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(zhǎng)的過程，而這種靠檢測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)電極、參考電極和地電極。所述探測(cè)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(cè)電極用于探測(cè)用戶的生物電信號(hào)，參考電極用于提供參考電勢(shì);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(cè)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(cè)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]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。
[0018]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(cè)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。
[0019]本發(fā)明通過同時(shí)檢測(cè)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(cè)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(cè)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】
[0020]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)。
[0021]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。
[0022]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。
[0023]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】
[0024]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。
[0025]實(shí)施例一:
[0026]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(6冊(cè))，011為參考電極(1^0。
[0027]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008連接。
[0028]本實(shí)施例中，電源模塊004有多種實(shí)現(xiàn)方式:首先，電源模塊可以是可充電紐扣鋰電池和USB充電電路，可以方便地通過USB線連接電腦或者車載充電器等進(jìn)行充電；其次，電源模塊004可以是可更換的電池，電源電量不足時(shí)直接更換電池，方便快捷;第三，電源模塊004還可以是可充電紐扣鋰電池和染料敏化型光伏發(fā)電模塊的組合，通過所述染料敏化型光伏發(fā)電模塊持續(xù)對(duì)所述可充電紐扣鋰電池進(jìn)行充電，可以保證電源的供電。
[0029]本實(shí)施例中，頭環(huán)主機(jī)002內(nèi)側(cè)采用貼合用戶頭部的曲面設(shè)計(jì)，在頭環(huán)主機(jī)的內(nèi)側(cè)設(shè)置有三個(gè)電極，分別為探查電極009，地電極010，參考電極011。
[0030]本實(shí)施例中，頭帶001為寬松緊帶，用戶佩戴時(shí)可以輕松拉開，佩戴后頭帶001收縮使電極009、010、011可以有效和用戶前額接觸。
[0031]本實(shí)施例中，生物電信號(hào)預(yù)處理模塊006從探測(cè)電極009、參考電極011、地電極010獲取用戶前額的原始生物電信號(hào)，進(jìn)行差分放大、濾波、AD轉(zhuǎn)換等預(yù)處理后送入CPU 007，CPU 007對(duì)數(shù)字化的生物電信號(hào)再次處理計(jì)算后判斷是否觸發(fā)提醒模塊008動(dòng)作。
[0032]本實(shí)施例中，所述生物電信號(hào)包括腦電信號(hào)(EEG)、肌電信號(hào)(EMG)、眼電信號(hào)(E0G)，所述腦電信號(hào)包括用戶的專注度與放松度;所述肌電信號(hào)包括用戶的皺眉、咬牙等特征面部動(dòng)作產(chǎn)生的特征肌電信號(hào);所述眼電信號(hào)包括水平眼動(dòng)、眨眼等。其中所述專注度與放松度信號(hào)可以用于用戶精神狀態(tài)的評(píng)估。所述皺眉、咬牙等面部肌電信號(hào)，可以分別用于觸發(fā)和/或關(guān)閉提醒模塊008動(dòng)作。所述水平眼動(dòng)、眨眼頻率和閉眼時(shí)間長(zhǎng)短等眼電信號(hào)，可以評(píng)估用戶的精神狀態(tài)。
[0033]本實(shí)施例中，提醒模塊008為振動(dòng)器或發(fā)聲器，受CPU007控制。CPU 007判斷是否觸發(fā)或關(guān)閉提醒模塊008動(dòng)作的信號(hào)包括上述的腦電信號(hào)(EEG)、肌電信號(hào)(EMG)和眼電信號(hào)(EOG)以及它們的組合。觸發(fā)提醒模塊008動(dòng)作的模式，除了微處理器通過上述信號(hào)判斷出用戶的疲勞狀態(tài)或不恰當(dāng)?shù)念^部姿態(tài)外，還有用戶通過特定動(dòng)作主動(dòng)激發(fā)的方式，比如通過咬牙或連續(xù)眨眼等觸發(fā)提醒模塊動(dòng)作。
[0034]本實(shí)施例中，電極采用親和皮膚的導(dǎo)電材料，具有優(yōu)秀的舒適性和傳感效率，電極的擺放采用Fpl處布置探測(cè)電極009，F(xiàn)p2的兩側(cè)布置地電極010和參考電極011的方式，其中地電極010，可以有效抑制共模干擾，通過差分探測(cè)電極009與參考電極011得到腦電信號(hào)(EEG)，眼電信號(hào)(EOG)，面部肌電信號(hào)(EMG)。
[0035]本實(shí)施例中，生物電信號(hào)預(yù)處理模塊006，接收來自電極的包含腦電、肌電、眼電等多種信號(hào)的生物電信號(hào)，通過差分放大、濾波、去除工頻干擾等預(yù)處理得到載有腦電信號(hào)(EEG)、面部肌電信號(hào)(EMG)、眼電信號(hào)(EOG)的可用波形信號(hào)，并最終通過處理和計(jì)算此可用的波形信號(hào)來判斷是否觸發(fā)提醒模塊008動(dòng)作。
[0036]實(shí)施例二:
[0037]圖3所示為實(shí)施例二的一種精神狀態(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，本實(shí)施例在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上增加了九軸傳感器模塊005。
[0038]本實(shí)施例中，CPU007分別與電源模塊004、九軸傳感器模塊005、生物電信號(hào)預(yù)處理模塊006、提醒模塊008連接。
[0039]本實(shí)施例中，所述九軸傳感器模塊005包含三軸陀螺儀、三軸加速度計(jì)和三軸磁力
i+o
[0040]本實(shí)施例中，九軸傳感器模塊005監(jiān)測(cè)用戶頭部的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和姿態(tài)，并通過CPU007對(duì)九軸傳感器所測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并判斷是否觸發(fā)和/或關(guān)閉提醒模塊008動(dòng)作。
[0041]本實(shí)施例中，提醒模塊008為振動(dòng)器或發(fā)聲器，受CPU007控制。CPU 007判斷是否觸發(fā)或關(guān)閉提醒模塊008動(dòng)作的信號(hào)包括上述的腦電信號(hào)(EEG)、肌電信號(hào)(EMG)、眼電信號(hào)(EOG)和頭部動(dòng)作姿態(tài)信號(hào)以及它們的組合。觸發(fā)提醒模塊008動(dòng)作的模式，除了微處理器通過上述信號(hào)判斷出用戶的疲勞狀態(tài)或不恰當(dāng)?shù)念^部姿態(tài)外，還有用戶通過特定動(dòng)作主動(dòng)激發(fā)的方式，比如通過咬牙或連續(xù)搖頭等觸發(fā)提醒模塊動(dòng)作。
[0042]本實(shí)施例中，通過九軸傳感器005傳感用戶頭部的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、姿態(tài)等信息，并將此信息經(jīng)過CPU 007處理計(jì)算后用于判斷是否觸發(fā)或關(guān)閉提醒模塊008動(dòng)作。
[0043]實(shí)施例三:
[0044]如圖3所示為本實(shí)施例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，圖中201為耳機(jī)頭帶，202為右耳喇叭，203為主機(jī)，204為右耳海綿套，205為左耳海綿套，206為探測(cè)電極，207為參考電極，208為地電極。其中主機(jī)203中包含電源模塊，九軸傳感器模塊，生物電信號(hào)預(yù)處理模塊，微處理器，提醒模塊和左耳喇叭。
[0045]本實(shí)施例在傳感和提醒模塊上與實(shí)施例一的電氣結(jié)構(gòu)和原理是一致的，不同點(diǎn)在于，電路方面，本實(shí)施例多了一套傳統(tǒng)的耳機(jī)電路。電極位置方面，探查電極206從耳機(jī)頭帶201引到用戶前額，參考電極207和地電極208固定在左耳海綿套205上，用戶佩戴時(shí)可以有效地壓在用戶耳部周圍的皮膚上。
[0046]上述實(shí)施例僅為本發(fā)明所述的一種精神狀態(tài)和頭部姿態(tài)提醒裝置的部分優(yōu)選實(shí)施方式，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，都可以在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的情況下，在本發(fā)明公開的范圍內(nèi)得到其它的實(shí)施方式，因此，上述實(shí)施例并不對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍形成限制，本發(fā)明的實(shí)際保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)力要求書為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種精神狀態(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； 其中，所述CPU、生物電信號(hào)傳感模塊、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； 其中，CPU接收和計(jì)算所述生物電信號(hào)傳感模塊的數(shù)據(jù)并判斷是否觸發(fā)和關(guān)閉提醒模塊動(dòng)作。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種精神狀態(tài)提醒裝置，其特征為，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； 所述電極包括探測(cè)電極、參考電極和地電極，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，所述探測(cè)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，所述生物電信號(hào)預(yù)處理模塊對(duì)所述探測(cè)電極和參考電極之間的信號(hào)進(jìn)行差分放大、濾波以及AD轉(zhuǎn)換。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種精神狀態(tài)提醒裝置，其特征為，所述可穿戴載體為頭環(huán)，所述頭環(huán)上的探測(cè)電極位于用戶前額，所述參考電極和地電極分別分布在用戶前額遠(yuǎn)離探測(cè)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。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種精神狀態(tài)提醒裝置，其特征為，所述可穿戴載體為頭戴式耳機(jī)，所述探測(cè)電極從耳機(jī)頭帶引到用戶前額、所述參考電極、地電極分別分布在耳機(jī)一側(cè)的海綿套上。5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的一種精神狀態(tài)提醒裝置，其特征為，所述提醒模塊包括震動(dòng)器和/或發(fā)聲器。6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的一種精神狀態(tài)提醒裝置，其特征為，所述電源模塊為可充電電池與USB充電電路的組合或?yàn)榭沙潆婋姵嘏c發(fā)電模塊的組合或?yàn)榭筛鼡Q電池； 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。7.—種精神狀態(tài)和頭部動(dòng)作姿態(tài)提醒裝置，包括權(quán)利要求1?6中任意一項(xiàng)所述的一種精神狀態(tài)提醒裝置，其特征在于，所述的精神狀態(tài)和頭部動(dòng)作姿態(tài)提醒裝置中還設(shè)置有動(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。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種精神狀態(tài)和頭部動(dòng)作姿態(tài)提醒裝置，其特征為，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計(jì)的動(dòng)作姿態(tài)傳感器。
【文檔編號(hào)】G08B21/24GK205625923SQ201620039066
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年1月17日
【發(fā)明人】仲佳, 魯呈虎, 錢源
【申請(qǐng)人】仲佳, 魯呈虎