[发明专利]基于脑-机接口与Zigbee的智能家居系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于脑-机接口与Zigbee的智能家居系统及控制方法。特别是涉及一种仅通过脑电信号控制家智能家居的方法，为肢体障碍的残疾人提供了一种与外界交流的方法。

背景技术

近几年，脑-机接口已经由实验室阶段逐渐面向应用，特别是在控制领域里作为一项新的技术正在被广泛的开发，如利用脑电信号控制太空机器人、智能轮椅等。因其不需要肢体动作仅依靠生物电信号就可达成对指定设备的控制被广泛引入到许多特殊环境作业的领域，带来了巨大的便携，也为许多应用领域的难题提出了新的解决技术方案。

基于脑-机接口与Zigbee的智能家居系统及控制方法是利用视觉刺激器诱发人脑产生特定的脑电信号实现人对外界家居环境的控制与交流的方法。它仅仅依靠人的视觉和脑电信号作为传输媒介，实现人脑对外界设备的控制和交流。这种方法对残疾人的康复生活起到了很大的帮助，减少了医护人员和家属的护理工作量，帮助肢体残疾人独立的生活，提高他们的生活质量和给予他们享受生活的权利。

稳态视觉诱发电位作为人机交互系统的常用输入信号具有高信息传输率、较短训练时间和特征易于提取等优点，且仅需要位于枕叶皮层位置少数几个电极的信号就可提取。基于脑机接口的智能家居技术，是在传统的智能家居基础上，把脑-机接口技术引入其中，为助残和娱乐方便生活提出一种全新的解决途径。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种脑电控制智能家居系统的方法，达到无需肢体动作仅利用稳态视觉诱发电位控制智能家居的系统。

本发明所采用的技术方案是，基于脑-机接口与Zigbee的智能家居系统及控制方法，包括有依次串联连接的信号采集模块、脑电处理模块、显示模块、无线传感器网络组成的智能家居控制器和家居设备，以及通过视觉刺激来使大脑产生脑电信号的视觉刺激器模块，所述的显示模块也通过视觉向受试者反馈所采集到的脑电信号。

所述的信号采集模块包括有与人脑部连接的头皮电极和两个耳电极，以及前置放大器、工频陷波电路、滤波电路、后置放大器和A/D转换模块。所述的信号采集模块的输出端连接脑电处理模块输入端。

所述的脑电处理模块搭建在LabVIEW软件上，包括如下步骤：

i)从信号采集模块采集数据，并进行存储；

ii)判断采样时间是否大于设定的时间，不是，继续进行数据存储；

iii)判断采样时间大于设定的时间，读取数据；

iv)处理存放的数据，使用通带范围为10-20Hz、阻带衰减为60dB、通带波纹1dB的带通滤波器进行滤波去噪；

v)将滤波后的数据用功率谱估计进行特征提取。计算采集到的脑电信号的功率谱，提取出最大功率对应的频率值作为特征值，利用模板匹配的方法转将其换成控制信号；

vi)根据处理结果找出人脑所发出的指令，并显示在显示模块上；

Vii)利用串口通信将模板匹配后的控制信号发送给智能家居控制器；

所述的模板匹配法是若为13Hz的脑电信号处理完后输出开灯指令，若为13.5Hz的脑电信号处理完后输出关灯指令，依次类推，每0.5Hz为一个单位间隔，从13Hz-18.5Hz分别代表指令：台灯开、台灯关、电扇开、电扇关、收音机开、收音机调频、电视开、电视关、电视音量加、电视音量减、电视换台加、电视换台减。

所述的视觉刺激器包括显示12种不同频率的12组频率显示模块，每一个显示模块均通过三级管(Q1-Q12)驱动LED发光模块(D1-D12)实现。12个不同的LED发光快所显示的频率分别代表：台灯开、台灯关、电扇开、电扇关、收音机开、收音机调台(加减)、电视开、电视关、电视频道加、电视频道减、电视音量加、电视音量减。

基于脑-机接口与Zigbee的智能家居系统及控制方法，其特征在于，包括如下阶段：

一)设置视觉刺激器的频率，使12个不同的LED发光块以各自频率稳定闪烁；

二)将一个头皮电极放置在人后脑的枕区，两个耳电极放置在左右耳部，并使人的视觉平行对视着12个频率不同的LED发光快，通过头皮电极采集到的脑电信号并对采集到的脑电信号放大和A/D转换后送入脑电处理模块进行处理；

三)通过显示模块显示人脑触发的智能家居系统的指令；

所述的智能家居控制器负责与脑电处理模块通信，将处理出的脑电指令发送给家居设备。

所述的家居设备由Zigbee无线网络组成，包括台灯模块、电扇模块、收音机模块、电视模块。