成果詳細介紹

成果詳細介紹一、基本情況成果名稱基于腦電意念的弱勢人群智慧健康關(guān)懷系統(tǒng)成果名稱基于腦電意念的弱勢人群智慧健康關(guān)懷系統(tǒng)圖1智能家居系統(tǒng)圖輪椅前進輪椅后退輪椅左轉(zhuǎn)輪椅右轉(zhuǎn)圖2智能輪椅系統(tǒng)圖圖1智能家居系統(tǒng)圖輪椅前進輪椅后退輪椅左轉(zhuǎn)輪椅右轉(zhuǎn)圖2智能輪椅系統(tǒng)圖二、成果簡介對于弱勢人群服務(wù)的人性化、信息化和智能化一直是智慧城市和智慧健康建設(shè)的重要內(nèi)容。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用普及以及腦電技術(shù)的興起，構(gòu)建基于可穿戴設(shè)備和腦電控制器的行為識別與意念分析的智慧健康應(yīng)用已成為未來研究的熱點，其技術(shù)突破將為殘疾人群智慧健康關(guān)懷的需求感知問題提供應(yīng)用解決方案。本項目主要利用腦電波控制技術(shù)來實現(xiàn)肢體殘障人士、行動不便的老人智能健康護理，旨在為老弱病殘孕等弱勢群體提供更加便捷的生活環(huán)境。我們開發(fā)一套基于腦電意念的弱勢人群智慧健康關(guān)懷系統(tǒng)。本系統(tǒng)分為兩部分，分別是智能家居和智能輪椅。智能家居主要方便弱勢人群的日常生活，智能輪椅主要用于弱勢人群的行走便捷。如下圖分別是智能家居和智能輪椅的系統(tǒng)流程圖：圖1為智能家居的系統(tǒng)流程圖，主要通過受試者頭戴EmotivInsight腦電設(shè)備來采集到原始腦電數(shù)據(jù)集，利用USBDongle進行PC端數(shù)據(jù)接收，然后進行預(yù)處理和特征提取。特征提取后可以根據(jù)算法計算出專注度和檢測出眨眼，再結(jié)合陀螺儀的數(shù)據(jù)，可以發(fā)送控制指令給STM32單片機，從而實現(xiàn)

智能家居系統(tǒng)的控制。圖2為智能家居的系統(tǒng)流程圖，本系統(tǒng)使用SSVEP方案，實現(xiàn)腦電意念對電動輪椅的控制。對于電動輪椅，采用快速傅里葉變換(FFT)和小波分析(WA)結(jié)合主成分分析法(PCA)處理和分析穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位，產(chǎn)生腦電信號的頻譜特性，根據(jù)該頻譜特性的不同對信號進行分類，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的控制命令來控制電動輪椅，實現(xiàn)前后左右四個前進方向的控制。龍魅一*心。o■光1址;曲7林手?啟開美4WW口殖口善認7蜓點好灑:矢虹光：美機蚌無F職專遷磨0駕ffimi作中無圖3智能家居軟件系統(tǒng)圖圖4智能家居實物圖圖5腦電控制智能輪椅圖3是智能家居軟件系統(tǒng)圖，通過佩戴腦電設(shè)備可以輕松地控制鼠標的移動，進而控制各種家居設(shè)備；圖4是智能家居對應(yīng)的實物圖；圖5是受試

者通過佩戴我們購買的另一款腦電設(shè)備EmotivEpoc+來控制輪椅的刖后左右移動，方便弱勢人群移動行走。創(chuàng)新要點應(yīng)用創(chuàng)新目刖，國外的腦電波產(chǎn)品性能較好但價格高昂，且大多應(yīng)用在游戲、教育等領(lǐng)域，在醫(yī)療領(lǐng)域的實際應(yīng)用并不多見，國內(nèi)的民用產(chǎn)品控制方式較為單一，較少應(yīng)用人工智能和深度學(xué)習(xí)的訓(xùn)練方法，腦電設(shè)備的實際性能較差，因此迫切需要研發(fā)高性能且具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品。基于以上所述，將腦電波技術(shù)專門應(yīng)用于殘疾人群健康關(guān)懷的產(chǎn)品并不多見，技術(shù)和市場均有待成熟和完善，仍然存在大規(guī)模的研發(fā)空間，本項目能夠切實幫助那些手腳有殘疾、身體癱瘓、患有漸凍癥等殘障人群，具有實際的意義和較高的商業(yè)價值。技術(shù)創(chuàng)新當刖市面上絕大多數(shù)輪椅均采用手動或者搖桿系統(tǒng)控制的方式，控制方式較為單一，對于那些手腳有殘疾、身體癱瘓、患有漸凍癥等殘障人群，根本無法使用傳統(tǒng)輪椅實現(xiàn)身體的移動。本項目產(chǎn)品創(chuàng)新之處在于腦電波技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)療系統(tǒng)上，創(chuàng)造性地將腦電波技術(shù)與普通輪椅結(jié)合起來，實現(xiàn)能夠使用腦電來控制的新型智能輪椅系統(tǒng)，彌補了當前可穿戴腦電技術(shù)在醫(yī)療系統(tǒng)應(yīng)用上的空白，較大地提高了腦電技術(shù)的實用性，能夠切實幫助手腳殘疾、身體癱瘓、患有漸凍癥等殘疾人群。技術(shù)指示STM32技術(shù)指標STM32F401RET6微控制器，基于ARMCortex-M4處理器，，最高支持84MHz主頻微控制，支持對外部微控制器調(diào)試。3個LED：一個USB通訊LED、一個電源LED、一個用戶LED；兩個機械按鍵：復(fù)位、用戶。USB接口的3個不同功能：虛擬串口、容量存儲、調(diào)試接口3種不同供電方式：miniUSB接口供電、IO引腳用電、通過ArduinoUNOR3Shield接口供電。通過一系列的串口實現(xiàn)各種硬件設(shè)備的控制。支持Keil、IAR、embed在線IDE的設(shè)計工具。藍牙模塊技術(shù)指標本系統(tǒng)中無線通訊采用藍牙4.0技術(shù)，藍牙4.0為藍牙3.0的升級標準。它支持兩種部署方式：雙模式和單模式。雙模式中，低功耗藍牙功能集成在現(xiàn)有的經(jīng)典藍牙控制器中，或再在現(xiàn)有經(jīng)典藍牙技術(shù)芯片上增加低功耗堆棧，整體架構(gòu)基本不變，因此成本增加有限。單模式面向高度集成、緊湊的設(shè)備，使用一個輕量級連接層(LinkLayer)提供超低功耗的待機模式操作、簡單設(shè)備恢復(fù)和可靠的點對多點數(shù)據(jù)傳輸，還能讓聯(lián)網(wǎng)傳感器在藍牙傳輸中安排好低功耗藍牙流量的次序，同時還有高級節(jié)能和安全加密連接。腦電設(shè)備采集到原始腦電數(shù)據(jù)后采用無線藍牙技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸至藍牙接收器上，PC端進行數(shù)據(jù)處理后，將處理結(jié)果轉(zhuǎn)換為嵌入式控制指令，通過無線藍牙的方式將控制指令發(fā)送至控制設(shè)備上。主從一體：主機模式下可以跟手機藍牙，筆記本藍牙和藍牙從機模塊相連；從機模式下可以跟手機藍牙和筆記本藍牙相連。從機：作為從機使用，可以跟跟手機藍牙，筆記本藍牙和藍牙主機模塊相連；適合于單片機UART/SCI口控制。不可直接接RS232口。

默認通信速率：9600供電：DC3.3-5.5V傳輸距離：視距10米左右。3)16路舵機控制技術(shù)指標16路不帶開關(guān)舵機控制板，體積小巧，適合外接開關(guān)。黃色為常用0-7路不帶過載保護舵機接口、紅色8-15路為帶過載保護的舵機接口、綠色為外接單片機/藍牙/串口接口。D1為舵機供電燈、D2為主板供電/通訊燈。其他潮，圖6EmotivInsightEMOTlVEpoc-b言圖7EmotivEpoc+圖6是智能家居使用的腦電設(shè)備EmotivInsight，它搭載了5個腦電波傳感器，即具有五個電極通道，分別為AF3、T7、Pz、T8、AF4。通過分析人體的腦電波活動和表情，向電腦傳輸指令代碼，可支持Windows系統(tǒng)、MacOSX、Linux、iOS和Androi