腦電控制智能小車創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于生物醫(yī)學(xué)工程教學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種腦電控制智能小車創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]創(chuàng)新型人才是我國(guó)現(xiàn)階段人才培養(yǎng)的目標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)當(dāng)前人才培養(yǎng)的目標(biāo)，各高校不斷完善創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)體系，開設(shè)了大學(xué)生創(chuàng)新課題、科研訓(xùn)練和組織學(xué)生參與各類學(xué)科競(jìng)賽等多形式多模塊的訓(xùn)練環(huán)節(jié)；為使學(xué)生能盡早地投入到創(chuàng)新科研訓(xùn)練中，還在各個(gè)創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)引入導(dǎo)師制；建設(shè)開放式的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，為學(xué)生實(shí)現(xiàn)個(gè)性創(chuàng)新提供平臺(tái)。
[0003]生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)(醫(yī)療儀器方向)要求學(xué)生經(jīng)過(guò)培養(yǎng)后能利用電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)解決醫(yī)療儀器設(shè)備的研制，產(chǎn)品的開發(fā)、維護(hù)等問(wèn)題。其主要知識(shí)模塊有:生物信息的采集、處理，儀器設(shè)備的控制等；相關(guān)專業(yè)課程有:醫(yī)用電子技術(shù)、醫(yī)學(xué)圖像處理，傳感器技術(shù)、單片機(jī)原理及應(yīng)用、生物信號(hào)處理。實(shí)訓(xùn)裝置是工程學(xué)科創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)體系中的一個(gè)重要部分，市面上針對(duì)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的綜合創(chuàng)新型實(shí)訓(xùn)裝置非常缺乏，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備多是針對(duì)單一課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，盡管也設(shè)置綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，但所涉及的知識(shí)點(diǎn)仍主要集中在某門課程中。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容缺乏系統(tǒng)性，同時(shí)還存在著技術(shù)更新慢、靈活性差的缺陷，不利于學(xué)生掌握最新的技術(shù)并將所學(xué)的專業(yè)知識(shí)融會(huì)貫通。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種專業(yè)綜合面廣、內(nèi)容系統(tǒng)性強(qiáng)、技術(shù)更新方便、操作訓(xùn)練靈活的腦電控制智能小車創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)適用于生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)學(xué)生開展創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:腦電控制智能小車創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，主要包括腦電信號(hào)采集傳輸模塊、PC機(jī)處理模塊、智能小車控制模塊和小車車模，腦電信號(hào)采集傳輸模塊和PC機(jī)處理模塊分別與智能小車控制模塊采用藍(lán)牙模塊無(wú)線連接，智能小車控制模塊安裝在小車車模內(nèi)。
[0006]腦電信號(hào)采集傳輸模塊包括相互連接的腦電信號(hào)采集模塊與藍(lán)牙模塊，PC機(jī)處理模塊包括相互連接的腦電信號(hào)特征提取和分析模塊與藍(lán)牙模塊，智能小車控制模塊包括單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和藍(lán)牙模塊，單片機(jī)最小系統(tǒng)電路分別與電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和藍(lán)牙模塊連接，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路與小車車模的車輪電機(jī)相連接。
[0007]單片機(jī)最小系統(tǒng)電路主要由電源電路和MCU芯片組成，MCU芯片分別連接晶振電路、復(fù)位電路、按鍵電路、LED顯示電路、蜂鳴器報(bào)警電路，電源電路為MCU芯片和其他電路提供電源。
[0008]腦電信號(hào)采集模塊采用神念科技的TGAM模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用LN298芯片實(shí)現(xiàn)，MCU芯片采用STC12C5A60S2型號(hào)。
[0009]小車車模包含2個(gè)車輪、I個(gè)底盤、I個(gè)導(dǎo)向輪、2個(gè)直流電機(jī)，底盤上安裝有單片機(jī)最小系統(tǒng)電路，底盤下安裝車輪、導(dǎo)向輪和直流電機(jī)。
[0010]針對(duì)目前生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)缺乏有效的綜合創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)教具裝置的問(wèn)題，發(fā)明人設(shè)計(jì)制作了一種腦電控制智能小車創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，主要包括腦電信號(hào)采集傳輸模塊、PC機(jī)處理模塊、智能小車控制模塊和小車車模，腦電信號(hào)采集傳輸模塊和PC機(jī)處理模塊分別與智能小車控制模塊采用藍(lán)牙模塊無(wú)線連接，智能小車控制模塊安裝在小車車模內(nèi)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)具有如下突出優(yōu)勢(shì):
[0011]〈1>涵蓋生物、醫(yī)學(xué)、工程學(xué)等多學(xué)科的知識(shí)，可滿足實(shí)訓(xùn)內(nèi)容知識(shí)模塊系統(tǒng)化的要求和生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的要求。
[0012]〈2>可根據(jù)不同年級(jí)的學(xué)生設(shè)置不同的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，具有靈活性好、體積小、便于攜帶的特點(diǎn)，便于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室外的其他場(chǎng)合進(jìn)行學(xué)習(xí)，也能更好滿足將創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)貫穿于本科教育全過(guò)程的需求；
[0013]〈3>腦電研究是當(dāng)前生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，以腦電信號(hào)的采集處理作為實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的組成部分，可設(shè)置面向科學(xué)研究的項(xiàng)目?jī)?nèi)容，更利于學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的提高和成果產(chǎn)出；
[0014]〈4>采用模塊化結(jié)構(gòu)，有利于模塊的技術(shù)更新及成果的復(fù)用；
[0015]〈5>具有典型性、開放性和趣味性的特點(diǎn)，更能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型腦電控制智能小車創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中:1電信號(hào)采集傳輸模塊，11腦電信號(hào)采集模塊，12藍(lán)牙模塊(腦電信號(hào)發(fā)送模塊)，2PC機(jī)處理模塊，21藍(lán)牙模塊，22腦電信號(hào)特征提取和分析模塊，3智能小車控制模塊，31藍(lán)牙模塊，32單片機(jī)最小系統(tǒng)電路，33電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。
【具體實(shí)施方式】
[0018]如圖1所示，本實(shí)用新型腦電控制智能小車創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，主要包括腦電信號(hào)采集傳輸模塊1、PC機(jī)處理模塊2、智能小車控制模塊3和小車車模(未示出)，腦電信號(hào)采集傳輸模塊和PC機(jī)處理模塊分別與智能小車控制模塊采用藍(lán)牙模塊無(wú)線連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，智能小車控制模塊安裝在小車車模內(nèi)。
[0019]各部件具體結(jié)構(gòu)和功能如下:
[0020]腦電信號(hào)采集傳輸模塊包括相互連接的腦電信號(hào)采集模塊11 (神念科技的TGAM模塊)與藍(lán)牙模塊12，腦電信號(hào)采集模塊完成腦電信號(hào)的采集，藍(lán)牙模塊則作為腦電信號(hào)發(fā)送模塊向智能小車傳送TGAM模塊輸出的腦電信息。
[0021]PC機(jī)處理模塊包括相互連接的腦電信號(hào)特征提取和分析模塊22與藍(lán)牙模塊21，腦電信號(hào)特征提取和分析模塊對(duì)接收到的原始腦電信號(hào)進(jìn)行專注度的提取和分析，將專注度進(jìn)行量化轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄苄≤嚨男旭偹俣鹊目刂茀?shù)，藍(lán)牙模塊則接收經(jīng)單片機(jī)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式的原始腦電信號(hào)及發(fā)送智能小車速度的控制參數(shù)。
[0022]智能小車控制模塊包括單片機(jī)最小系統(tǒng)電路(51系列單片機(jī))32、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路33和藍(lán)牙模塊31，單片機(jī)最小系統(tǒng)電路分別與電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和藍(lán)牙模塊連接，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路與小車車模的車輪電機(jī)相連接。藍(lán)牙模塊用于接收腦電信號(hào)采集傳輸模塊發(fā)送的原始腦電信號(hào)及PC機(jī)發(fā)送的速度調(diào)節(jié)參數(shù)，發(fā)送經(jīng)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式的原始腦電信號(hào)；單片機(jī)最小系統(tǒng)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)小車電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，速度調(diào)節(jié)參數(shù)的LED顯示，與藍(lán)牙模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路由LN298芯片構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的功率驅(qū)動(dòng)。
[0023]單片機(jī)最小系統(tǒng)電路主要由電源電路和MCU芯片(STC12C5A60S2型號(hào))組成，MCU芯片分別連接晶振電路、復(fù)位電路、按鍵電路、LED顯示電路、蜂鳴器報(bào)警電路，電源電路為MCU芯片和其他電路提供電源。
[0024]小車車模包含2個(gè)車輪、I個(gè)底盤、I個(gè)導(dǎo)向輪、2個(gè)直流電機(jī)，底盤上安裝有單片機(jī)最小系統(tǒng)電路，底盤下安裝車輪、導(dǎo)向輪和直流電機(jī)。
[0025]腦電控制智能小車創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)工作過(guò)程:
[0026]腦電信號(hào)采集傳輸模塊佩戴于頭上，利用電極片與人腦前額FPl處接觸以采集腦電信號(hào)，采集到的信號(hào)經(jīng)過(guò)TGAM模塊輸出數(shù)字化的原始腦電信號(hào)，通過(guò)藍(lán)牙模塊完成腦電信號(hào)向智能小車的傳送。由智能小車中的藍(lán)牙部件接收信號(hào)并送入STC12C5A60S2單片機(jī)，單片機(jī)將接收的原始數(shù)字腦電信號(hào)轉(zhuǎn)換為上位機(jī)接收的數(shù)據(jù)格式，再經(jīng)藍(lán)牙模塊傳輸?shù)絇C機(jī)中。在PC機(jī)上利用LABVIEW軟件編程實(shí)現(xiàn)腦電信號(hào)的接收，專注度的提取和分析，并對(duì)專注度的大小進(jìn)行量化，將量化后的數(shù)據(jù)作為智能小車行駛速度的控制參數(shù)再經(jīng)過(guò)藍(lán)牙模塊傳送到單片機(jī)中。單片機(jī)將該參數(shù)顯示在LED上，同時(shí)調(diào)節(jié)PffM(脈寬調(diào)制)的值以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)小車行駛速度的調(diào)節(jié)。其中，智能小車控制模塊采用9-12V直流供電，由按鍵開關(guān)控制通斷，經(jīng)電源轉(zhuǎn)換成不同的電壓值，輸出至各個(gè)線路板模塊。腦電信號(hào)采集傳輸模塊采用5V直流供電。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種腦電控制智能小車創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于主要包括腦電信號(hào)采集傳輸模±夬、PC機(jī)處理模塊、智能小車控制模塊和小車車模，腦電信號(hào)采集傳輸模塊和PC機(jī)處理模塊分別與智能小車控制模塊采用藍(lán)牙模塊無(wú)線連接，智能小車控制模塊安裝在小車車模內(nèi)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腦電控制智能小車創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于:所述腦電信號(hào)采集傳輸模塊包括相互連接的腦電信號(hào)采集模塊與藍(lán)牙模塊，PC機(jī)處理模塊包括相互連接的腦電信號(hào)特征提取和分析模塊與藍(lán)牙模塊，智能小車控制模塊包括單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和藍(lán)牙模塊，單片機(jī)最小系統(tǒng)電路分別與電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和藍(lán)牙模塊連接，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路與小車車模的車輪電機(jī)相連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的腦電控制智能小車創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于:所述單片機(jī)最小系統(tǒng)電路主要由電源電路和MCU芯片組成，MCU芯片分別連接晶振電路、復(fù)位電路、按鍵電路、LED顯示電路、蜂鳴器報(bào)警電路，電源電路為MCU芯片和其他電路提供電源。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的腦電控制智能小車創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于:所述腦電信號(hào)采集模塊采用神念科技的TGAM模塊，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用LN298芯片實(shí)現(xiàn)，所述MCU芯片采用STC12C5A60S2型號(hào)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的腦電控制智能小車創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于:所述小車車模包含2個(gè)車輪、I個(gè)底盤、I個(gè)導(dǎo)向輪、2個(gè)直流電機(jī)，底盤上安裝有單片機(jī)最小系統(tǒng)電路，底盤下安裝車輪、導(dǎo)向輪和直流電機(jī)。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種腦電控制智能小車創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，主要包括腦電信號(hào)采集傳輸模塊、PC機(jī)處理模塊、智能小車控制模塊和小車車模，腦電信號(hào)采集傳輸模塊和PC機(jī)處理模塊分別與智能小車控制模塊采用藍(lán)牙模塊無(wú)線連接，智能小車控制模塊安裝在小車車模內(nèi)。該實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)具有專業(yè)綜合面廣、內(nèi)容系統(tǒng)性強(qiáng)、技術(shù)更新方便、操作訓(xùn)練靈活等優(yōu)點(diǎn)，適用于生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)學(xué)生開展創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練。
【IPC分類】G09B23/18, G09B23/28
【公開號(hào)】CN204833871
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520442632
【發(fā)明人】陳妮, 梁妮, 吳智輝, 岳糧躍, 袁成林, 陳朝旺
【申請(qǐng)人】廣西醫(yī)科大學(xué)
【公開日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年6月25日