一种提醒装置及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种智能穿戴设备，特别是一种基于头部生物电信号的具有提醒用户精神状态功能的装置。
【背景技术】
[0002]在日常的快节奏的学习和工作中，人们往往无暇顾及超负荷运转的身体处于什么样的状态，而身体状态不佳的时候往往会更加容易犯错误，而这些错误往往会给自己或他人带来意想不到的巨大损失。例如，高速公路上10.64%的车祸起因是疲劳驾驶，甚至还有越来越多的出租车司机和公交司机因为过度疲劳在开车途中猝死或昏迷。
[0003]目前已经出现了多款具有疲劳提醒功能的装置。除了有些汽车上配备的复杂昂贵的疲劳驾驶预警系统，还有一款名为Wakeman针对驾驶员的疲劳提醒头环。Wakeman头环采用的主要技术是，九轴传感器感应司机用户是否低头，如果检测到用户低头了，就通过震动电机提醒司机抬头看路。我们需要注意的是，司机从疲劳到注意力下降再到低头瞌睡是一个很长的过程，而这种靠检测到用户低头了才提醒的装置，会使司机用户在低头瞌睡以前的注意力下降阶段一直处于疲劳驾驶的危险中。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的不足，本发明的任务是提供一种在检测到用户处于疲劳状态时就发出提醒信号的一种基于头部生物电信号的精神状态提醒装置，其特征包括:生物电信号传感模块、CPU、提醒模块、电源模块和可穿戴载体。
[0005]其中，所述生物电信号传感模块、CPU、提醒模块和电源模块电气连接，并与可穿戴载体机械固定成为一体。
[0006]其中，所述CPU接收和处理来自所述生物电信号传感模块的信号，并经过计算处理判断是否需要触发和关闭提醒模块动作。
[0007]其中，所述生物电信号传感模块用于采集和预处理用户头部的生物电信号，所述预处理包括差分放大、滤波、抑制工频干扰、AD转换等，其中所述AD转换也可以在含有AD模块的CPU中进行。
[0008]其中，所述生物电信号传感模块包括电极和生物电信号预处理模块。所述电极为与人体皮肤接触的电极，用于探测人体皮肤表面的生物电信号;优选的，所述生物电信号预处理模块用于对电极送来的信号进行差分放大、滤波、抑制工频干扰以及AD转换等。
[0009]其中，所述脑电信号(EEG)，包括专注度与放松度，所述专注度与放松度为用户大脑的专注与放松状态反映在生物电信号上的数据;通过采集和分析用户的脑电信号(EEG)的同时还可以获悉所述眼电信号(EOG)和肌电信号(EMG)，即眨眼、水平眼动、咬牙、皱眉等眼部和面部动作反映出的生物电信号。
[0010]优选的，所述电极包括探测电极、参考电极和地电极。所述探测电极和参考电极连接所述生物电信号预处理模块的信号输入端，其中探测电极用于探测用户的生物电信号，参考电极用于提供参考电势;所述地电极与所述生物电信号预处理模块的对消电路输出端连接，用于有效抑制工频干扰。
[0011]优选的，所述可穿戴载体可以设计为头环，所述头环上的探测电极的位置为用户的前额，优选国际脑电图学会标定的10/20电极导联定位标准中的Fpl和Fp2中的任何一个；参考电极和地电极分别位于用户前额远离探测电极的一侧或位于用户的耳后乳突或通过耳夹夹在用户的耳垂上。
[0012]优选的，所述可穿戴载体还可以设计为头戴式耳机、帽子或头盔等。
[0013]优选的，所述提醒模块包括振动器和/或发声器。所述振动器和/或所述发声器都受所述CPU控制，由CPU根据计算出的用户状态或意图决定是否触发或停止所述振动器和/或所述发声器动作。
[0014]优选的，所述电源模块包括可充电电池和充电电路，优选的，所述可充电电池为锂电池，所述充电电路为USB充电电路。
[0015]优选的，所述电源模块为可更换电池，通过快速更换电池可以节省本发明所述装置在线充电的时间。
[0016]优选的，所述电源模块包括可充电电池和发电模块，其中所述发电模块包括光伏发电模块和/或温差发电模块。其中，优选的，所述光伏发电模块为在光线不够充足的环境下也能高效发电的染料敏化型光伏发电模块，使得用户在佩戴本发明所述装置时可以随时充电。所述温差发电模块在人体表面温度与环境温差大的时候也可以为所述可充电电池充电。
[0017]基于上述精神状态提醒装置的一种精神状态提醒方法，其特征为，包括如下步骤:
a.通过位于用户前额的探测电极和分别位于用户前额远离探测电极的一侧或在用户的耳后乳突附近或通过耳夹夹在用户耳垂上的参考电极和地电极，采集用户头部的生物电信号；
b.生物电信号预处理模块对步骤a中得到的生物电信号进行放大、滤波、抑制工频干扰等初步处理；
c.AD转换模块对经过步骤b处理后的信号进行AD转换，并将数字化的信号传给CPU进行处理；
d.CPU中的数字信号预处理模块对AD转换后的信号进行去基线漂移和工频陷波；
e.CPU中的特征信号提取模块从步骤d处理后的信号中提取脑电信号、眼电信号和肌电信号，供特征信号处理模块处理；
f.分别对脑电信号、眼电信号和肌电信号进行处理计算并判断用户的精神状态和动作意图；
g.根据步骤f中得到的用户精神状态和动作意图判断是否触发和关闭提醒模块动作。
[0018]所述步骤f中的动作意图包括的动作有面部肌肉动作和眼部动作。例如，可以将快速连续眨眼、连续水平眼动、咬牙或者皱眉等设置为启动或提醒模块动作，当通过对眼电信号和肌电信号进行处理和计算，检测到用户的上述动作时，判断用户的动作意图为启动或关闭提醒模块动作。
[0019]本发明的另一方案是，提供一种具有精神状态和头部动作姿态提醒功能的装置，其特征在于，在上述精神状态提醒装置的基础上，增加动作姿态传感模块，所述动作姿态传感模块与所述CPU连接，所述CPU接收和计算所述生物电信号传感模块和所述动作姿态传感模块的数据并判断是否触发和关闭所述提醒模块动作。
[0020]其中，所述动作姿态传感模块为包含三轴陀螺仪和三轴加速度器的动作姿态传感器，优选的，所述动作姿态传感模块可以为九轴传感器，所述九轴传感器能够检测用户的头部姿态数据和头部运动数据。所述头部姿态数据和头部运动数据，不仅可以判断用户的头部姿态和动作，还可以辅助脑电信号(EEG)、眼电信号(EOG)和肌电信号(EMG)判断用户的精神状态或意图。
[0021]基于上述具有精神状态和头部动作姿态提醒功能的装置的一种精神状态和头部动作姿态提醒方法，其特征在于，包括如下步骤:
a.通过位于用户前额的探测电极和分别位于用户前额远离探测电极的一侧或在用户的耳后乳突附近或通过耳夹夹在用户耳垂上的参考电极和地电极，采集用户头部的生物电信号;通过动作姿态传感器采集用户头部的动作姿态信号以及位移数据；
b.生物电信号预处理模块对步骤a中得到的生物电信号进行放大、滤波、抑制工频干扰等初步处理；
c.AD转换模块对经过步骤b处理后的信号进行AD转换，并将数字化的信号传给CPU进行处理；
d.CPU中的数字信号预处理模块对AD转换后的信号进行去基线漂移和工频陷波；
e.CPU中的特征信号提取模块从步骤d处理后的信号中提取脑电信号、眼电信号和肌电信号，供特征信号处理模块处理；
f.分别对脑电信号、眼电信号和肌电信号进行处理并结合头部动作姿态信号判断用户的精神状态、头部动作姿态和用户的动作意图；
g.根据步骤f中得到的用户精神状态、头部动作姿态和用户的动作意图判断是否触发和关闭提醒t吴块动作。
[0022]所述步骤f中的动作意图包括的动作有面部肌肉动作、眼部动作和头部姿态动作。例如，可以将快速连续眨眼、连续水平眼动、咬牙、皱眉或者连续摇头等设置为启动或提醒模块动作，当通过对眼电信号、肌电信号和头部动作姿态信号进行处理和计算，检测到用户的上述动作时，判断用户的动作意图为启动或关闭提醒模块动作。
[0023]本发明通过同时检测用户的脑电波数据、眼电数据、肌电数据，分析用户的精神状态，相比现有的疲劳提醒头环产品，采用多种参数结合的方式，可以更早更准确地做出判断，让用户避免在注意力不集中和半瞌睡的状态下开车或做其它工作。本发明的另一技术方案通过检测头部动作姿态数据，可以更加准确快速地判断用户精神状态和意图，同时还具有姿态提醒功能，如佩戴者是学生，则可以通过姿态传感器及时提醒其纠正歪头、队桌子等不当的坐姿。本发明还可以通过检测用户的眼电信号、肌电信号和头部动作姿态信号来判断用户的意图，可以方便地触发和关闭提醒模块动作。
【附图说明】
[0024]图1:国际脑电图学会标定的10?20电极导联定位标准。
[0025]图2:本发明所述的一种精神状态提醒装置的一种头环式优选实施方式基本结构图。
[0026]图3:本发明所述的一种精神状态和头部姿态提醒装置的一种头环式优选实施方式基本结构图。
[0027]图4:本发明所述的一种精神状态和头部姿态提醒装置的一种耳机式优选实施方式外观基本结构图。
【具体实施方式】
[0028]为了使本领域技术人员能够更加清楚地理解本发明的内容，下面结合附图及实施例对本发明做进一步描述。在无特别说明的情况下，下述实施例所涉及的附图中，编号一致的特征为相同或相应的技术特征。
[0029]实施例一:
图2所示为实施例一的一种精神状态提醒装置的一种头环式优选实施方式基本结构图，其中001为头带，002为头环主机，头环主机002中的003为主机线路板，004为电源模块，006为生物电信号预处理模块，007为CPU，008为提醒模块，009为探查电极，010为地电极(GND)，011为参考电极(REF)。
[0030]本实施例中，CPU007分别与电源模块004、生物电信号预处理模块006、提醒模块00