专利名称：一种新型的基于脑电控制的寻径小车系统的制作方法
技术领域：
本发明属于自动控制技术领域，涉及一种新型的基于脑电控制的寻径小车系统。
背景技术：
随着科学技术的进步和发展，新型玩具层出不穷，声光电一体的遥控玩具早已经成为市场的主流，人们在发展传统玩具产业的同时也在积极拓展新的玩具产业，智能玩具因此成为了各大玩具厂商新的发展目标。相较于传统智能玩具，脑电控制智能玩具具备先天的巨大优势。传统智能玩具需要玩家具备一定的动手能力和理论基础，这就限定了传统智能玩具只能是大人或者青年科技爱好者的专属产品。而脑电控制玩具则不具备以上的限制，并且，脑电控制玩具以其独特新颖的控制方式得到了少年儿童的喜爱。脑电控制玩具不仅仅是玩具在形式和技术上的一个创新，有幼教专家就表示，其通过脑电波来控制玩具的表现形式，一定程度对培养孩子脑部与手部的协调，以及诱导孩子集中注意力从而在治疗 ‘儿童多动症’方面将起到一定的疗效。目前，国内家长对玩具在‘益智’方面的要求越来越高，脑电玩具的出现，无疑将是引领了新一代玩具产品的趋势。基于脑电的玩具小车控制方式，是一种比较直接的人与玩具交互方式，将用户的注意力程度通过玩具小车速度大小集中反映，更直观、更符合用户心智模型。脑电是大脑神经电活动过程中产生的大约几十微伏的电位，传统脑电设备大多应用于科学研究、医疗设备，现阶段国内还没有厂商将脑电控制设备应用于消费级民用产品，并大都存在如下问题(1)需要佩戴电极帽并涂抹导电膏，不方便用户使用，每次使用都很复杂繁琐，用户体验不好；(2)价格非常昂贵，整套脑电设备在几十万到上百万不等，普通消费者不能承担这个价格；(3)采集到的脑电信号需要专门的软件和硬件进行解读，并且输出的大多是专业的数据和波形图，这就限定了使用者只能是专业领域的科研人员或者医务人员，普通民众无法很好的使用脑电设备。目前人类对于生物传感器的使用还停留在初级阶段，人类的身体构造很复杂，但是现阶段能被人们很好使用的生物信号却很少。科学技术日新月异，随着信号处理技术，生产技术，大脑运算法则及其他领域技术的发展，脑电技术的普及正在日趋迅速。而本发明所提供的方式正是脑电技术普及的一个重要发展方向。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种新型的基于脑电控制的寻径小车系统。本发明的基本构思本发明通过采集用户专注于做某件事情时的脑电信号，通过无线传输技术传递给玩具小车，小车单片机对脑电信号进行处理，提取其中的特征信号，并与相应的特定速度值进行匹配，从而实现对小车速度的控制。小车车体上的红外光电传感器发射器发射红外光到地图上，遇到白底黑线(或黑底白线)则反射信号给接收器，信号接收器再将信号传送给单片机，单片机处理后控制小车左右电机转速，实现小车的左右转弯。 所述设备包括头戴式脑电采集系统，信号处理装置，无线传输装置以及玩具小车。
本发明解决技术问题所采取的技术方案为
一种新型的基于脑电控制的寻径小车系统，包括头戴耳机、寻径小车和场景地图。头戴耳机采集并处理用户脑电信号；通过无线网络传输给寻径小车，控制小车速度；小车沿场景地图中的路径自动行驶。本发明通过采集用户专注于做某件事情时的脑电信号，通过无线传输技术传递给玩具小车，小车单片机对脑电信号进行处理，提取其中的特征信号，并与相应的特定速度值进行匹配，从而实现对小车速度的控制。小车车体上的红外光电传感器发射器发射红外光到地图上，遇到白底黑线(或黑底白线)则反射信号给接收器，信号接收器再将信号传送给单片机，单片机处理后控制小车左右电机转速，实现小车的左右转弯。所述设备包括头戴式脑电采集系统，信号处理装置，无线传输装置以及玩具小车。所述的头戴式脑电采集系统是通过放置在人体头部大脑前额的采集干电极来采集用户的脑电信号，采集信号的过程中，通过相应的信号放大，信号去噪，等一系列滤波处理后，输入脑电微处理器芯片中转换为数字信号，并通过无线发射模块发送到小车上的小车运动控制设备中。所述的头戴耳机包括脑电采集处理装置、头戴耳机主板、第一无线发射装置。脑电采集装置包括采集干电极、基准干电极、Think Gear脑电处理芯片。Think Gear脑电处理芯片Pl接口处1脚、2脚与采集干电极相连；3脚与GND相连；4脚、5脚与基准干电极相连。Think Gear脑电处理芯片P3接口处1脚与GND相连；2脚与VCC相连；3 脚与STM8S103F3单片机2脚相连；4脚与STM8S103F3单片机3脚相连。Think Gear脑电处理芯片P4接口处1脚与3. 3V电源正极相连；2脚与3. 3V电源负极相连。头戴耳机主板包括USB充电电路、STM8S103F3单片机、指示LED等外围元器件。 STM8S103F3单片机2脚与Think Gear脑电处理芯片3脚相连；STM8S103F3单片机3脚与 Think Gear脑电处理芯片4脚相连；STM8S103F3单片机4脚与SWIM调试接口 4脚相连; STM8S103F3单片机7脚与GND相连；STM8S103F3单片机8脚与电容C2 —端相连，C2电容另一端与GND相连；STM8S103F3单片机9脚与VCC和电容Cl 一端相连，电容Cl另一端与 GND相连；STM8S103F3单片机10脚与CC2500无线通讯芯片8脚相连；STM8S103F3单片机 11脚与CC2500无线通讯芯片7脚相连；STM8S103F3单片机12脚与CC2500无线通讯芯片 5脚相连；STM8S103F3单片机15脚与CC2500无线通讯芯片3脚相连；STM8S103F3单片机 16脚与CC2500无线通讯芯片2脚相连；STM8S103F3单片机17脚与CC2500无线通讯芯片 4脚相连；STM8S103F3单片机18脚与SWIM调试接口 2脚相连；STM8S103F3单片机20脚与 LEDl的正极相连，LEDl的负极与电阻Rl的一端相连，电阻Rl的另一端与GND相连。SWIM 调试接口 1脚与VCC相连；SWIM调试接口 2脚与STM8S103F3单片机16脚相连；SWIM调试接口 3脚与GND相连；SffIM调试接口 4脚与STM8S103F3单片机4脚相连。miniUSB接口 1 脚与充电锂电池接口 4脚相连；miniUSB接口 5脚、6脚、7脚与GND相连。LTC40M锂电池充电芯片1脚与电阻R2 —端相连，电阻R2另一端与LEDl负极相连；LTC40M锂电池充电芯片2脚与GND相连；LTC40M锂电池充电芯片3脚与Li接口 1脚相连，Li接口 2脚与GND相连；LTC40M锂电池充电芯片4脚与LEDl正极、miniUSB接口 1 脚、电容C3 —端相连，电容C3另一端与GND相连；LTC40M锂电池充电芯片5脚与电阻R3 一端相连，电阻R3另一端与GND相连。
SWITCH开关1脚与充电锂电池接口 3脚相连；SWITCH开关2脚与TPS78233稳压芯片1脚、3脚相连。TPS78233稳压芯片1脚、3脚与电容C4 一端相连，电容C4另一端与 GND相连；TPS78233稳压芯片2脚与GND相连；TPS78233稳压芯片4脚与滤波电容C6负极相连，滤波电容C6正极与VCC相连；TPS78233稳压芯片5脚与VCC相连。第一无线发射装置包括CC2500射频传输芯片及其外围电路。CC2500无线通讯芯片1脚与VCC相连；CC2500无线通讯芯片2脚与STM8S103F3单片机16脚相连；CC2500无线通讯芯片3脚与STM8S103F3单片机15脚相连；CC2500无线通讯芯片4脚与STM8S103F3 单片机17脚相连；CC2500无线通讯芯片5脚与STM8S103F3单片机12脚相连；CC2500无线通讯芯片6脚与GND相连；CC2500无线通讯芯片7脚与STM8S103F3单片机11脚相连； CC2500无线通讯芯片8脚与STM8S103F3单片机10脚相连。所述的小车运动控制设备是小车车体上的一系列软硬件设备的总称。主要包括一下几个部分
(1)小车电机驱动电路。接收控制信号，并将其和特定的小车速度值进行匹配，控制小车速度的大小。
(2)小车调试用复位电路。用于小车状态的重置和复位。(3)小车电源升压电路。(4)小车寻径电路。用于小车运动路径规划，控制小车运动方向。(5)小车控制电路驱动程序。所述的小车电机驱动电路包括STM8S103F3单片机，CC2500RF无线接收模块，通过串行口实现与信号处理设备通信，获取控制命令后将其和特定的小车速度值进行匹配，通过PWM信号进行小车左右电机运动状态的控制，控制小车速度的大小。并可接收小车寻径电路回复的小车运动路径规划信号，通过PWM信号进行小车左右电机运动状态的控制，控制小车左右转弯或者直行。所述的寻径小车包括寻径电路、小车主板、第二无线接收装置。寻径电路包括左探头、右探头、7414多谐振荡器。左探头包括发射和接受红外对管及其外围电路。左探头红外发射LEDl正极和电阻R7 —端相连，电阻R7另一端和VCC相连； 左探头红外发射LEDl负极和GND相连；左探头红外接受Photo Sen正极和电阻R8 —端相连，电阻R8另一端和GND相连；左探头红外接受Wioto Sen负极和电阻VCC相连。右探头包括发射和接受红外对管及其外围电路。右探头红外发射LEDl正极和电阻R7 —端相连， 电阻R7另一端和VCC相连；右探头红外发射LEDl负极和GND相连；右探头红外接受Photo Sen正极和电阻R8 —端相连，电阻R8另一端和GND相连；右探头红外接受Wioto Sen负极和电阻VCC相连。7414多谐振荡器1脚与左探头红外接受Photo Sen正极相连；7414多谐振荡器2脚与7414多谐振荡器3脚相连；7414多谐振荡器4脚与STM8S103F3单片机2脚相连；7414多谐振荡器7脚与GND相连；7414多谐振荡器10脚与STM8S103F3单片机3脚相连；7414多谐振荡器11脚与7414多谐振荡器12脚相连；7414多谐振荡器13脚与右探头红外接受Photo Sen正极相连；7414多谐振荡器14脚与VCC相连。小车主板由STM8S103F3单片机和外围电路组成，外围电路包括发声电路、升压电路、电机驱动电路和指示LED电路。发声电路包括语言IC和喇叭语音IC2脚与喇叭一端相连，喇叭另一端与语音IC3脚相连；语音IC4脚与VCC相连；语音IC5脚与GND相连；语音IC6脚与STM8S103F3单片机6脚相连；语音IC7脚与STM8S103F3单片机5脚相连。升压电路包括电池、MH7011D3. 3稳压芯片和其他外围元器件组成MH7011D3. 3稳压芯片1脚与GND相连；MH7011D3. 3稳压芯片2脚与电感Ll 一端相连，Ll另一端与电池正极相连，电池负极与GND相连；MH7011D3. 3稳压芯片3脚与二极管1N5819负极和VCC相连，二极管1N5819正极与MH7011D3. 3稳压芯片2脚相连；电容C6正极与VCC相连，负极与 GND相连；电容C3 —端与VCC相连，另一端与GND相连。电机驱动电路包括左电机驱动电路和右电机驱动电路左电机一端和电容C4 一端、电阻R2 —端相连，电阻R2另一端和场效应管Q3漏极相连，Q3接地端和电阻Rll —端相连，Rll另一端和STM8S103F3单片机14脚相连，Q3源极与GND相连，电机另一端与电容 C4另一端和VCC相连。右电机一端和电容C5 —端、电阻R3 —端相连，电阻R3另一端和场效应管Q4漏极相连，Q4接地端和电阻R12 —端相连，R12另一端和STM8S103F3单片机13 脚相连，Q4源极与GND相连，电机另一端与电容C5另一端和VCC相连。指示LED电路包括LED和其他外围元器件指示LEDD4正极与指示LEDD3正极和 VCC相连，D4负极与D3负极和电阻R6 —端相连，R6另一端与NPN三极管Q16C极相连，Q16E 极与GND相连，Q16B极与电阻R5 —端相连，电阻R5另一端与STM8S103F3单片机20脚相连。STM8S103F3单片机1脚与指示LED正极相连，LED负极与电阻Rl —端相连，电阻 Rl另一端与GND相连；STM8S103F3单片机2脚与7414多谐振荡器4脚相连；STM8S103F3 单片机3脚与7414多谐振荡器10脚相连；STM8S103F3单片机4脚与SWIM调试接口 4脚相连，SffIM调试接口 1脚与VCC相连，2脚与STM8S103F3单片机18脚相连，3脚与GND相连；STM8S103F3单片机5脚与语音IC7脚相连；STM8S103F3单片机6脚与语音IC6脚相连； STM8S103F3单片机7脚与GND相连；STM8S103F3单片机8脚与电容C2 —端相连，电容C2 另一端与GND相连；STM8S103F3单片机9脚与VCC和电容C9 一端相连，电容C9另一端与 GND相连；STM8S103F3单片机10脚与CC2500无线通讯芯片8脚相连；STM8S103F3单片机 11脚与CC2500无线通讯芯片7脚相连；STM8S103F3单片机12脚与CC2500无线通讯芯片5 脚相连；STM8S103F3单片机13脚与右电机R12 —端相连；STM8S103F3单片机14脚与左电机Rll —端相连；STM8S103F3单片机15脚与CC2500无线通讯芯片3脚相连；STM8S103F3 单片机16脚与CC2500无线通讯芯片2脚相连；STM8S103F3单片机17脚与CC2500无线通讯芯片4脚相连；STM8S103F3单片机18脚与SWIM调试接口 2脚相连；STM8S103F3单片机 20脚与指示LED电路R5 —端相连。第二无线接收装置包括CC2500射频传输芯片及其外围电路。CC2500无线通讯芯片1脚与VCC相连；CC2500无线通讯芯片2脚与STM8S103F3单片机16脚相连；CC2500无线通讯芯片3脚与STM8S103F3单片机15脚相连；CC2500无线通讯芯片4脚与STM8S103F3 单片机17脚相连；CC2500无线通讯芯片5脚与STM8S103F3单片机12脚相连；CC2500无线通讯芯片6脚与GND相连；CC2500无线通讯芯片7脚与STM8S103F3单片机11脚相连； CC2500无线通讯芯片8脚与STM8S103F3单片机10脚相连。所述的场景地图包括小车路径、背景装饰。小车路径为黑笔在白色背景上绘制的连贯、均勻的线条。背景装饰为一系列的装饰图片。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果
1.本发明游戏形式丰富，可以设置多种游戏形式，游戏形式灵活、方便，可以满足不同年龄人群的需求。2.本发明可以通过游戏过程锻炼用户专注度，游戏的同时提高注意力集中，使得用户在进行其他工作更容易达到理想的状态。3.本发明可以通过游戏过程改善用户放松度，独特的娱乐形式，使得用户在进行游戏娱乐放松的同时，改善用户过度紧张的情绪，有利用户心理健康。
图1为本发明的系统结构总体框图。图2为脑电玩具遥控小车系统整体框图。图3为脑电玩具遥控小车寻径电路框图。图4为脑电玩具遥控小车脑电信号采集和处理电路电路图。图5为脑电玩具遥控小车头戴耳机miniUSB电路电路图。图6为脑电玩具遥控小车头戴耳机锂电池充电电路电路图。图7为脑电玩具遥控小车头戴耳机RF无线发射电路电路图。图8为脑电玩具遥控小车头戴耳机SWIM调试电路电路图。图9为脑电玩具遥控小车小车控制电路电路图。图10为脑电玩具遥控小车指示LED电路电路图。图11为脑电玩具遥控小车寻径模块寻径探头电路电路图。图12为脑电玩具遥控小车寻径模块多谐振荡电路电路图。图13为脑电玩具遥控小车发声电路电路图。图14为脑电玩具遥控小车电机驱动电路电路图。图15为脑电玩具遥控小车升压电路电路图。图16为脑电玩具遥控小车TGAM脑电芯片连接电路电路图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明作进一步说明。如图1所示，本发明的控制系统具备信号采集，信号处理，无线通讯和玩具驱动四个功能模块，通过各个模块之间的协调工作从而得到较好的使用体验和训练效果。本发明所描述的基于脑电控制的寻径小车系统，由于其控制特性，特别适合好动、喜欢新奇事物的儿童和白领使用。开发者可以根据该发明的具体设备和方法开发不同的具体应用，不仅仅用于控制寻径小车，还可以用于其他人机交互应用中，例如用于游戏控制平台。下面就结合寻径小车的控制对本系统做详细的说明。如图2所示，本发明的基本原理是当用户要控制玩具小车的前进和速度大小的时候，不用进行任何肢体和语言的动作，只要集中注意力或者是尽量放松，大脑前额的头皮上对应的感觉区电极记录的脑电信号中α脑电波就会产生相应的变化，脑电信号处理控制电路接受到脑电信号后，通过分析脑电信号中α脑电波数值的变化，可以识别出用户的注意力集中度的大小，并将其转换为“专注度”和“放松度”两个特地的数值并输出给小车控制电路，小车控制电路将其与特点的速度值大小进行匹配，并结合小车路径规划电路中的到的路径信息，从而控制小车的速度大小和行进方向。该控制系统包括如下几个部分
1)头戴式脑电采集系统由脑电信号的采集，信号处理，模数转换，以及传输四部分组成。头戴式脑电采集系统从设计上就针对脑电遥控小车特点进行了设计，突出了易佩戴性， 使用操作简单、集成度高、功耗低、易于儿童携带等特性。系统内嵌高性能锂电池，以美国 neurosky公司的TGAM系列脑电处理芯片作为系统核心，处理采集到的脑电信号，利用其板载集成的数模转换器(ADC，Anal0g-t0-Digital Converter)，实现了信号的数字采集，并利用CC2500系列RF模块完成信号的无线传输，大大提高了系统的集成度和传输功能，突破了脑电采集在空间上的限制。头戴式脑电采集系统中，为了真正实现系统的便携性，系统设计采用了 CC2500系列2. 4GHz RF收发器。其集成了一个数据传输率可达5001ibpS的高度可配置的调至解调器。体积小、灵敏度高(lOlcbps下-98dBm，1%数据包误差率)、可编程控制数据传输率、电流消耗低、优秀的接收器选择性和模块化性能、价格便宜。2)小车控制装置是指位于小车主体内部的小车控制设备。本实施例中的小车由电压控制的玩具小车改装而来，为直流无刷电机驱动，采用双电机全动驱动形式。小车控制电路通过线路与小车电机相连，通过控制小车电机转速大小实现小车的前进、速度改变、转向等功能。3)小车路径地图小车路径地图由小车路径、背景装饰等几个部分组成。小车路径为黑笔在白色背景上绘制的连贯、均勻的线条，用于规划小车运动方向和路径。背景装饰则为一系列的装饰图片等。如图3所示，通过寻径探头发射并接收的红外信号，小车可以识别出地图路径上的均勻黑线，并通过小车单片机控制小车左右电机的转速和转向的不同，从而实现小车的前进、变速、加速和转弯。使得小车一直沿着规划好的路径前行。如图4、16所示，脑电玩具遥控小车脑电信号采集和处理电路是由脑电采集处理芯片和耳机单片机组成的，脑电采集处理芯片负责将得到的脑电信号进行采集并处理，耳机单片机则将得到的处理信号进行匹配和转换。Think Gear脑电处理芯片Pl接口处1脚、 2脚与采集干电极相连；3脚与GND相连；4脚、5脚与基准干电极相连。Think Gear脑电处理芯片P3接口处1脚与GND相连；2脚与VCC相连；3脚与STM8S103F3单片机2脚相连；4 脚与STM8S103F3单片机3脚相连。Think Gear脑电处理芯片P4接口处1脚与3. 3V电源正极相连；2脚与3. 3V电源负极相连。STM8S103F3单片机2脚与Think Gear脑电处理芯片3脚相连；STM8S103F3单片机3脚与Think Gear脑电处理芯片4脚相连；STM8S103F3单片机4脚与SWIM调试接口 4脚相连；STM8S103F3单片机7脚与GND相连；STM8S103F3单片机8脚与电容C2 —端相连，C2电容另一端与GND相连；STM8S103F3单片机9脚与VCC和电容Cl 一端相连，电容Cl另一端与GND相连；STM8S103F3单片机10脚与CC2500无线通讯芯片8脚相连；STM8S103F3单片机11脚与CC2500无线通讯芯片7脚相连；STM8S103F3单片机12脚与CC2500无线通讯芯片5脚相连；STM8S103F3单片机15脚与CC2500无线通讯芯片3脚相连；STM8S103F3单片机16脚与CC2500无线通讯芯片2脚相连；STM8S103F3单片机17脚与CC2500无线通讯芯片4脚相连；STM8S103F3单片机18脚与SWIM调试接口 2 脚相连；STM8S103F3单片机20脚与LEDl的正极相连，LEDl的负极与电阻Rl的一端相连，
10电阻Rl的另一端与GND相连。如图5所示，脑电玩具遥控小车头戴耳机miniUSB电路是用于耳机充电的接口电路。miniUSB接口 1脚与充电锂电池接口 4脚相连；miniUSB接口 5脚、6脚、7脚与GND相连。如图6所示，脑电玩具遥控小车头戴耳机锂电池充电电路是脑电头戴耳机的主要供能模块，由充电锂电池和相应的充电电路组成。LTC40M锂电池充电芯片1脚与电阻 R2 一端相连，电阻R2另一端与LEDl负极相连；LTC40M锂电池充电芯片2脚与GND相连； LTC40M锂电池充电芯片3脚与Li接口 1脚相连，Li接口 2脚与GND相连；LTC40M锂电池充电芯片4脚与LEDl正极、miniUSB接口 1脚、电容C3 —端相连，电容C3另一端与GND 相连；LTC40M锂电池充电芯片5脚与电阻R3 —端相连，电阻R3另一端与GND相连。如图7所示，脑电玩具遥控小车头戴耳机RF无线发射电路是头戴耳机和小车主体无线通讯的主要组成部分之一，无线模块将得到的转换好的控制信号通过RF无线发送芯片发送到小车控制系统，小车控制系统通过得到的信号进行小车运动控制。无线发射装置包括CC2500射频传输芯片及其外围电路。CC2500无线通讯芯片1脚与VCC相连；CC2500无线通讯芯片2脚与STM8S103F3单片机16脚相连；CC2500无线通讯芯片3脚与STM8S103F3 单片机15脚相连；CC2500无线通讯芯片4脚与STM8S103F3单片机17脚相连；CC2500无线通讯芯片5脚与STM8S103F3单片机12脚相连；CC2500无线通讯芯片6脚与GND相连； CC2500无线通讯芯片7脚与STM8S103F3单片机11脚相连；CC2500无线通讯芯片8脚与 STM8S103F3单片机10脚相连。 如图8所示，脑电玩具遥控小车头戴耳机SWIM调试电路是头戴耳机调试的主要接口。SWIM调试接口 1脚与VCC相连；SWIM调试接口 2脚与STM8S103F3单片机16脚相连； SffIM调试接口 3脚与GND相连；SWIM调试接口 4脚与STM8S103F3单片机4脚相连。如图9所示，脑电玩具遥控小车小车控制电路是小车运动主要控制装置。由小车控制单片机和相应的外围元器件组成，是小车运动控制的核心。STM8S103F3单片机1脚与指示LED正极相连，LED负极与电阻Rl —端相连，电阻Rl另一端与GND相连；STM8S103F3 单片机2脚与7414多谐振荡器4脚相连；STM8S103F3单片机3脚与7414多谐振荡器10脚相连；STM8S103F3单片机4脚与SffIM调试接口 4脚相连，SffIM调试接口 1脚与VCC相连， 2脚与STM8S103F3单片机18脚相连，3脚与GND相连；STM8S103F3单片机5脚与语音IC7 脚相连；STM8S103F3单片机6脚与语音IC6脚相连；STM8S103F3单片机7脚与GND相连； STM8S103F3单片机8脚与电容C2 —端相连，电容C2另一端与GND相连；STM8S103F3单片机9脚与VCC和电容C9 一端相连，电容C9另一端与GND相连；STM8S103F3单片机10脚与 CC2500无线通讯芯片8脚相连；STM8S103F3单片机11脚与CC2500无线通讯芯片7脚相连；STM8S103F3单片机12脚与CC2500无线通讯芯片5脚相连；STM8S103F3单片机13脚与右电机R12 —端相连；STM8S103F3单片机14脚与左电机Rll —端相连；STM8S103F3单片机 15脚与CC2500无线通讯芯片3脚相连；STM8S103F3单片机16脚与CC2500无线通讯芯片 2脚相连；STM8S103F3单片机17脚与CC2500无线通讯芯片4脚相连；STM8S103F3单片机 18脚与SWIM调试接口 2脚相连；STM8S103F3单片机20脚与指示LED电路R5 —端相连。如图10所示，脑电玩具遥控小车指示LED电路主要用于小车状态的提示，通过LED 指示电路，我们可以很好的得知小车是否接收到了脑电控制信号，及脑电控制信号强度的大小。指示LED电路包括LED和其他外围元器件指示LEDD4正极与指示LEDD3正极和VCC 相连，D4负极与D3负极和电阻R6 —端相连，R6另一端与NPN三极管Q16C极相连，Q16E极与GND相连，Q16B极与电阻R5 —端相连，电阻R5另一端与STM8S103F3单片机20脚相连。如图11所示，脑电玩具遥控小车寻径模块寻径探头电路是小车的主要传感器，可以说就是小车的眼睛，没有它，小车就不能按照规划好的路径进行运动。探头分左右两个， 相互协调工作，使得小车正确识别路径方向。左探头包括发射和接受红外对管及其外围电路。左探头红外发射LEDl正极和电阻R7 —端相连，电阻R7另一端和VCC相连；左探头红外发射LEDl负极和GND相连；左探头红外接受Wioto Sen正极和电阻R8 —端相连，电阻R8 另一端和GND相连；左探头红外接受Wioto Sen负极和电阻VCC相连。右探头包括发射和接受红外对管及其外围电路。右探头红外发射LEDl正极和电阻R7 —端相连，电阻R7另一端和VCC相连；右探头红外发射LEDl负极和GND相连；右探头红外接受Wioto Sen正极和电阻R8 —端相连，电阻R8另一端和GND相连；右探头红外接受Wioto Sen负极和电阻VCC 相连。如图12所示，脑电玩具遥控小车寻径模块多谐振荡电路小车路径控制电路中的重要组成部分，将探头采集到的信号转换为单片机可以识别的脉冲信号。7414多谐振荡器 1脚与左探头红外接受Wioto Sen正极相连；7414多谐振荡器2脚与7414多谐振荡器3脚相连；7414多谐振荡器4脚与STM8S103F3单片机2脚相连；7414多谐振荡器7脚与GND相连；7414多谐振荡器10脚与STM8S103F3单片机3脚相连；7414多谐振荡器11脚与7414 多谐振荡器12脚相连；7414多谐振荡器13脚与右探头红外接受W1Qto Sen正极相连；7414 多谐振荡器14脚与VCC相连。如图13所示，脑电玩具遥控小车发声电路用于游戏背景音乐的播放，使得游戏更有代入感，更富有乐趣。发声电路包括语言IC和喇叭语音IC2脚与喇叭一端相连，喇叭另一端与语音IC3脚相连；语音IC4脚与VCC相连；语音IC5脚与GND相连；语音IC6脚与 STM8S103F3单片机6脚相连；语音IC7脚与STM8S103F3单片机5脚相连。如图14所示，脑电玩具遥控小车电机驱动电路是小车运动的主要控制装置。电机驱动电路包括左电机驱动电路和右电机驱动电路左电机一端和电容C4 一端、电阻R2 —端相连，电阻R2另一端和场效应管Q3漏极相连，Q3接地端和电阻Rll —端相连，Rll另一端和STM8S103F3单片机14脚相连，Q3源极与GND相连，电机另一端与电容C4另一端和VCC 相连。右电机一端和电容C5 —端、电阻R3 —端相连，电阻R3另一端和场效应管Q4漏极相连，Q4接地端和电阻R12 —端相连，R12另一端和STM8S103F3单片机13脚相连，Q4源极与 GND相连，电机另一端与电容C5另一端和VCC相连。如图15所示，脑电玩具遥控小车升压电路是小车工作的主要供能电路，升压电路包括电池、MH7011D3. 3稳压芯片和其他外围元器件组成MH7011D3. 3稳压芯片1脚与GND 相连；MH7011D3. 3稳压芯片2脚与电感Ll 一端相连，Ll另一端与电池正极相连，电池负极与GND相连；MH7011D3. 3稳压芯片3脚与二极管1N5819负极和VCC相连，二极管1N5819 正极与MH7011D3. 3稳压芯片2脚相连；电容C6正极与VCC相连，负极与GND相连；电容C3 一端与VCC相连，另一端与GND相连。
权利要求
1. 一种新型的基于脑电控制的寻径小车系统，包括头戴耳机、寻径小车和场景地图，其特征在于头戴耳机采集并处理用户脑电信号；通过无线网络传输给寻径小车，控制小车速度；小车沿场景地图中的路径自动行驶；所述的头戴耳机包括脑电采集处理装置、头戴耳机主板和第一无线传输装置； 脑电采集装置包括采集干电极、基准干电极、Think Gear脑电处理芯片；Think Gear脑电处理芯片Pl接口处1脚、2脚与采集干电极相连；3脚与GND相连；4脚、5脚与基准干电极相连；Think Gear脑电处理芯片P3接口处1脚与GND相连；2脚与VCC相连；3脚与TXD 相连；4脚与RXD相连；Think Gear脑电处理芯片P4接口处1脚与3. 3V电源正极相连；2 脚与3. 3V电源负极相连；头戴耳机主板包括USB充电电路、STM8S103F3单片机和指示LED外围元器件； STM8S103F3单片机2脚与Think Gear脑电处理芯片3脚相连；STM8S103F3单片机3脚与 Think Gear脑电处理芯片4脚相连；STM8S103F3单片机4脚与SWIM调试接口 4脚相连； STM8S103F3单片机7脚与GND相连；STM8S103F3单片机8脚与电容C2 —端相连，C2电容另一端与GND相连；STM8S103F3单片机9脚与VCC和电容Cl 一端相连，电容Cl另一端与 GND相连；STM8S103F3单片机10脚与CC2500无线通讯芯片8脚相连；STM8S103F3单片机 11脚与CC2500无线通讯芯片7脚相连；STM8S103F3单片机12脚与CC2500无线通讯芯片 5脚相连；STM8S103F3单片机15脚与CC2500无线通讯芯片3脚相连；STM8S103F3单片机 16脚与CC2500无线通讯芯片2脚相连；STM8S103F3单片机17脚与CC2500无线通讯芯片 4脚相连；STM8S103F3单片机18脚与SWIM调试接口 2脚相连；STM8S103F3单片机20脚与 LEDl的正极相连，LEDl的负极与电阻Rl的一端相连，电阻Rl的另一端与GND相连；SWIM 调试接口 1脚与VCC相连；SWIM调试接口 2脚与STM8S103F3单片机16脚相连；SWIM调试接口 3脚与GND相连；SffIM调试接口 4脚与STM8S103F3单片机4脚相连；miniUSB接口 1 脚与充电锂电池接口 4脚相连；miniUSB接口 5脚、6脚、7脚与GND相连；充电锂电池接口 1脚与电阻R2 —端相连，电阻R2另一端与LEDl负极相连；充电锂电池接口 2脚与GND相连；充电锂电池接口 3脚与Li接口 1脚相连，Li接口 2脚与GND相连；充电锂电池接口 4 脚与LEDl正极、miniUSB接口 1脚、电容C3 —端相连，电容C3另一端与GND相连；充电锂电池接口 5脚与电阻R3 —端相连，电阻R3另一端与GND相连；SWITCH开关1脚与充电锂电池接口 3脚相连；SWITCH开关2脚与TPS78233稳压芯片1脚、3脚相连；TPS78233稳压芯片1脚、3脚与电容C4 一端相连，电容C4另一端与GND相连；TPS78233稳压芯片2脚与 GND相连；TPS78233稳压芯片4脚与滤波电容C6负极相连，滤波电容C6正极与VCC相连； TPS78233稳压芯片5脚与VCC相连；第一无线传输装置包括CC2500射频传输芯片及其外围电路；CC2500无线通讯芯片1 脚与VCC相连；CC2500无线通讯芯片2脚与STM8S103F3单片机16脚相连；CC2500无线通讯芯片3脚与STM8S103F3单片机15脚相连；CC2500无线通讯芯片4脚与STM8S103F3单片机17脚相连；CC2500无线通讯芯片5脚与STM8S103F3单片机12脚相连；CC2500无线通讯芯片6脚与GND相连；CC2500无线通讯芯片7脚与STM8S103F3单片机11脚相连；CC2500 无线通讯芯片8脚与STM8S103F3单片机10脚相连；所述的寻径小车包括寻径电路、小车主板和第二无线传输装置； 寻径电路包括左探头、右探头、7414多谐振荡器；左探头和右探头均由寻径红外对管和相应的外围电路组成；左探头包括左探头红外发射LEDl正极和电阻R7 —端相连，电阻 R7另一端和VCC相连；左探头红外发射LEDl负极和GND相连；左探头红外接受Photo Sen 正极和电阻R8 —端相连，电阻R8另一端和GND相连；左探头红外接受Wioto Sen负极和电阻VCC相连；右探头红外发射LEDl正极和电阻R7 —端相连，电阻R7另一端和VCC相连；右探头红外发射LEDl负极和GND相连；右探头红外接受Wioto Sen正极和电阻R8 —端相连， 电阻R8另一端和GND相连；右探头红外接受Wioto Sen负极和电阻VCC相连；7414多谐振荡器1脚与左探头红外接受Wioto Sen正极相连；7414多谐振荡器2脚与7414多谐振荡器3脚相连；7414多谐振荡器4脚与STM8S103F3单片机2脚相连；7414 多谐振荡器7脚与GND相连；7414多谐振荡器10脚与STM8S103F3单片机3脚相连；7414 多谐振荡器11脚与7414多谐振荡器12脚相连；7414多谐振荡器13脚与右探头红外接受 Photo Sen正极相连；7414多谐振荡器14脚与VCC相连；小车主板由STM8S103F3单片机和外围电路组成，外围电路包括发声电路、升压电路、 电机驱动电路和指示LED电路；发声电路包括语言IC和喇叭语音IC2脚与喇叭一端相连，喇叭另一端与语音IC3脚相连；语音IC4脚与VCC相连；语音IC5脚与GND相连；语音IC6脚与STM8S103F3单片机6 脚相连；语音IC7脚与STM8S103F3单片机5脚相连；升压电路包括电池、MH7011D3. 3稳压芯片和其他外围元器件组成MH7011D3. 3稳压芯片1脚与GND相连；MH7011D3. 3稳压芯片2脚与电感Ll 一端相连，Ll另一端与电池正极相连，电池负极与GND相连；MH7011D3. 3稳压芯片3脚与二极管1N5819负极和VCC相连，二极管1N5819正极与MH7011D3. 3稳压芯片2脚相连；电容C6正极与VCC相连，负极与GND 相连；电容C3 —端与VCC相连，另一端与GND相连；电机驱动电路包括左电机驱动电路和右电机驱动电路左电机一端和电容C4 一端、电阻R2 —端相连，电阻R2另一端和场效应管Q3漏极相连，Q3接地端和电阻Rll —端相连， Rll另一端和STM8S103F3单片机14脚相连，Q3源极与GND相连，电机另一端与电容C4另一端和VCC相连；右电机一端和电容C5 —端、电阻R3 —端相连，电阻R3另一端和场效应管 Q4漏极相连，Q4接地端和电阻R12 —端相连，R12另一端和STM8S103F3单片机13脚相连， Q4源极与GND相连，电机另一端与电容C5另一端和VCC相连；指示LED电路包括LED和其他外围元器件指示LEDD4正极与指示LEDD3正极和VCC 相连，D4负极与D3负极和电阻R6 —端相连，R6另一端与NPN三极管Q16C极相连，Q16E极与GND相连，Q16B极与电阻R5 —端相连，电阻R5另一端与STM8S103F3单片机20脚相连； STM8S103F3单片机1脚与指示LED正极相连，LED负极与电阻Rl —端相连，电阻Rl 另一端与GND相连；STM8S103F3单片机2脚与7414多谐振荡器4脚相连；STM8S103F3单片机3脚与7414多谐振荡器10脚相连；STM8S103F3单片机4脚与SffIM调试接口 4脚相连，SffIM调试接口 1脚与VCC相连，2脚与STM8S103F3单片机18脚相连，3脚与GND相连； STM8S103F3单片机5脚与语音IC7脚相连；STM8S103F3单片机6脚与语音IC6脚相连； STM8S103F3单片机7脚与GND相连；STM8S103F3单片机8脚与电容C2 —端相连，电容C2 另一端与GND相连；STM8S103F3单片机9脚与VCC和电容C9 一端相连，电容C9另一端与 GND相连；STM8S103F3单片机10脚与CC2500无线通讯芯片8脚相连；STM8S103F3单片机 11脚与CC2500无线通讯芯片7脚相连；STM8S103F3单片机12脚与CC2500无线通讯芯片5脚相连；STM8S103F3单片机13脚与右电机R12 —端相连；STM8S103F3单片机14脚与左电机Rll —端相连；STM8S103F3单片机15脚与CC2500无线通讯芯片3脚相连；STM8S103F3 单片机16脚与CC2500无线通讯芯片2脚相连；STM8S103F3单片机17脚与CC2500无线通讯芯片4脚相连；STM8S103F3单片机18脚与SWIM调试接口 2脚相连；STM8S103F3单片机 20脚与指示LED电路R5 —端相连；第二无线传输装置包括CC2500射频传输芯片及其外围电路；CC2500无线通讯芯片1 脚与VCC相连；CC2500无线通讯芯片2脚与STM8S103F3单片机16脚相连；CC2500无线通讯芯片3脚与STM8S103F3单片机15脚相连；CC2500无线通讯芯片4脚与STM8S103F3单片机17脚相连；CC2500无线通讯芯片5脚与STM8S103F3单片机12脚相连；CC2500无线通讯芯片6脚与GND相连；CC2500无线通讯芯片7脚与STM8S103F3单片机11脚相连；CC2500 无线通讯芯片8脚与STM8S103F3单片机10脚相连；所述的场景地图包括小车路径和背景装饰；小车路径为黑笔在白色背景上绘制的连贯、均勻的线条；背景装饰为一系列的装饰图片。
全文摘要
本发明涉及一种新型的基于脑电控制的寻径小车系统。本发明通过采集用户专注于做某件事情时的脑电信号，通过无线传输技术传递给玩具小车，小车单片机对脑电信号进行处理，提取其中的特征信号，并与相应的特定速度值进行匹配，从而实现对小车速度的控制。小车车体上的红外光电传感器发射器发射红外光到地图上，遇到白底黑线或黑底白线则反射信号给接收器，信号接收器再将信号传送给单片机，单片机处理后控制小车左右电机转速，实现小车的左右转弯。本发明通过游戏过程锻炼用户专注度，游戏的同时提高注意力集中，使得用户在进行其他工作更容易达到理想的状态。
文档编号A63H30/04GK102397703SQ20111037576
公开日2012年4月4日 申请日期2011年11月23日 优先权日2011年11月23日
发明者周洪杰, 徐健鸣, 方烨, 杜锐, 林芬, 童小飞, 黄琦 申请人:杭州尚想科技有限公司