本发明涉及生理检测技术领域，尤其涉及一种儿童生理参数采集与情绪检测系统。
背景技术：
情绪是我们智力的基础，也是人类道德与尊严的基础。随着认知神经科学与情感神经科学的发展，越来越多的证据表明，情绪是推理和判断过程中必不可少的一部分，并对各个成长时期的学习和记忆过程产生重要的影响。其中儿童时期的情绪变化尤为重要，在成长过程中若没有得到正确的心理指引和情绪上的关注，可能导致其在青少年时期的自闭、自卑和逆反心理。因此，我们提倡情绪监督要从儿童时期做起。虽然情绪是一种主观意识，但情绪状态的变化总会伴随一定的生理变化，因而，我们可以从生理参数的角度，以儿童作为检测对象，用一套客观的评价标准来研究情绪状态。
情绪活动的主要生理指标有：
①皮肤电反应：其机理是情绪状态在变化时，皮肤内血管的舒张和收缩以及汗腺分泌等变化，能引起皮肤电阻的变化。皮肤电反应仪就是以此来测量植物神经系统的情绪反应。
②循环系统指标（如心电、血管容积、血压等）：心电（脉搏）是情绪反应的良好生理指标之一，在满意和愉快时，心跳正常；而处于紧张、恐惧或暴怒状态时，心跳加速。血管容积的变化是由自主神经系统控制动脉壁平滑肌收缩和舒张所造成的，即由局部血管收缩和舒张引起的。人的某些情绪状态如紧张的脑力工作、生气、害怕、新异刺激等，都可以引起皮肤血管的收缩；当人感到为难或羞耻时，会引起皮肤血管的舒张。血压变化是和血管容积相关联的，都反映了循环系统的活动情况有着近似的生理机制。
③呼吸：随着情绪状态的变化，呼吸系统的活动在速度和深度上会有所改变。对剧痛的情绪反应往往会使呼吸加深加快；突然惊恐时，呼吸会发生临时中断；狂喜或悲痛时，会发生呼吸痉挛现象。
④语音：其原理是人的发音器官在气流通过时，因气流对发声管道的碰撞而发出轻微的颤动。人处于紧张情绪状态时，发音器官的正常颤动被抑制。人说话时，其发音的颤动不能人为地随意加以控制（能够捕捉真实的情绪变化）。但是这种方法目前已渐渐被淘汰，取而代之的是一种更先进的计算机识别模式。它运用混合高斯模型法(GMM)、主元分析方法(PCA)和人工神经网络方法(ANN)进行语音情感的分析和识别，主要是通过分析语音信号中的语速、基音的均值、基音的变化范围、强度、基音的平均变化率与第一共振峰的均值和变化范围等参数来识别情感。
⑤脑电波
⑥其他生理指标（如体温、血氧等）。
现有的生理参数检测仪大多是针对医学上的应用，一般放置于医院中用于了解患者的身体状况。此外，这些仪器体积庞大，传感器佩戴复杂，不方便携带和使用。本发明针对的应用是情绪相关的研究，可以准确的测量情绪相关生理参数，具有携带佩戴方便，低功耗可以长时间存储，使用方便易操作等特点。适用于情绪分析，心理分析，智力及潜能等方面的研究，也适用于家用和个人用途。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种儿童生理参数采集与情绪检测系统，通过记录伴随情绪发生的生理变化，如心电、血管收缩、皮肤电反应等活动，对儿童情绪状态与认知活动进行观察与研究，了解他们的发育水平和个体差异，帮助他们正确处理情感交流和智力发育过程中出现的问题。
本发明提供了一种儿童生理参数采集与情绪检测系统，包括：数据采集模块、信号处理模块和数据收发模块，其中数据采集模块包括由生物识别传感器、皮肤传导值传感器、心电信号检测传感器、滤波放大模块、A/D 转换模块电源模块、皮肤温度测量模块、皮肤电阻测量模块、脉搏测量模块、显示模块、采集控制模块、可测量血氧、压力和葡萄糖水平的光谱传感器、用来测定汗水水平和pH值的肤电反应传感器、紫外线指数传感器；其中生物识别传感器中包括加速度计、陀螺仪、磁强计、压力传感器、；皮肤温度测量模块、皮肤电阻测量模块、脉搏测量模块、显示模块分别与采集控制模块相连，数据收发模块连接：数据采集模块和信号处理模块。
所述的皮肤温度测量模块电路可以准确的测量皮肤温度。电路由热电偶、一个热电偶调理芯U、一个运放U和电阻电容组成。所述的皮肤电阻测量模块可以测量皮肤电反应。正弦信号发生器产生频率为75hz，幅值为300mv 的正弦波，该正弦信号输出至电极，电极另一端的信号经过电流- 电压转化，并经过滤波和放大，送至采集和控制系统。该模块中存在一个反馈的系统，由于皮肤电阻随个体的不同而差异较大，反馈系统可以保证皮肤电阻测量系统的输出在一个合适的范围内。可以适用于不同的被试。
所述的脉搏测量电路传感器采用的是偏氟乙烯（PVDF）材料对桡动脉脉搏波进行检测，具有检测灵敏度高，稳定性好的特点。
所述的测量控制模块电路由晶振电路，处理器芯片构成。
所述的信号处理模块包括脉搏波，皮肤电阻，皮肤温度信号的实时显示，在线定时长存储，和数据的回放；皮肤电导基线调整命令的发送。
所述的信号处理模块通过蓝牙接收到下位机的数据后，进行实时显示和存储等操作，也可以根据需求对皮肤电导基线进行调整，也可以对历史数据进行回放。
所述的皮肤电阻测量模块包括顺次相连的正弦信号发生器、电极、电流- 电压转化模块、滤波和放大模块；滤波和放大模块与采集和控制系统相连并构成反馈系统。
所述的信号处理模块包括脉搏波，皮肤电阻，皮肤温度信号的实时显示，在线定时长存储，和数据的回放；皮肤电导基线调整命令的发送。
一种儿童生理参数采集与情绪检测系统，步骤如下：
1）记录被试的年龄、性别和健康状况基本信息；
2）用绷带将脉搏波传感器固定在被试的桡动脉出，将皮肤电阻电极固定在被试食指和中指的第一关节处，用绷带将皮肤温度传感器固定在被试的额头部位；
3）给予被试刺激，或者给予被试一些任务，在这个过程中检测上位机分析系统实时显示并保存被试三个生理参数的响应曲线；
4）对保存的数据进行脉率的计算，波形的微分，求平均值处理。
本发明的有益效果是，可以准确的测量情绪相关生理参数，具有携带佩戴方便，低功耗可以长时间存储，使用方便易操作等特点。适用于情绪分析，心理分析，智力及潜能等现场评定。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种儿童生理参数采集与情绪检测系统，包括：数据采集模块、信号处理模块和数据收发模块，其中数据采集模块包括由生物识别传感器、皮肤传导值传感器、心电信号检测传感器、滤波放大模块、A/D 转换模块电源模块、皮肤温度测量模块、皮肤电阻测量模块、脉搏测量模块、显示模块、采集控制模块、可测量血氧、压力和葡萄糖水平的光谱传感器、用来测定汗水水平和pH值的肤电反应传感器、紫外线指数传感器；其中生物识别传感器中包括加速度计、陀螺仪、磁强计、压力传感器、；皮肤温度测量模块、皮肤电阻测量模块、脉搏测量模块、显示模块分别与采集控制模块相连，数据收发模块连接：数据采集模块和信号处理模块。
所述的皮肤温度测量模块电路可以准确的测量皮肤温度。电路由热电偶、一个热电偶调理芯U、一个运放U和电阻电容组成。所述的皮肤电阻测量模块可以测量皮肤电反应。正弦信号发生器产生频率为75hz，幅值为300mv 的正弦波，该正弦信号输出至电极，电极另一端的信号经过电流- 电压转化，并经过滤波和放大，送至采集和控制系统。该模块中存在一个反馈的系统，由于皮肤电阻随个体的不同而差异较大，反馈系统可以保证皮肤电阻测量系统的输出在一个合适的范围内。可以适用于不同的被试。
所述的脉搏测量电路传感器采用的是偏氟乙烯（PVDF）材料对桡动脉脉搏波进行检测，具有检测灵敏度高，稳定性好的特点。
所述的测量控制模块电路由晶振电路，处理器芯片构成。
所述的信号处理模块包括脉搏波，皮肤电阻，皮肤温度信号的实时显示，在线定时长存储，和数据的回放；皮肤电导基线调整命令的发送。上位机程序通过蓝牙接收到下位机的数据后，进行实时显示和存储等操作，也可以根据需求对皮肤电导基线进行调整，也可以对历史数据进行回放。
本发明可用于实际的情绪相关生理参数的检测，检测过程如下：
1) 记录被试的年龄、性别和健康状况等基本信息；
2) 用绷带将脉搏波传感器固定在被试的桡动脉出，将皮肤电阻电极固定在被试食指和中指的第一关节处，用绷带将皮肤温度传感器固定在被试的额头部位。根据信号的状况进行一些调整；
3) 给予被试刺激，或者给予被试一些任务。在这个过程中检测系统实时显示并保存被试三个生理参数的响应曲线。
工作过程：系统根据生理信号相互融合来做出情绪识别，设计采用AD7656 模数转换芯片，该芯片有6 个独立的ADC 进行并行采样，吞吐率可达250 kbps。MCU获得AD 数据后，将数据通过无线通信模块，在上位机用小波变换提取了生理信号的特征，再通过Fisher 和Bayes 判断识别出当前情绪。情绪被上位机识别后，当前的情绪值也会通过无线传递到下位机的数据后，进行实时显示和存储等操作，也可以根据需求对皮肤电导基线进行调整，也可以对历史数据进行回放，无线通信模块选用Zigbee，其高达250 kbps的传输率可以实现数据处理。