生物电信号测量装置及系统的制作方法

本发明涉及生物电信号测量设备技术领域，特别涉及一种生物电信号测量装置及系统。

背景技术：

生物的生命活动会产生电信号，现有设备通常采集的生物电信号主要包括脑部电信号和肌肉电信号。对于生物电信号来说，目前脑部电信号的应用更为广泛，尤其是辅助教学领域。学员佩戴头环，头环采集个学员的脑电波，并发送至终端，通过终端能够直观显示各学员的脑电波状况，从而知晓学员的脑部活动状态。对于教学辅助用的头环来说，头环内设有电池、第一通讯模块、主板、电极以及壳体，头环内部结构多，重量大，头环对头部的压迫力大，影响佩戴舒适性。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种生物电信号测量装置及系统，旨在解决现有技术中头环重量大，影响佩戴舒适性的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出的一种生物电信号测量装置，包括：

头环，所述头环上设有电极，用于佩戴时抵接皮肤并采集皮肤上的生物电信号；

控制盒，所述控制盒包括壳体和设置所述壳体内的控制主板，所述控制主板上设有采集电路和第一通讯模块，所述采集电路与电极电信号连接，所述采集电路接收所述电极传送过来的所述生物电信号，所述第一通讯模块与所述采集电路电信号连接，所述第一通讯模块接收所述生物电信号并向外部终端发送包含装置id和所述生物电信号的通讯信号。

可选地，所述控制主板上还设有用于获取用户编码的用户身份获取模块，所述用户身份获取模块与所述第一通讯模块电信号连接，并将所述用户编码发送至第一通讯模块，所述第一通讯模块还用于向外部终端发送所述用户编码。

可选地，所述用户身份获取模块包括相电信号连接的射频天线和读卡电路，所述射频天线用于感应射频身份卡以获取携带有所述用户编码的感应信号，所述射频天线将所述感应信号发送至所述读卡电路，所述读卡电路与所述第一通讯模块电信号连接，所述读卡电路读取所述感应信号以获取所述用户编码，所述读卡电路将所述用户编码发送至所述第一通讯模块。

可选地，所述控制盒内设有电源，所述控制主板上设有电源管理电路，所述电源管理电路与所述采集电路和所述第一通讯模块电信号连接。

可选地，所述控制主板上还设有处理器，所述处理器与所述采集电路电信号连接以监测是否采集生物电信号；

所述处理器还与所述电源管理电路电信号连接，当所述处理器监测到没有采集生物电信号的持续时间超过预设时间时，所述处理器通过所述电源管理电路控制所述采集电路和所述第一通讯模块执行休眠动作。

可选地，所述控制主板上还设有处理器，所述处理器与所述采集电路电信号连接以监测是否采集生物电信号；

所述控制盒上还设有加速度计，所述加速度计与所述处理器电信号连接，所述加速度计测量所述控制盒加速度，并将所述加速度发送至所述处理器；

当所述处理器监测到没有采集生物电信号，且所述加速度为零所持续时间超过预设时间时，所述处理器通过所述电源管理电路控制所述采集电路和所述第一通讯模块执行休眠动作。

可选地，所述控制盒上还设有加速度计，所述加速度计与所述处理器电信号连接，所述加速度计测量所述控制盒加速度，并将所述加速度发送至所述处理器；

在所述采集电路和所述第一通讯模块处于休眠状态，当所述加速度计测量的加速度不为零时，所述处理器通过所述电源管理电路唤醒所述采集电路和所述第一通讯模块。

可选地，所述控制盒还包括用于将所述控制盒佩戴于身体上佩戴件，所述佩戴件固定于所述壳体上。

为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种生物电信号测量系统，所述生物电信号测量系统包括终端和权利要求1至8任一项所述的生物电信号测量装置，所述终端与所述第一通讯模块电信号连接，用于接收、存储并处理所述通讯信号。

可选地，所述生物电信号测量系统还包括与所述终端电信号连接的信号中继器，所述生物电信号测量装置的数量为多个，各所述生物电信号测量装置的第一通讯模块与所述信号中继器均电信号连接。

本发明技术方案通过采用头环上设有电极，控制主板和则设置于控制盒内，作为头环的核心结构，采集电路和第一通讯模块也设置于控制主板上，即设置于控制盒内。因此，在生物电信号测量装置中，大部分内部电路结构集中于控制盒，如此，能够极大的减轻头环的重量，增加佩戴的舒适性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明生物电信号测量装置一实施例的结构示意图；

图2为本发明生物电信号测量装置一实施例中控制盒的结构示意图；

图3为本发明生物电信号测量系统一实施例的结构示意图；

图4为本发明生物电信号测量系统一实施例的电路结构框图。

附图标号说明：

本发明目的的实现功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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的一部分实施例，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作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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接及电信号连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

还有对于下文中的电信号连接，包括有线电信号连接，也包括无线电信号连接。

本发明提出一种生物电信号测量装置1，生物电信号测量装置1包括头环11和控制盒12.。头环11上设有电极111，在佩戴头环11时，电极111抵接头部皮肤并采集皮肤上的生物电信号，将皮肤上的生物电信号传送至控制盒12。

控制盒12包括壳体和设置壳体内的控制主板，控制主板上设有采集电路121和第一通讯模块122。采集电路121与电极111电信号连接，电极111采集生物电信号后，将生物电信号传送至采集电路121，采集电路121接收电极111传送过来的生物电信号。第一通讯模块122与采集电路121电信号连接，第一通讯模块122接收生物电信号并向外部终端发送包含装置id和生物电信号的通讯信号。

在本实施例的生物电信号测量装置1中，头环11上设有电极111，而控制主板和则设置于控制盒12内，作为头环11的核心结构，采集电路121和第一通讯模块122也设置于控制主板上，即设置于控制盒12内。因此，在生物电信号测量装置1中，大部分内部电路结构集中于控制盒12，如此，能够极大的减轻头环11的重量，增加佩戴的舒适性。

在采集电路121中，采集电路121接受电极111发送的生物电信号并对生物电信号进出处理，获得模拟信号，再将模拟信号发送至第一通讯模块122。在第一通讯模块122中，将模拟信号转换成数字信号，第一通讯模块122向外部终端，发送数字信号，即第一通讯信号以数字信号的形式向外部终端发送。

另外，对于控制盒12，可以手持，可以放置于口袋，也可以固定于衣物上。

装置id是具有唯一性的装置序列号，装置id，可以是头环11的id，也可以是控制盒12的id。对于具体序列号形式，可以是数字序列号、字母序列号，数字与字母混合的序列号，或者是其他字符序列。

在一些可选地实施例中，控制主板上还设有用于获取用户编码的用户身份获取模块，用户身份获取模块与第一通讯模块122电信号连接，并将用户编码发送至第一通讯模块122，第一通讯模块122接收用户编码后向外部终端发送用户编码。

具体来说，用户编码可以是数值编码，也可以是用户名。生物电信号测量装置1启动后，通过用户身份获取模块获取用户编码后，向外部终端发送，外部终端将用户编码与装置id绑定，从而将生物电信号测量装置1与对应的用户进行绑定，在外部终端查询时，能够准查询对应用户的生物电信号测量结果。

而且，通过切换不同的用户登录，可以供不同的用户使用，以及在外部终端查询不同用户的生物电信号测量结果。

在一些实施例中，在用户身份获取模块获取用户编码后，用户身份获取模块将用户编码发送至第一通讯模块122，第一通讯模块122发送包含装置id和用户编码的通讯信号。

在一些实施例中，用户身份获取模块为输入键盘或触控屏等。对于输入键盘和触控屏，简单来说是通过输入键盘直接键入或者触控输入，从而获取用户编码。

在另一些实施例中，用户身份获取模块包括射频天线123和读卡电路124，读卡电路124与射频天线123电信号连接，同时读卡电路124与第一通讯模块122电信号连接。

在使用时，用户持存储有用户编码的射频身份卡4靠近射频天线123，射频天线123感应射频身份卡4中存储的信息并产生感应信号，射频天线123将感应信号发送至读卡电路124，读卡电路124读取感应信号从而获取用户编码，读卡电路124再将用户编码发送至第一通讯模块122，最后由第一通讯模块122发送至外部终端。

在一些可选地实施例中，控制盒12内设有电源125，控制主板上设有电源管理电路126，电源管理电路126与采集电路121和第一通讯模块122电信号连接。本实施例中，通过电源125在电源管理电路126的控制下向头环11供电，向位于控制盒12内的控制主板供电，以及向位于控制盒12内且置主板上或者与主板电信号连接的电路模块供电。

具体来说，本实施例中的电源125可以是电池，通过电池对控制主板供电，以及对设置主板上或者与主板电信号连接的电路模块供电。当然本实施例中的电源125还可以是接入市电的变压装置，通过变压装置将电源125变换为适合控制盒12使用的电压，从而向控制盒12内的控制主板和电路模块供电。

在一些可选地实施例中，控制主板上还设有处理器127，处理器127与采集电路121电信号连接以监测采集电路121是否采集生物电信号。处理器127还与电源管理电路126电信号连接，处理器127根据监测结果控制采集电路121和第一通讯模块122执行休眠动作。本实施例中，处理器127对采集电路121进行监控，具体来说，是监控采集电路121是否采集生物电信号，当处理器127监测没有采集生物电信号的持续时间超过预设时间时，处理器127控制电源管理电路126对采集电路121和第一通讯模块122执行休眠动作。如此，通过处理器127和电源管理电路126的配合工作，使得头环11和控制盒12能够进行休眠，从而降低电能效果，提高生物电信号测量装置1的续航能力。

在一些可选地实施例中，控制主板上还设有处理器127，处理器127与采集电路121电信号连接以监测采集电路121是否采集生物电信号。控制盒12上还设有加速度计128，加速度计128与处理器127电信号连接，加速度计128测量控制盒12加速度，并将加速度发送至处理器127。

处理器127根据监测结果和加速度控制采集电路121和第一通讯模块122执行休眠动作。

具体来说，本实施例中，加速度计128实时测量控制盒12的加速度，处理通过加速度计128知晓控制盒12是否静置，即加速度为零。

当处理器127监测没有采集生物电信号，且加速度为零所持续的时间超过预设时间时，处理器127控制电源管理电路126对采集电路121和第一通讯模块122执行休眠动作。

前述实施例中，在执行休眠动作时，电源管理电路126除了控制采集电路121、第一通讯模块122，还可控制读卡电路124、射频天线123执行休眠动作。

前述的预设时间可以是30秒至5分钟，30秒、60秒、90秒、120秒、150秒、180秒、210秒、240秒、270秒、300秒或者大于300秒的其他数值。

对于电源管理电路126所执行的休眠动作，主要包括两类种休眠方式，其一为从源头控制电能的供给，从而使得电路模块降低电能消耗，具体方式包括通过电源管理电路126降低电能供给功率或者停止电能供给；另一为从电路模块本身降低对电能的消耗，具体方式包括控制电路模块中的部分或者全部电子元器件停止工作，从而使对应的电路模块进入低功耗的休眠状态。当然，在实际控制中，也可以前述各休眠方式相互配合，部分电路模块直接停止电能供给，比如休眠时停止向读卡电路124和射频天线123供给电能，部分电路模块降低电路模块本身的电能消耗，比如控制第二通讯模块21中的部分元器件停止工作，使第二通讯模块21进入低功耗的休眠状态。

在一些实施例中，控制主板上还设有处理器127，处理器127与采集电路121电信号连接以监测采集电路121是否采集生物电信号。控制盒12上还设有加速度计128，加速度计128与处理器127电信号连接，加速度计128测量控制盒12加速度，并将加速度发送至处理器127。采集电路121和第一通讯模块122处于前述的休眠状态，当加速度计128测量的控制盒12加速度不为零时，处理器127唤醒采集电路121和第一通讯模块122。具体来说，处理器127发送唤醒指令至电源管理电路126，电源管理电路126唤醒采集电路121和第一通讯模块122。

当然，在一些实施例中，采集电路121和第一通讯模块122处于休眠状态时，唤醒方式还可以是监测到采集电路121采集生物电信号，从而唤醒采集电路121和第一通讯模块122。

在一些实施例中，控制盒12你还设有充电接口，用于对控制盒12内的电池充电。

在一些实施例中，处理器127与采集电路121、第一通讯模块122、射频天线123、读卡电路124、电源管理电路126，控制器控制前述个电路模块启动停止。

在一些实施例中，壳体内还设有马达129，马达129上的转轴连接偏心轮，处理器127连接马达129，通过处理控制马达129转动。通过马达129上的偏心轮的转动而产生振动，用户佩戴控制盒12时，容易感受到振动，从而获取反馈提醒。

在一些实施例中，第一通讯模块122可以是蓝牙、zigbee等无线通讯模块

在一些可选地实施例中，控制盒12还包括用于将控制盒12佩戴于身体上佩戴件1201，佩戴件1201固定于壳体上。

在一些进一步地实施例中，佩戴件1201为夹持弹片，夹持弹片的一端与壳体的一部分连接，夹持弹片的另一端抵接或者靠近壳体的另一部分。在使用时，利用夹持弹片本身的弹，通过夹持弹片的另一端与壳体夹持衣物从而佩戴控制盒12。

在一个佩戴件1201的实施例中，佩戴件1201为夹子，通过夹子自身夹持衣物，从而佩戴控制盒12。

再一个佩戴件1201的实施例中，佩戴件1201还可以是挂绳。

在一些头环11与控制盒12电信号连接的实施例中，生物电信号测量系统还包括传输线13，传输线13的一端连接头环11，传输线13的另一端连接控制盒12。具体来说，传输线13的一端与电极111电信号连接，传输线13的另一端与控制主板电信号连接，更具体地，传输线13的另一端还与采集电路121电信号连接。

在一些实施例中，头环11上设有指示灯112，指示灯112与处理器127电信号连接。下文中的终端3在接收到第一通讯信号时，处理分析生物电信号，即脑电波，从而知晓用户的脑部活动状态，控制盒12内的处理器127接收终端3反馈的脑部活动状态，处理器127控制指示灯112不同状态来展示脑部不同活动状态。其中指示灯112的状态包括闪动速速，颜色，比如，通过红色高频闪动来显示脑部的高活跃状态，也不认识通过白色低频闪动来显示脑部低活跃状态。

本发明还提出一种生物电信号测量系统，生物电信号测量系统终端3和生物电信号测量装置1，生物电信号测量装置1的具体结构参照上述实施例，由于生物电信号测量系统采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。其中，终端3与第一通讯模块122电信号连接，用于接收、存储并处理通讯信号。本实施例中，及可以是单一生物电信号测量装置1与终端3通讯，也可以多个生物电信号测量装置1与终端3通讯。

生物电信号测量系统的主要使用步骤包括：启动、绑定、测量、处理和停止。

在启动步骤中，启动步骤具体为开启控制盒12。开启控制盒12后，控制盒12电信号连接终端3，或者说电信号连接下文中的信号中继器2。

在绑定步骤中，用户通过用户身份获取模块登录控制盒12，具体来说，用户身份获取模块获取用户编码并将用户编码发送至第一通讯模块122，第一通讯模块122接收到用户编码，经过第一通讯模块122信号处理后，向终端3发送包含装置id和用户编码的通讯信号，终端3接收到通讯信号后，将装置id与用户编码绑定，从而将该生物电信号测量装置1与用户进行绑定，绑定之后，终端3所接受到的包含相同装置id的通讯信号均与该用户编码绑定。

在测量步骤中，用户佩戴头环11，电极111与皮肤接触并皮肤上的采集生物电信号，再将生物电信号发送至采集电路121，采集电路121对生物电信号进出处理并将处理后的生物电信号发送至第一通讯模块122，第一通讯模块122将生物电信号转换成包装置id和生物电信号的通讯信号发送至终端3。

在处理步骤中，终端3对所接受到的通讯信号进行解码、存储、对比、分析。在这一步骤中，终端3可以展示生物电信号波形图，用户可输出查看脑电波状态。

在停止步骤中，停止步骤具体为关闭控制盒12，控制盒12停机。

本实施例中，终端3包括服务器、云端、手机、电脑和平板等。前述外部终端为本实施例中的终端。

另外，对于解绑操作，可以是控制盒关机、重启从而解除生物电信号测量装置1与用户编码的绑定。当然重新绑定也可以解除之前的绑定。

在一些可选地实施例中，生物电信号测量系统还包括与终端3电信号连接的信号中继器2，生物电信号测量装置1的数量为多个，各生物电信号测量装置1内的第一通讯模块122与信号中继器2均电信号连接。信号中继器2一方面同时与多个生物电信号测量装置1电信号连，另一方面与终端3连接，信号中继器2为第一通讯信号和第二通讯信号的中转站，通过信号中继器2统一接收、转发第一通讯信号和第二通讯信号。

在一些实施例中，信号中继器2包括第二通讯模块21，第二通讯模块21一方面与第一通讯模块122电信号连接，第二通讯模块21另一方面还与终端3电信号连接。

第二通讯模块21与终端3的电信号连接方式包括无线通讯和有线通讯。对于无线通讯方式，第二通讯模块21可以是其他无线通讯方式包括蓝牙模块、zigbee模块等。

在一些实施例中，生物电信号测量系统还包括射频身份卡4，在前述绑定步骤中，通过射频身份卡4与用户身份获取模块之间的射频信号感应，用户身份获取模块获取射频身份卡4上存储的用户编码。

以上仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。