基于脑电信号控制飞行器高度的控制方法技术

本发明专利技术提供的是一种基于脑电信号控制飞行器高度的控制方法。步骤一、操作人员佩戴的脑机接口设备读入操作人员的脑电信号，并通过传输模块传送给飞行器的主控制芯片；步骤二、对存入的34字节数据进行分析，提取出其中的第32字节数据，即脑电信号中的注意力集中程度作为飞行器的输入，并将其转化为对应的飞行器的高度；步骤三、将飞行器的实际高度与预设高度进行对比，当它们二者相等时则等待下一次的给出高度，重复步骤一，否则利用高度反馈系统，对飞行器的高度进行调节。在本发明专利技术具有较高的精度；控制信号传输距离远，抗干扰性能好。有一定的实用价值。

Control method of aerocraft height based on electroencephalogram signal

The invention provides a control method for controlling the height of an aircraft based on a electroencephalogram signal. The EEG signal step one, operators wear the devices read brain machine interface operation, and through the transmission module is transmitted to the main control chip of the aircraft; step two, the 34 bytes of data stored in the analysis, extract the thirty-second bytes of data, namely the EEG signal concentration as the input of aircraft, and converted into the corresponding vehicle height; step three, the actual height of the aircraft and the preset height are compared, when the two of them are equal when it is waiting for the next given height, repeat steps, otherwise using the feedback system, to adjust the height of the aircraft. The invention has the advantages of high precision, long distance of control signal transmission and good anti-interference performance. It has some practical value.

【技术实现步骤摘要】
基于脑电信号控制飞行器高度的控制方法
本专利技术涉及的是一种飞行器高度控制方法，尤其涉及一种基于脑电信号控制飞行器高度的控制方法。
技术介绍
随着近些年来飞行器的应用越来越广泛，传统的控制方法在控制的灵活性和控制方法均有所欠缺，应新的技术需求，人们一直在寻找别的有效控制方法。目前可以提取脑电信号来判断大脑的专注度，而脑电信号提取的关键技术是脑机接口技术(Brain-ComputerInterface,BCI)，它是一门涉及神经科学、机器识别、信号检测、信号处理等多门学科的综合技术。20多年来，脑机接口技术的研究进步很大，出现了诸多实际应用的优秀产品，在虚拟设备、机器手控制等领域表现相当优秀，而在国内外的公开文献中，未见有使用脑电信号中的专注度去控制飞行器高度的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种控制精度高，抗干扰性能好的基于脑电信号控制飞行器高度的控制方法。本专利技术的目的是这样实现的：步骤一、操作人员佩戴的脑机接口设备读入操作人员的脑电信号，并通过传输模块传送给飞行器的主控制芯片，主控制芯片中的主控程序对传输进来的脑电信号数据包进行分析，当收到0XAA0XAA0X20时表示数据可以正常接收，其后的数据存入一个34个字节的数组里面，否则脑机接口设备继续读入脑电信号，直到主控制芯片收到0XAA0XAA0X20再进行下一步操作；步骤二、对存入的34字节数据进行分析，提取出其中的第32字节数据，即脑电信号中的注意力集中程度作为飞行器的输入，其变化范围为0到100，并将其转化为对应的飞行器的高度；步骤三、将步骤二得到的由注意力集中程度转化的对应的飞行器的高度作为预设高度，将飞行器的实际高度与预设高度进行对比，当它们二者相等时则等待下一次的给出高度，重复步骤一，否则利用高度反馈系统，对飞行器的高度进行调节。本专利技术还可以包括：1、所述脑机接口设备读入操作人员的脑电信号的具体实现方法为：脑机接口设备通过电极贴片和耳夹形成回路，捕捉神经细胞发出的微弱电信号。2、所述脑电信号中的注意力集中程度作为飞行器的输入具体包括：将脑电信号的注意力集中程度分成五个部分：第一部分0-20、第二部分21-40、第三部分41-60、第四部分61-80、第五部分81-100，第一部分对应的飞行器高度为0-1米、第二部分为1-2米、第三部分为2-3米、第四部分为3-4米、第五部分为4-5米。3、所述飞行器的实际高度是超声波传感器的测量高度。4、将飞行器的实际高度与预设高度进行对比具体包括：预设高度与超声波传感器测量的当前高度进行做差,然后采用增量型数字PID算法进行高度反馈，经过PID调节使测量高度趋近预设高度。本专利技术以飞行器为对象，提供了一种基于脑电信号控制飞行器高度的方法。利用MindWaveMobile采集并分析操作人员的脑电信号，提取脑电信号中的eSense专注度，并以此信号做为飞行器的输入信号，在超声波传感器的配合下实现高度反馈信号，使一定范围的脑电信号大小对应一定的飞行器高度。实现本专利技术的组成部分包括：1、MindWaveMobile设备通过电极贴片和耳夹形成回路，能够捕捉神经细胞发出的微弱的电信号。当人们的脑内活动处于不同的精神状态的时候，大脑中的神经细胞所放的生物电信号就会表现出不同的波形模式，这些波形已经通过长时间的研究得到了定义和描述，并通过算法分析出脑内活动状态；2、无线传输模块通过与MindWaveMobile脑机接口设备的链接对发来的数据进行接收处理并通过串口通信发向主控制芯片，其能自动的与MindWaveMobile脑机接口设备进行无线连接，并且自动的接收数据，周期为1秒。3、本专利技术除了MindWaveMobile设备采集脑电信号外，还包含信号处理模块和飞行器主控制芯片，其中飞行器主控制芯片还与超声波传感器、电子罗盘、陀螺仪相连，通过对各部分的协调控制，共同完成数据采集、信息融合、参数计算、姿态输出等任务，并最终表现在对飞行器的空中姿态的控制上。本专利技术的优点主要体现在：利用超声波传感器收集了高度反馈信号，精确的提供了飞行器的高度信息，在本专利技术中，使用超声波传感器作为高度传感器，具有较高的精度；本专利技术的控制信号传输距离远，抗干扰性能好。因此本专利技术的研究对飞行器高度的控制方法提供了新的思路，同时有助于帮助精神病患者和注意力不集中的小孩的康复治疗，有一定的实用价值。附图说明图1MindWave脑机接口设备示意图；图2MindWave数据通信协议；图3本专利技术整体流程图；图4本专利技术根据脑电波大小控制飞行器高度的流程图；图5PID进行参数修正控制框图。具体实施方式下面结合附图举例对本专利技术作进一步描述。本专利技术实现的是在外界的刺激下(语言、图像)，不需要任何的肢体动作和语言，通过MindWaveMobile采集脑电波信号，由无线传输模块发送给主控制芯片，主控程序对脑电波信号进行有效信号提取，利用此信号来控制飞行器的高度，并将超声波传感器采集到的高度信息与期望高度相对比，通过调节油门的大小，使其到达预设高度。继续采集脑电波信号，重复以上过程，本专利技术是根据测试者的脑电波信号中的eSense专注度参数的大小来控制飞行器高度的。结合图1，MindWaveMobile脑机接口设备包括头箍1、电极贴片2和耳夹3。1脑电信号的提取大脑顶部控制肢体活动，大脑后部对视力进行控制，而对人的情绪、精神状态及专注状态的控制是由大脑前额处的皮质进行控制，因此脑机设备把传感器设置在前额的FPI区域，可以采集到eSense专注度参数、eSense冥想度参数、eSense眨眼检测等信号。MindWaveMobile通过电极贴片和耳夹形成回路，能够捕捉到最大信号为1mv的微小脑电波信号，通过算法分析出脑内活动状态。例如，当脑波处于12到30HZ之间时，为Beta波，表示大脑正处于专注状态，当脑波在8到12HZ时，即Alpha，表明大脑处于平静放松的状态。脑电信号的处理流程大致分位四步，一、进行信号采集：无源干式传感器从头皮检测到电力信号；二、进行信号过滤：把干扰噪音从脑电信号中过滤掉；三、进行信息解读：通过eSense算法将脑电波解读为eSense参数，用于表示用户当前的精神状态；四、人机交互：将eSense参数传递给计算机，手机等智能设备，从而可以通过脑电波进行人机交互。2MindWave数据通信协议结合图2，本专利技术借助的是神念科技公司生产的MindWave脑机接口设备，内置优秀的脑电分析算法，且能够自动接收、分析脑电信号，并且通过无线发送。脑电接口设备发送的数据包采用ASCII码国际标准编码，数据包结构包括同步字、报文长度、数据内容、CRC循环冗余校验码，总长36字节。MindWave数据通信协议如下：当传输设备收到0XAA0XAA0X20是即表示数据正常接收，检验起始帧为0XAA0XAA，当检测到对应帧便认为一条数据包已经正常开始接收，紧接着下一字节0X20便是整个要传送的数据的总长度，其后的数据可以存入一个34个字节的数组里面，最后一个字节是奇偶校验码。根据协议第32个字节的数据表示的是注意力集中程度(eSenseAttention)，其值的变化范围为0到100，频率为1Hz。而本专利技术的最终控制量即油门变量，也是一个在一定范围内变化的量，这与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于脑电信号控制飞行器高度的控制方法，其特征是：步骤一、操作人员佩戴的脑机接口设备读入操作人员的脑电信号，并通过传输模块传送给飞行器的主控制芯片，主控制芯片中的主控程序对传输进来的脑电信号数据包进行分析，当收到0XAA 0XAA 0X20时表示数据可以正常接收，其后的数据存入一个34个字节的数组里面，否则脑机接口设备继续读入脑电信号，直到主控制芯片收到0XAA 0XAA 0X20再进行下一步操作；步骤二、对存入的34字节数据进行分析，提取出其中的第32字节数据，即脑电信号中的注意力集中程度作为飞行器的输入，其变化范围为0到100，并将其转化为对应的飞行器的高度；步骤三、将步骤二得到的由注意力集中程度转化的对应的飞行器的高度作为预设高度，将飞行器的实际高度与预设高度进行对比，当它们二者相等时则等待下一次的给出高度，重复步骤一，否则利用高度反馈系统，对飞行器的高度进行调节。

【技术特征摘要】
1.一种基于脑电信号控制飞行器高度的控制方法，其特征是：步骤一、操作人员佩戴的脑机接口设备读入操作人员的脑电信号，并通过传输模块传送给飞行器的主控制芯片，主控制芯片中的主控程序对传输进来的脑电信号数据包进行分析，当收到0XAA0XAA0X20时表示数据可以正常接收，其后的数据存入一个34个字节的数组里面，否则脑机接口设备继续读入脑电信号，直到主控制芯片收到0XAA0XAA0X20再进行下一步操作；步骤二、对存入的34字节数据进行分析，提取出其中的第32字节数据，即脑电信号中的注意力集中程度作为飞行器的输入，其变化范围为0到100，并将其转化为对应的飞行器的高度；步骤三、将步骤二得到的由注意力集中程度转化的对应的飞行器的高度作为预设高度，将飞行器的实际高度与预设高度进行对比，当它们二者相等时则等待下一次的给出高度，重复步骤一，否则利用高度反馈系统，对飞行器的高度进行调节。2.根据权利要求1所述的基于脑电信号控制飞行器高度的控制方法，其特征是所述脑机接口设备读入操作人员的脑电信号的具体实现方法为：脑机接口设备通过电极贴片和耳夹形成回路，捕捉神经细胞发出的微弱电信号。3.根据权利要求1或2所述的基于脑电信号控制飞行器高度的控制方法，其特征是所述脑电信号中的注意力集中程度作为飞行器的输入具体包括：将脑电信号的注意力集中程度分成五个部分：第一部分0-20、第二部分21-40、第三部分41-60、第四部分61-80、第五部分81-100，第一部分对应的飞行器高度为0-1米、第...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈光柳，池海红，张磊，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23