基于脑机接口与激光辅助瞄准的智能家居控制系统技术方案

本实用新型专利技术是基于脑机接口与激光辅助瞄准的智能家居系统，包括脑电头盔、家电控制终端和服务器。脑电头盔采集佩戴者脑电信号，发送到服务器进行数据分析处理，处理过后的信息进行分类处理分别发送到脑电头盔和家电控制终端，发送给控制脑电头盔的信号可以控制头盔上激光输出光斑的大小，进行不同家电的选择，再将运动想象处理后的信号发送到家电控制终端，家电控制终端对服务器发送的信号进行处理，改变家电状态，构成一套方便、高效、稳定的智能家居系统。

【技术实现步骤摘要】
基于脑机接口与激光辅助瞄准的智能家居控制系统
本技术属于嵌入式系统和激光通信技术以及脑机接口应用的交叉
，具体的说是涉及一种基于脑机接口与激光通信的数据采集、数据处理、信息传输、激光定位、光斑自动化控制、终端控制的设计和实现方案，旨在构成基于脑电与激光辅助瞄准的智能家居系统。
技术介绍
脑电检测技术是目前热门的新兴技术，它能建立人脑与计算机之间的联系，实现大脑与外界信息的交换，将大脑活动信号通过计算机去控制外部设备，或者提供观察信息，能广泛地运用于生活、娱乐、医疗和军事等领域。脑电技术通过电极从人脑中提取脑电信息，再通过计算机进行去伪除噪处理后得到需要的信息，利用这些信息可以控制相应的物体。通过这项技术就能设计出一套较为完善的智能家居系统。由于目前脑电技术还不够成熟，尤其是脑电技术中运动想象的分类限制，分类越多精度反而越低，这极大地限制了脑电技术在智能家居中的应用。虽然简单的二分类、三分类运动想象已经能够在技术上实现，且二分类实验能达到100%的精度，但太多分类的难度和复杂度明显提高，且精度和准确率会大大下降。目前也有许多智能家居设计方案，比如配备一个屏幕，通过想象屏幕上鼠标的上下左右移动去选中想要控制的家电再完成对家电的相应控制，或者是利用陀螺仪感知头部左右运动去选择屏幕上的不同家用电器。就使用效果而言，这些方案针对残障人士或者行动不便的老年人有很好的辅助作用，而对于普通大众而言倒显得不是很方便。我们通过日常观察发现，当人们想要控制某种家用电器时会不由自主地望向它，于是设计了一种脑电检测装置与激光辅助瞄准相结合的智能家居系统。
技术实现思路
为了克服目前脑电技术发展的局限性，即运动想象多分类实现精度低且稳定性差的缺点，本技术设计了一种基于脑机接口与激光辅助瞄准的智能家居系统实现方法，将脑电技术应用于智能家居以方便人们的生活。为了达到上述目的，本技术是通过以下技术方案实现的：本技术是一种基于脑机接口与激光辅助瞄准的智能家居控制系统，所述控制系统包括脑电头盔、家电控制终端和服务器，所述脑电头盔采集人的脑电信息并发送给服务器、服务器将数据处理之后反馈给脑电头盔，所述脑电头盔包括脑电采集模块、控制器1、激光调制器、光学发送天线、通信模块1，所述控制器1分别连接脑电采集模块、激光调制模块、光学发送天线、通信模块1，所述激光调制模块连接光学发送天线，所述家电控制终端安装在家用电器上，所述家电控制终端包括光电转换器、解调器、控制器2、指示灯、执行部件和通信模块2，所述光电转换器、解调器、控制器2依次连接，所述通信模块2、控制器2依次连接，所述控制器2还分别连接指示灯和执行部件，所述执行部件为所述家用电器的受控部件。本技术的进一步改进在于：所述的光学发送天线包含激光二极管、凹透镜、凸透镜、电机和调焦环，所述凹透镜和凸透镜安装在调焦环上，共轴放置，所述电机连接调焦环并控制调焦环运动，所述激光二极管发出的激光光束经过凹透镜扩散后再经凸透镜缩小扩散角度，激光调制器可以用来调制激光二极管输出的激光束，使光束上加载相关信息。本技术的进一步改进在于：所述调制的方式包括但不限于幅度调制、幅度键控、开关键控、脉冲相位调制、脉冲宽度调制。本技术的进一步改进在于：加载的信息包括但不限于脑电头盔的ID信息。一种基于脑机接口与激光辅助瞄准的智能家居控制系统，所述控制系统包括如下步骤：（1）用户佩戴上脑电头盔，脑电头盔从佩戴者大脑中采集到脑电信息，在用户初始无任何操作时脑电头盔上激光二极管状态为关；（2）脑电信号通过通信模块1被传送到服务器上进行数据处理，数据处理后提取出的信息分为两类：（2a）控制激光的信号，通过通信模块1发送给脑电头盔上的控制器1，再由控制器1驱动激光调制器和激光二极管，控制激光的信号有两种类型，一个是控制开关的眨眼信号，一个是改变光斑大小的运动想象信号；（2b）控制家用电器状态的信号，运动想象信号，用户用来控制想要改变的家用电器的目标状态；当检测到操作者有意识的2次连续眨眼信号，激光二极管打开，以初始设置输出光束；（3）使用者对光斑进行粗对准、细对准和确认对准三个步骤：（3a）激光二极管打开后会首先输出一个较大的光斑进行粗对准；（3b）通过运动想象能改变光斑的大小，通过想象光斑扩大和缩小两种状态，自动调节透镜之间的距离，从而改变光束照射在家用电器上的光斑的大小，这步为光斑细对准；（4）家电控制终端接收到光束，安装在家电控制终端内的光电转换器将光信号转化为电信号，再通过解调器对信号进行解调得到信息码，此时被照射到的家电控制终端确认信息码无误后都会亮起指示灯，用户根据指示灯的提示细对准光斑，即若亮起的指示灯不是用户想要控制的家用电器，或者同时亮起了两个及以上的指示灯，则缩小光斑使光斑只照射在用户准备控制的电器上，使目标电器亮起，当同时亮起两个及以上的指示灯时，家用电器的状态不能被改变；（5）当用户看见家用电器的信号灯亮起，即可通过运动想象控制其开关状态，当用户选择好某一家用电器为目标电器后，通过两次眨眼进入控制家用电器状态，所述控制家用电器状态的信息是指脑电信号由脑电采集模块采集后，通过通信模块1发送到服务器进行处理，由服务器向家电设备发送的信息；（6）用户通过运动想象去控制家用电器的开关，对于同一个家用电器，状态总是有限的，且一般只有很少几种状态；（7）家电控制终端接收到控制指令，通过控制器2控制执行部件，从而控制家用电器。本技术的有益效果是：1.本技术设计的系统不仅仅适用于残疾人和行动不便的老年人，也同样方便四肢健全的人使用，为生活带来便捷性，当经过短暂的练习后，即可通过视线锁定家用电器，并通过运动想象来控制家用电器，此过程完全不需要双手操作，也不需要改变人的位置；2.本技术设计的脑电对准装置即激光选择装置具有光斑大小自动可调、无需手动调节，更加方便，符合用户的使用习惯；3.本技术中的脑机接口与激光辅助瞄准系统构成的智能家居使得在不改变用户习惯的前提下运动想象的分类数大大减少，与其他基于脑机接口的智能家居相比，具有高效、稳定的特点。该系统由脑电采集、数据分析处理、通信模块、激光光斑微机电控制、激光通信、控制终端、服务器等多个功能模块组成，模块间的协调工作使用户能够方便快捷地控制家中的电器，最终实现一套精度高、稳定性强、用户体验好的智能家居系统。激光通信技术与无线通信原理相似，即先将目标信号调制到激光束上，然后把带有目标信号的激光发送出去，最后用接收装置把目标信号检验出来，激光通信技术由于其单色性好、方向性强、光功率集中、难以窃听、成本低和安装快等特点，得到了广泛的研究与应用，在此系统中，由于用户控制家用电器时可能不会100%对准家用电器，因此需要设置光斑大小自动可调的功能。附图说明图1是本技术的系统框图。图2是本技术光学发送天线设计图。图3是本技术透镜运动示意图。图4是本技术透镜间距扩大运动示意图。图5是本技术系统模拟图。具体实施方式为了加深对本技术的理解，下面将结合附图和实施例对本技术做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本技术，并不对本技术的保护范围构成限定。如图1-5所示，本技术是一种基于脑机接口与激光辅助瞄准的智能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于脑机接口与激光辅助瞄准的智能家居控制系统，其特征在于：所述控制系统包括脑电头盔、家电控制终端和服务器，所述脑电头盔采集人的脑电信息并发送给服务器、服务器将数据处理之后反馈给脑电头盔，所述脑电头盔包括脑电采集模块、控制器1、激光调制器、光学发送天线、通信模块1，所述控制器1分别连接脑电采集模块、激光调制模块、光学发送天线、通信模块1，所述激光调制模块连接光学发送天线，所述家电控制终端安装在家用电器上，所述家电控制终端包括光电转换器、解调器、控制器2、指示灯、执行部件和通信模块2，所述光电转换器、解调器、控制器2依次连接，所述通信模块2、控制器2依次连接，所述控制器2还分别连接指示灯和执行部件，所述执行部件为所述家用电器的受控部件。

【技术特征摘要】
1.一种基于脑机接口与激光辅助瞄准的智能家居控制系统，其特征在于：所述控制系统包括脑电头盔、家电控制终端和服务器，所述脑电头盔采集人的脑电信息并发送给服务器、服务器将数据处理之后反馈给脑电头盔，所述脑电头盔包括脑电采集模块、控制器1、激光调制器、光学发送天线、通信模块1，所述控制器1分别连接脑电采集模块、激光调制模块、光学发送天线、通信模块1，所述激光调制模块连接光学发送天线，所述家电控制终端安装在家用电器上，所述家电控制终端包括光电转换器、解调器、控制器2、指示灯、执行部件和通信模块2，所述光电转换器、解调器、控制器2依次连接，所述通信模块2、控制器2依次连接，所述控制器2还分别连接指示灯和执行部件，所述执行部件为所述家用电器的受控...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨舒琴，黄海平，杜安明，甘舒瑜，朱晓峰，胡林康，何凡，胡振超，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32