意念控制系统探究

张煜升 冯志鸿

广东工业大学华立学院机电系 广东广州 广东增城 511300

【文章摘要】

本作品集成了ThinkGear AP 生物芯片，过滤杂波，精确收集人脑电波。通过mindwave 分析系统把脑电波原始信号转换成数字信号进行无线传输和控制。它分为采集发射头戴器和接收控制器两部分。头戴器上有红外照射器，用来选择控制对象。头戴器采集四种脑电波发送给控制器分别控制受控对象的四种功能，且功能与信号的对应可自行设置。本作品是第一款脑电波遥控器，具有操作方便，控制对象多，控制信号多，可个性化设置等多种特点。

【关键词】

脑电波；遥控器；多控制对象；多控制信号

0 引言

人身上都有磁场，但人思考的时候，磁场会发生改变，形成一种生物电流通过磁场，而形成的东西，我们就把它定位为“脑电波”。这是一些自发的有节律的神经电活动，其频率变动范围在每秒1 － 30次之间，可划分为四个波段，即δ（1 －3Hz）、θ（4 － 7Hz）、α（8 － 13Hz）、β（14 － 30Hz）。脑电波分析δ 波，频率为每秒1 － 3 次，当人在婴儿期或智力发育不成熟、成年人在极度疲劳和昏睡状态下，可出现这种波段。θ 波，频率为每秒4 － 7 次，成年人在意愿受到挫折和抑郁时以及精神病患者这种波极为显著。但此波为少年（10 －17 岁）的脑电图中的主要成分。α 波，频率为每秒8 － 13 次，平均数为10 次左右，它是正常人脑电波的基本节律，如果没有外加的刺激，其频率是相当恒定的。人在清醒、安静并闭眼时该节律最为明显，睁开眼睛或接受其它刺激时，α 波即刻消失。β 波，频率为每秒14 － 30 次，当精神紧张和情绪激动或亢奋时出现此波，当人从睡梦中惊醒时，原来的慢波节律可立即被该节律所替代。在人心情愉悦或静思冥想时，一直兴奋的β 波、δ 波或θ 波此刻弱了下来，α 波相对来说得到了强化，因为这种波形最接近右脑的脑电生物节律，于是人的灵感状态就出现了。

1 脑电波采集

本作品的脑电波采集模块集成了ThinkGear AP 生物芯片，过滤杂波，精确收集人脑电波。它采用不锈钢合金干式传感器可以把检测到的的生物信号传输到ThinkGear，然后处理成便于使用的数据流。通常情况下，把微弱的脑波信号从周围的电信号、肌电波信号等干扰信号中区分开来是最困难的。本模块通过硬件滤波技术杂波剔除, 将原始脑波信号线性模拟放大处理, 处理后的精确信号会被输入到芯片上的运算设备中。大脑状态经过运算法则转为eSense 数据，这些先进技术是NeuroSky 及顶尖研究机构和大学研究出来的。NeuroSky 的技术目前可以精确的测量到人的脑波。通过这个模块，我们把脑电波过滤出来，并且进行信号放大，供给无线模块传输。

2 控制器

2.1 控制器的工作说明

单片机接收pwm 信号为1~35HZ。用一个红外线光线照射。系统上有4 个红外接收器，分别为a，b，c，d。（接收器对应安放在受控电器的显眼位置上，方便接收信号。）系统控制3 个开关（3 个开关分别控制3 个电器，也可控制同一个电器的不同部分），分别为a1，b1，c1。系统还控制一个电机的d1。当红外线照射到a 时，pwm 实时控制开关a1，pwm 为1~7hz 时开关为断开；7hz 以上时为开关导通。当红外线照射到b 时，pwm 实时控制开关b1，pwm 为1~7hz 时开关为断开；7hz 以上时为开关导通。当红外线照射到c 时，pwm 实时控制开关c1，pwm 为1~7hz 时开关为断开；7hz 以上时为开关导通。当红外线照射到d 时，pwm 实时控制电机。pwm 为1~3hz 时电机停转。14~30hz 时电机转速最快。当大于3hz 小于14hz 时频率越高电机转速越快。

2.2 控制器的连接示意图（图1）

2.3 控制器的程序

程序加入滤波算法进行软件滤波和模糊智能控制算法，对于MCU 输出加入负反馈系统， 在软件层面进一步提高控制的精准度。

2.4 未来发展方向

目前本作品对脑电波的分析只停留在特殊且容易记录的4 种常见脑电波形。以后我们要采集更多的数据进行分析。发现和利用更多的脑电波形。并且要不断优化控制方案。让用户的控制更为容易。最终实现能够完整读取人的逻辑思维，从而开创人机结合的新时代。

【参考文献】

[1] 扬立才，李佰敏，李光林. 脑接口技术综述[J]. 电子学报，2005,33（7）：1234~1241

[2] 庆华，彭承琳. 脑机接口技术研究方法[J]. 重庆大学学报，2002.25（12）：106~109

[3] 张毅刚，彭喜元，姜守达. 新编MCS-51 单片机应用设计（第二版）[M]. 哈尔滨工业大学出版社.2003:83-84【作者简介】　　张煜升（1991--），男，广东潮州人，本科，电气工程及其自动化专业，研究方向：嵌入式系统, 工控算法