[發明專利]基于SSVEP腦電電位的無線BCI輸入系統

有效

• 申請號: 201510429097.2
• 申請日: 2015-07-20
• 公開（公告）號: CN105022488B
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 楊春蘭;聶英男;李琬;吳水才
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 沈波

1.基于SSVEP腦電電位的無線BCI輸入系統，該系統通過藍牙與移動智能設備配對連接，使用者僅需要注視按鍵即可實現對移動智能設備的無線控制；

其特征在于：該系統包括SSVEP鍵盤、腦電頭箍；其中，SSVEP鍵盤用于呈現輸入字符并誘發使用者特定腦電電位；腦電頭箍用于采集頭皮腦電、提取SSVEP電位、分析處理腦電信號、識別使用者期望的鍵值、將鍵值通過藍牙發送給移動智能設備；

所述SSVEP鍵盤包括閃爍光發生器、外殼、蒙板；其中，閃爍光發生器用于產生特定頻率光刺激；外殼用于隔離光源；蒙板用于標示鍵值；

閃爍光發生器通過NE555芯片配合定值電容電阻，產生特定頻率的方波，驅動LED發光，不同LED光源之間使用不透明塑料隔離，標有鍵值的半透明蒙板覆蓋于閃爍光發生器的LED光源之上，該蒙板與鍵盤整體形成抽屜式結構，便于更換；

所述腦電頭箍包括腦電采集模塊、腦電分析模塊、通信模塊及腦電頭帶；腦電采集模塊用于采集使用者頭皮腦電信號并將其進行放大、濾波和AD轉換；腦電分析模塊用于從腦電信號中提取SSVEP電位并進行分類識別；通信模塊用于將腦電分析模塊識別出的鍵值發送給移動智能設備；腦電采集模塊、腦電分析模塊及通信模塊均固定在腦電頭帶之上；

腦電采集模塊包括：電極、放大濾波電路、AD轉換電路；電極包括枕葉電極、額葉電極和耳夾電極；放大濾波電路包括兩級差分放大器和帶通濾波器；AD轉換電路采樣率為512Hz；上述枕葉電極與額葉電極分別接入差分放大器兩輸入端，耳夾電極接地；

腦電分析模塊由單片機和分析算法組成，分析算法固化在單片機之中，對腦電信號進行處理分析，包括數據分段、去除直流成分、消除基線漂移、時頻轉換、特征提取、空閑檢測、模式分類；

通信模塊包括藍牙模塊和天線，通過藍牙通訊協議將腦電分析模塊識別出的鍵值發送給配對的移動智能設備。

2.根據權利要求1所述的一種基于SSVEP腦電電位的無線BCI輸入系統，其特征在于：使用時需將腦電頭帶(2)佩戴于使用者(3)的頭部，將SSVEP鍵盤(1)置于使用者(3)前方，腦電頭帶(2)與移動智能設備(4)通過藍牙連接；使用者(3)注視SSVEP鍵盤(1)上的按鍵即可將對應鍵值輸至移動智能設備(4)；

SSVEP鍵盤(1)底部的LED光源(13)按照預設頻率閃爍，蒙板(12)為半透明材質，過濾一部分光線避免強光引起使用者眼疲勞，外殼(11)頂部的按鍵窗為透明材質，其余部分均為不透明材質；

額葉電極(21)、枕葉電極(22)固定在腦電頭帶(2)內側，腦電采集模塊、腦電分析模塊、通信模塊均封裝在塑料外殼(24)中；使用時調節頭帶(23)使額葉電極(21)緊貼使用者(3)的額葉處皮膚，使枕葉電極緊貼使用者(3)枕葉處皮膚，將耳夾電極(25)夾于使用者(3)的左耳耳垂；

電極采集到的腦電信號經由放大電路放大后送入帶通濾波器進行濾波，濾波后的信號由AD轉換電路進行AD轉換；得到的數字信號交由腦電分析模塊進行分析，單片機調用分析算法并得到返回鍵值；鍵值由通信模塊發送給移動智能設備。

3.根據權利要求1所述的一種基于SSVEP腦電電位的無線BCI輸入系統，其特征在于：分析算法包括數據分段、去除直流成分、消除基線漂移、時頻轉換、特征提取、空閑檢測、模式分類；腦電信號按照時間點進行分段，每512個采樣點為一段，對每一段信號進行一次判定，時間點為1秒時間；將判定結果轉換為對應鍵值。

4.根據權利要求1所述的一種基于SSVEP腦電電位的無線BCI輸入系統，其特征在于：按鍵與鍵值的映射關系進行自定義設置；通過硬件開關將腦電頭帶置于自定義模式，在此模式下腦電頭帶接收配對的藍牙設備發來的命令，并對鍵值映射進行修改，具體實施如下：

將系統置于自定義模式后，藍牙模塊待機等待連接，此時使用移動智能設備與系統配對連接；在此模式下，通過藍牙串口協議向系統發送指令即可完成設置；串口指令格式為：“set##<按鍵序號>#<自定義鍵值>#”；其中，自定義鍵值為字符串也可以為AT(Attention)指令；定義2號按鍵的鍵值為“Beijing”，須發送“set##2#Beijing#”；同時，將鍵盤中間標有鍵值的蒙板抽出并重新標示鍵值，即完成對按鍵的鍵值自定義設置。