残疾人家庭环境控制及健康监护系统的研制

【摘要】：残疾人家庭环境控制系统是专为残疾人设计的电子机械辅助装置,用来帮助使用者控制家居环境中的各种电器,目前常用的控制方法有吹吸气开关、口持棒、话筒、红外光束等。本论文在研究了各种已有控制方法的基础上,提出了下面两种控制方式:一种是脑-机接口(Brain-computer Interface,BCI)的方式,即通过脑电波进行控制;另一种是喉头振动波语音的方式,即通过识别使用者说话时的喉头振动波来进行控制。 BCI系统辨识出不同的稳态视觉诱发脑电电位,以区分出使用者注视的不同目标,并执行相应的控制功能。这部分主要由脑电放大和采集器、DSP模块和执行单元组成。本论文中设计并制作了一个便携式的控制箱,实现的功能包括:开启/关闭常用电器,通过红外遥控设备控制电视和空调等家用电器,拨打电话并启动录音报警。经临床实验证明,这套脑-机接口装置能较好地帮助残疾人控制家电设备。 语音控制采用的信号是喉部送话器传导的喉头振动波。喉部送话器直接感受声门处皮肤的振动,不经过空气传导,因而具有很强的抗环境噪声干扰的 能力。本系统结合了空气传导(普通麦克风信号)和非空气传导(喉部送话器信号)两种语音信号进行识别,经计算机上的算法模拟,表明这种方法能有效地提高语音控制的稳健性。 此外,本课题中还研究了一种家用健康监护的方法:使用气囊式传感器进行呼吸和心率监测。气囊式传感器置于床垫下,感知体表微弱的振动信号。处理软件分别从中提取出心冲击图信号和呼吸信号,并较准确地测量出了瞬时心率和瞬时呼吸波间隔。