一种面向疲劳人群的芳香疗法供气方法

1.本发明属于电子技术领域，特别涉及一种面向疲劳人群的芳香疗法供气方法。


背景技术：

2.随着社会的发展和经济水平的进步，人们的工作方式逐步转变为高压和快节奏，容易产生精神疲劳。精神疲劳状态的人，可能会瞌睡，反应迟钝，甚至工作失神，在交通运输行业、工厂制造业、医院手术治疗等工作领域，容易引发诸多问题，所以针对疲劳的检测与使人体脱离疲劳状态的反馈是有意义的。
3.在人体处于疲劳焦虑抑郁失眠等状态下，很多时候人们会优先考虑使用药物去消除这些状态，但是药物带来的生理与心理上的副作用无论如何都不能忽视。
4.目前现有的补充代替医学手段有音乐刺激、电刺激、光刺激、芳香疗法，但是针对以上刺激，存在电刺激的大众接受度不高，声光刺激的设备贵。而芳香疗法是一种健康的自然疗法，具有操作方便、作用温和、安全、副作用小的特点，芳香疗法作为补充代替医学，是一种廉价而且无创的方法，对健康与不健康的人都有明显缓解疲劳的作用，并且已有实验对芳香疗法的作用效果进行证明。因此芳香刺激的接受度普遍，并不需要昂贵的设备成为了优势。
5.但是目前的方案中均为对芳香扩散，但是扩散到空气中的芳香气体是否会随着流动的空气减少，又是否会因为人体的体动，呼吸使实时吸入鼻腔的气体中精油分子的量产生变化，即无法满足在鼻腔周围始终保持一定浓度的芳香气体。


技术实现要素：

6.本说明书实施例的目的是提供一种面向疲劳人群的芳香疗法供气方法。
7.为解决上述技术问题，本技术实施例通过以下方式实现的：
8.本技术提供一种面向疲劳人群的芳香疗法供气方法，该方法包括：
9.上位机接收主控模块发送的生理信号数据，并对生理信号数据进行解包，得到解包后数据；
10.对解包后数据进行特征提取，得到生理特征；
11.根据生理特征，确定是否处于疲劳状态，若处于疲劳状态时，向主控模块发送释放芳香精油气体的信号，以使主控模块控制供气模块释放芳香精油气体。
12.在其中一个实施例中，生理信号数据包括心电信号、脑电信号、体表温度信号中至少一者。
13.在其中一个实施例中，若生理信号数据为脑电信号时，解包后数据对应为解包后脑电信号，特征提取后得到的生理特征对应为脑电特征；
14.对解包后数据进行特征提取，得到生理特征，包括：
15.去除解包后脑电信号的直流分量、高频分量，得到离散脑电信号；
16.使用快速傅里叶变换提取离散脑电信号中alpha波、theta波和beta波的频谱；其
中，theta波的频率范围为4-7hz，alpha波的频率范围为8-13hz，beta波的频率范围为14-30hz；
17.根据alpha波、theta波和beta波的频谱，计算alpha波、theta波和beta波的功率谱密度；
18.根据alpha波、theta波和beta波的功率谱密度，计算(alpha+theta)/beta的功率谱密度；
19.将(alpha+theta)/beta的功率谱密度作为脑电特征。
20.在其中一个实施例中，去除解包后脑电信号的直流分量、高频分量，得到离散脑电信号，包括：
21.滤除解包后脑电信号的工频干扰，得到滤除干扰后脑电信号；
22.对滤除干扰后脑电信号采用小波变换及自适应滤波消除眼电信号，得到纯净脑电信号；
23.去除纯净脑电信号的直流分量、高频分量，得到离散脑电信号。
24.在其中一个实施例中，若脑电信号采用前额三导联方式采集，则分别计算前额三导联的(alpha+theta)/beta的功率谱密度，将所有(alpha+theta)/beta的功率谱密度相加的结果，作为脑电特征。
25.在其中一个实施例中，若生理信号数据为心电信号时，解包后数据对应为解包后心电信号，特征提取后得到的生理特征对应为心电特征；
26.对解包后数据进行特征提取，得到生理特征，包括：
27.获取心率变异性频域上的功率谱；
28.根据功率谱确定低频功率和高频功率；
29.将低频功率与高频功率的比值，作为心电特征。
30.在其中一个实施例中，心电特征包括时域中心搏r-r间的标准差。
31.在其中一个实施例中，心电特征包括心率的变化。
32.在其中一个实施例中，若生理信号数据为体表温度信号时，特征提取后得到的生理特征对应为体表温度特征；体表温度特征包括体表温度在预设间隔内的变化。
33.在其中一个实施例中，主控模块采用pid控制供气模块释放芳香精油气体；
34.方法还包括：pid参数的整定，具体为：
35.确定pid环节的第一传递函数；确定供气模块中无刷直流电机的第二传递函数；
36.确定气流量传感器的第三传递函数；
37.根据第二传递函数和第三传递函数，确定k和t；
38.根据k和t及第一传递函数，确定整定后的传递函数；
39.采用模糊控制整定pid参数的方法及整定后的传递函数，得到pid参数。
40.由以上本说明书实施例提供的技术方案可见，该方案通过对接收的生理信号数据进行解包，并对解包后数据进行特征提取，得到生理特征，然后根据生理特征确定是否处于疲劳状态，进而确定是否释放芳香精油气体，实现芳香反馈，即可实现精准的释放芳香精油气体。
附图说明
41.为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
42.图1为本技术提供的面向疲劳人群的芳香疗法供气装置的结构示意图；
43.图2为本技术提供的面向疲劳人群的芳香疗法供气方法的流程示意图；
44.图3为本技术提供的眼电混合信号去除眼电信号的流程框图示意图；
45.图4为本技术提供的系统传递函数的框图示意图；
46.图5为本技术提供的无刷直流电机的电路模型示意图；
47.图6(a)为本技术提供的流量阶跃响应示意图，图6(b)为流量阶跃响应拟合曲线示意图；
48.图7为本技术提供的整定后的传递函数的框图示意图；
49.图8为本技术提供的模糊控制整定pid的流程示意图。
具体实施方式
50.为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书保护的范围。
51.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本技术。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本技术的描述。
52.在不背离本技术的范围或精神的情况下，可对本技术说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本技术的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本技术说明书和实施例仅是示例性的。
53.关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
54.芳香疗法对疲劳人群进行供气，作用的时间短，且效果明显，但是目前方案中芳香气体供给的量并不能准确控制，这在进行有关芳香的实验中是十分致命的，目前的方案均为对芳香扩散，但是扩散到空气中的芳香气体是否会随着流动的空气减少，又是否会因为人体的体动，呼吸使实时吸入鼻腔的气体中精油分子的量产生变化，所以这是一个缺陷，一个能够使鼻腔周围始终保持一定浓度芳香气体的方法是必要的。
55.现有相关实施例一
56.一种芳香疗法对抗抑郁的综合调节干预药剂、装置及方法，设计了一种针对于抑郁症人群调节的芳香配方，并且设计了一种芳香的释放装置，该装置通过机械机构的移动间歇的打开关闭上方排气孔使达到芳香气体间歇排出的目的。该方案通过机械装置与上方
排气孔配合不能实现芳香气体量的精准控制与释放，另外没有对患者的实时生理状态进行检测，芳香气体释放过程具有盲目性，因而不能很有力说明是否是芳香气体在起作用。
57.现有相关实施例二
58.一种用于芳香疗法的氧气湿化瓶，通过将吸氧装置结合芳香疗法实现了吸氧与吸芳香同时进行，病人可以吸入湿化的芳香气体与氧气缓解疼痛。该方案没有对病患是否状态变好的检测与反馈。
59.综上，缓解人类精神疲劳的传统方法有很多，比如降低工作强度、短暂休息、喝含咖啡因的饮料、服用特殊的药物、电流刺激等。但是以上方式具有成本高、效率低以及耗时间，并且对人体有一定的危害的缺点。吸入芳香精油可以缓解疲劳，但是长期吸入芳香精油容易引起嗅觉疲劳，无法做到长期的精神疲劳检测预警以及缓解的作用，所以需要一种实现实时检测，可以精确按时定量地进行芳香反馈刺激的方法。
60.基于上述缺陷，本技术提出一种面向疲劳人群的芳香疗法供气方法，该方法根据接收的生理信号数据，判断人是否处于疲劳状态，根据判断结果，控制是否释放芳香精油气体，以精确控制鼻腔周围的芳香精油气体的浓度，达到缓解疲劳的作用。
61.下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明。
62.本技术提出的面向疲劳人群的芳香疗法供气方法，采用如图1所示的面向疲劳人群的芳香疗法供气装置。
63.如图1所示，面向疲劳人群的芳香疗法供气装置，可以包括：
64.生理信号采集模块1、主控模块2、供气模块3、气流量传感器4、雾化面罩5、上位机6；生理信号采集模块1、供气模块3、气流量传感器4、上位机6均与主控模块2连接，气流量传感器4分别与供气模块3、雾化面罩5连接。
65.具体的，生理信号采集模块1(对应图1中的adc模块)用于采集人体在疲劳状态下的各种生理信号，生理信号采集模块1将采集到的生理信号(对应包括心电信号、脑电信号、体表温度信号中至少一者)发送至主控模块2(对应图1中mcu)，主控模块2将生理信号发送至上位机6，上位机6对接收的生理信号进行疲劳的特征提取，基于提取的特征利用svm等机器学习方法对样本特征进行分类，判断人是否处于疲劳状态，如果处于疲劳状态时，将释放芳香精油气体(可以简称为精油气体或芳香气体)的信号传输至主控模块2，主控模块2根据释放芳香精油气体的信号控制供气模块3释放芳香气体。
66.其中，生理信号采集模块1包括心电传感器、温度传感器、脑电传感器中至少一种传感器。当生理信号采集模块1包括至少两种传感器时，各传感器之间设置有隔离电路。
67.脑电传感器可以采用脑电帽，在被试者头部涂抹导电膏用脑电帽采集脑电信号，心电传感器可以采用心电电极，使用贴片电极采集心电信号等。
68.另外，生理信号采集模块的外壳材料可以采用碳纤维材质，使得整个装置的重量大大减轻，各个传感器和主控模块是分离的，在需要采集信号时连接好即可，做到了小巧便携。各个传感器还可以精心设计，比如心电传感器可以采用带有蓝牙传输功能的专用心电电极夹，比传统贴片式电极更方便，同时避免了传统电极带给人的不适感，脑电传感器可以使用公开号为：cn106236027b中公开的采集电极，这些都使得在佩戴传感器时舒适度大大提升。
69.另外，多个生理信号采集模块在采集人体参数时，各个信号之间设计了隔离电路
从而有效避免了传统装置同时采集生理信号时信号串扰的问题，使得采集到的信号质量得到了保证。
70.其中，主控模块2可以选用单片机，且单片机需满足具有spi(serial peripheral interface，串行外设接口)接口、iic(inter-integrated circuit，集成电路总线)接口、usart((universal synchronous asynchronous receiver and transmitter，通用同步异步收发器)接口及gpio(general purpose input output，通用输入输出)接口等，以与其他模块连接通信。并且主控模块2可以实现pwm(pulse width modulation，脉宽调制)波形生成、adc(analog-to-digital converter，模数转换器)采样等。
71.其中，上位机6要实现串口通讯的设置与主控模块2通讯，不仅方便实验人员进行调试，接受生理信号，将其以波形图的方式显示，并且将生理信号进行特征提取，再利用svm算法分类，分析被试者的疲劳程度，将是否释放芳香气体的信号传输至主控模块2，然后对这些特征再次进行分类观察人体是否脱离疲劳状态。示例性的，主控模块2和上位机6之间的通讯采用蓝牙通讯，蓝牙通讯有助于避免工频干扰，且传输速率较高，可以满足需求。
72.其中，生理信号采集模块1采用以ads1299为核心的采样电路，它采用spi通讯协议，具有24位高精度采样分辨率，且传输速率从250sps到16ksps，是十分流行的心电脑电等微弱生理信号的采集芯片。生理信号采集模块1与主控模块2之间采用spi通讯。
73.其中，供气模块3实现的功能是接收来自主控模块2的控制信号，将一定流量的气体输出。
74.其中，气流量传感器4可以选择一款适用于呼吸机、麻醉机的气流量传感器，主控模块2可以接收来自气流量传感器4的气流量值，主控模块2根据气流量值调节供气模块3输出的芳香精油气体，以使供到雾化面罩5处的芳香精油气体流量维持预定值，该预定值可以根据实际经验确定，该预定值能保证供到雾化面罩5处的气流量不能太小以至于被试者呼吸到的芳香精油气体不充分，也不能太大使得被试者感到难受。气流量传感器4具有iic接口，气流量传感器4与主控模块2之间可以通过iic接口连接。
75.其中，雾化面罩5可以采用市面上常见的鼻腔雾化吸入器，方便吸入雾化气体(即芳香精油气体)，且可以排出呼出的二氧化碳气体，雾化面罩5用于供给芳香雾化气体，它将鼻腔周围密封，只需要调整供气流速保证雾化面罩5内精油气体正压，就可以完全避免外界气体的进入。
76.继续参照图1，面向疲劳人群的芳香疗法供气系统还包括lcd模块7，lcd模块7与主控模块2连接。
77.具体的，lcd(liquid crystal ddisplay，液晶显示器)模块7可以显示目前被试者的疲劳状态、供气模式、供气时长、设定的流量、实时的流量等，对于便携式的设备来说这是一个很好的交互界面。lcd模块与主控模块可以采用spi通讯。
78.继续参照图1，面向疲劳人群的芳香疗法供气系统还包括供电模块7，供电模块7与主控模块2连接。可选的，供电模块8为充电模块和电源模块中任意一种或组合。供电模块为整个面向疲劳人群的芳香疗法供气系统进行供电。
79.参照图2，其示出了适用于本技术实施例提供的面向疲劳人群的芳香疗法供气方法的流程示意图。
80.如图2所示，面向疲劳人群的芳香疗法供气方法，可以包括：
81.s210、上位机接收主控模块发送的生理信号数据，并对生理信号数据进行解包，得到解包后数据；
82.s220、对解包后数据进行特征提取，得到生理特征；
83.s230、根据生理特征，确定是否处于疲劳状态，若处于疲劳状态时，向主控模块发送释放芳香精油气体的信号，以使主控模块控制供气模块释放芳香精油气体。
84.其中，生理信号数据包括心电信号、脑电信号、体表温度信号中至少一者。
85.具体的，上位机首先将接收到的生理信号数据进行解包，经过简单过滤操作后将测得的实时数据显示在波形图上，分为心电波形、脑电波形和体表温度波形，然后对生理信号数据进行特征提取，提取出代表人体疲劳的一系列生理特征，然后根据生理特征，判断是否处于疲劳状态，在疲劳的时候向主控模块发送释放芳香精油气体的辛苦，以控制供气模块释放芳香精油气体。
86.本实施例中，通过对接收的生理信号数据进行解包，并对解包后数据进行特征提取，得到生理特征，然后根据生理特征确定是否处于疲劳状态，进而确定是否释放芳香精油气体，实现芳香反馈，即可实现精准的释放芳香精油气体。
87.本技术一个实施例中，若生理信号数据为脑电信号时，解包后数据对应为解包后脑电信号，特征提取后得到的生理特征对应为脑电特征；
88.s220对解包后数据进行特征提取，得到生理特征，包括：
89.去除解包后脑电信号的直流分量、高频分量，得到离散脑电信号；
90.使用快速傅里叶变换提取离散脑电信号中alpha波、theta波和beta波的频谱；其中，theta波的频率范围为4-7hz，alpha波的频率范围为8-13hz，beta波的频率范围为14-30hz；
91.根据alpha波、theta波和beta波的频谱，计算alpha波、theta波和beta波的功率谱密度；
92.根据alpha波、theta波和beta波的功率谱密度，计算(alpha+theta)/beta的功率谱密度；
93.将(alpha+theta)/beta的功率谱密度作为脑电特征。
94.其中，去除解包后脑电信号的直流分量、高频分量，得到离散脑电信号，包括：
95.滤除解包后脑电信号的工频干扰，得到滤除干扰后脑电信号；
96.对滤除干扰后脑电信号采用小波变换及自适应滤波消除眼电信号，得到纯净脑电信号；
97.去除纯净脑电信号的直流分量、高频分量，得到离散脑电信号。
98.上述实施例中，若脑电信号采用前额三导联方式采集，则分别计算前额三导联的(alpha+theta)/beta的功率谱密度，将所有(alpha+theta)/beta的功率谱密度相加的结果，作为脑电特征。
99.具体的，前额三导联的eeg(electroencephalogram，脑电图)信号为fp1、fpz、fp2，采集到的脑电信号(图3中眼电混合信号)中含有较多工频干扰，采用50hz的工频陷波滤波器滤除工频干扰，如图3所示，将得到滤除干扰后脑电信号采用小波变换(包括图3中小波分解、眼电提取、小波重构)加自适应滤波的算法去除眼电混合信号中的眼电信号，得到较为纯净的eeg信号(即纯净脑电信号，对应图3中纯净脑电)。
100.将得到的较为纯净的eeg信号通过matlab设计的iir滤波器，带通系数为(0.5-30hz)去除直流分量、高频分量，得到离散脑电信号f(n)。
101.使用快速傅里叶变换fft提取离散脑电信号f(n)中alpha波(α波)(频率范围为8-13hz)、theta波(θ波)(频率范围为4-7hz)与beta波(β波)(频率范围为14-30hz)的频谱：
[0102][0103]
其中，f(n)为脑电信号，n为样本点总数，k为频率的大小，f(k)为频谱。
[0104]
根据alpha波、theta波和beta波的频谱，计算alpha波、theta波和beta波的功率谱密度：
[0105][0106]
其中，p(k)为功率谱密度。
[0107]
根据alpha波、theta波和beta波的功率谱密度，计算(alpha+theta)/beta的功率谱密度，即为脑电特征(或称为脑电指标)。
[0108]
若脑电信号采用前额三导联方式采集，将三额前导联分别得到的(alpha+
[0109]
theta)/beta的功率谱密度相加，得到脑电特征(或称为脑电指标)。
[0110]
通过观察脑电指标，得到在疲劳时增加，在接受刺激的时候降低，则表明疲劳症状有所缓解。
[0111]
本技术一个实施例中，若生理信号数据为心电信号时，解包后数据对应为解包后心电信号，特征提取后得到的生理特征对应为心电特征；
[0112]
s220对解包后数据进行特征提取，得到生理特征，包括：
[0113]
获取心率变异性频域上的功率谱；
[0114]
根据功率谱确定低频功率和高频功率；
[0115]
将低频功率与高频功率的比值，作为心电特征。
[0116]
具体的，心电信号的指标有心率变异性(hrv)，hrv是指两次连续心跳之间间隔的变化，hrv特征主要有：频域上的功率谱包括：低频(lf)(0.04-0.15hz)和高频(0.15-0.4hz)，在疲劳状态时，lf的功率增加而hf的功率降低，所以用lf/hf的值作为心电特征表示疲劳的指标，lf/hf增加则疲劳，降低则疲劳缓解。时域中心电特征采用心搏r-r间期的标准差(sdnn)，sdnn代表了心率变化幅度大，在疲劳的时候sdnn要低一些。心率(hr)的变化也可以作为心电特征反应疲劳程度，心率增加则疲劳减小。
[0117]
本技术一个实施例中，若生理信号数据为体表温度信号时，特征提取后得到的生理特征对应为体表温度特征；体表温度特征包括体表温度在预设间隔内的变化。
[0118]
具体的，人体的近端体表温度变化δt在疲劳的时候会有微弱的升高，通过采集体表温度在一定时间间隔内的变化表征疲劳的程度。
[0119]
基于以上各种特征，利用svm机器学习的方法对样本进行分类，判断是否处于疲劳状态，在接受芳香刺激后再次分类判断是否在清醒的状态。
[0120]
本技术一个实施例中，主控模块采用pid控制供气模块释放芳香精油气体；
[0121]
方法还包括：pid参数的整定，具体为：
[0122]
确定供气模块中无刷直流电机的第一传递函数；
[0123]
确定气流量传感器的第二传递函数；
[0124]
根据第一传递函数和第二传递函数，确定k和t；
[0125]
根据k和t，确定整定后的传递函数；
[0126]
采用模糊控制整定pid参数的方法及整定后的传递函数，得到pid参数。
[0127]
具体的，为了实现pid控制，首先要计算出系统的传递函数，如图4为一个通过控制电机控制气流量传感器的系统的传递函数，包括图4中各个环节。
[0128]
其中，pid环节的传递函数即第一传递函数为式(1)：
[0129][0130]
其中，s是拉氏变换后的复频率，k
p
、ki、kd是待整定的pid参数。
[0131]
供气模块中无刷直流电机(可以简称为电机)的第一传递函数g1整定如下：
[0132]
无刷直流电机的电路模型如图5所示。
[0133]
主要元件为电阻电感，回路的微分方程为式(2)：
[0134]
ldi(t)/dt+ri(t)+e(t)＝u(t)
ꢀꢀ
(2)
[0135]
其中，l为电感值；i(t)是回路电流，r是回路电阻，e(t)是电机电枢反电动势，u(t)是输入电压。
[0136]
根据感应电势与角速度的关系：
[0137]
e(t)＝keω(t)
ꢀꢀ
(3)
[0138]
其中，ke是电动势常数，ω为角速度。
[0139]
推导出电机的电气方程如式(4)：
[0140]
ldi(t)/dt+ri(t)+keω(t)＝u(t)
ꢀꢀ
(4)
[0141]
根据转矩平衡方程与转矩与电流的关系(5)、(6)所示推导出机械方程(7)：
[0142]ml
(t)＝mm(t)-jdω(t)/dt
ꢀꢀ
(5)
[0143]mm
(t)＝kci(t)
ꢀꢀ
(6)
[0144]ml
(t)＝kci(t)-jdω(t)/dt
ꢀꢀ
(7)
[0145]
其中，j为电机转子的转动惯量；m
l
为输出转矩，mm为电磁转矩；kc为电磁力矩常数。
[0146]
将电气方程与机械方程联立消去中间变量，得到电机传函微分形式(8)：
[0147]
jl/kcd2ω(t)/dt2+jr/kcdω(t)/dt+keω(t)+r/kcm
l
(t)＝u(t)
ꢀꢀ
(8)
[0148]
根据电机空载时输出转矩为零、转速与角速度的关系式化简，再利用小型电机的电感较小可以忽略，以上这些条件，对微分方程(8)化简并作拉氏变换，得到电机传递函数g1(即第二传递函数)：
[0149]
g1(s)＝n(s)/u(s)＝1/(jr2π/kcs+ke2π)＝k1/(ts+1)
ꢀꢀ
(9)
[0150]
气流量传感器环节本质是比例环节，代表了电机转速与输出气流量大小的关系，它在一定区间内是线性的，其传递函数即第三传递函数为g2，所以g1、g2两个环节合并成一个环节为一个惯性环节：
[0151]
g(s)＝g1(s)g2(s)＝k/(ts+1)
ꢀꢀ
(10)
[0152]
其阶跃响应为(11)：
[0153]
h(t)＝k(1-e/t)
ꢀꢀ
(11)
[0154]
未知量为k和t，通过开环阶跃响应拟合曲线，如图6所示。其中，图6(a)中实心点为开环阶跃响应下实际测得的流量值，图6(b)为拟合后的曲线，根据拟合后曲线可以得到k和t。
[0155]
系统传递函数框图变为图7所示，图7所示即为整定后的传递函数。
[0156]
对于pid参数的整定有很多方法如改进的遗传算法、改进的粒子群算法等，这里采用模糊控制整定pid参数，它具有运算成本低、效果优良的好处，其中模糊控制pid的流程如图8所示。
[0157]
如图8中，输入给模糊控制器的e(t)是误差，ec(t)是误差变化量，是实时更新的，值域、论域、隶属度函数是可以提前设置好的，对象为上述整定后的传递函数。模糊控制器根据上述两个参数(e(t)和ec(t))，作为隶属度函数的输入值也就是论域，或者定义域，映射到隶属度函数上输出pid参数的变化量δk
p
、δki、δkd，然后分别与初始设定的k
p0
、k
i0
、k
d0
叠加后输出结果，这是一次迭代，经过多次迭代后会得到一个较优的参数值。由于模糊控制是现有技术，因此在此不做原理的详细说明。
[0158]
采用上述方法整定pid参数，可以使得系统的输出抗扰性、稳定性与快速响应的性能都良好，实现系统稳定与精确释放芳香精油气体的目的。
[0159]
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0160]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

技术特征：
1.一种面向疲劳人群的芳香疗法供气方法，其特征在于，所述方法包括：上位机接收主控模块发送的生理信号数据，并对所述生理信号数据进行解包，得到解包后数据；对所述解包后数据进行特征提取，得到生理特征；根据所述生理特征，确定是否处于疲劳状态，若处于疲劳状态时，向所述主控模块发送释放芳香精油气体的信号，以使所述主控模块控制供气模块释放芳香精油气体。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生理信号数据包括心电信号、脑电信号、体表温度信号中至少一者。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，若所述生理信号数据为脑电信号时，所述解包后数据对应为解包后脑电信号，特征提取后得到的生理特征对应为脑电特征；所述对所述解包后数据进行特征提取，得到生理特征，包括：去除解包后脑电信号的直流分量、高频分量，得到离散脑电信号；使用快速傅里叶变换提取所述离散脑电信号中alpha波、theta波和beta波的频谱；其中，所述theta波的频率范围为4-7hz，所述alpha波的频率范围为8-13hz，所述beta波的频率范围为14-30hz；根据所述alpha波、theta波和beta波的频谱，计算alpha波、theta波和beta波的功率谱密度；根据所述alpha波、theta波和beta波的功率谱密度，计算(alpha+theta)/beta的功率谱密度；将所述(alpha+theta)/beta的功率谱密度作为所述脑电特征。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述去除解包后脑电信号的直流分量、高频分量，得到离散脑电信号，包括：滤除所述解包后脑电信号的工频干扰，得到滤除干扰后脑电信号；对所述滤除干扰后脑电信号采用小波变换及自适应滤波消除眼电信号，得到纯净脑电信号；去除所述纯净脑电信号的直流分量、高频分量，得到所述离散脑电信号。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，若所述脑电信号采用前额三导联方式采集，则分别计算前额三导联的(alpha+theta)/beta的功率谱密度，将所有(alpha+theta)/beta的功率谱密度相加的结果，作为所述脑电特征。6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，若所述生理信号数据为心电信号时，所述解包后数据对应为解包后心电信号，特征提取后得到的生理特征对应为心电特征；所述对所述解包后数据进行特征提取，得到生理特征，包括：获取心率变异性频域上的功率谱；根据所述功率谱确定低频功率和高频功率；将所述低频功率与所述高频功率的比值，作为所述心电特征。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述心电特征包括时域中心搏r-r间的标准差。8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述心电特征包括心率的变化。9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，若所述生理信号数据为体表温度信号时，
特征提取后得到的生理特征对应为体表温度特征；所述体表温度特征包括体表温度在预设间隔内的变化。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主控模块采用pid控制所述供气模块释放芳香精油气体；所述方法还包括：pid参数的整定，具体为：确定pid环节的第一传递函数；确定所述供气模块中无刷直流电机的第二传递函数；确定气流量传感器的第三传递函数；根据第二传递函数和第三传递函数，确定k和t；根据所述k和t及所述第一传递函数，确定整定后的传递函数；采用模糊控制整定pid参数的方法及所述整定后的传递函数，得到pid参数。

技术总结
本申请提供一种面向疲劳人群的芳香疗法供气方法，该方法包括：上位机接收主控模块发送的生理信号数据，并对生理信号数据进行解包，得到解包后数据；对解包后数据进行特征提取，得到生理特征；根据生理特征，确定是否处于疲劳状态，若处于疲劳状态时，向主控模块发送释放芳香精油气体的信号，以使主控模块控制供气模块释放芳香精油气体。该方案可以实现精准的释放芳香精油气体。的释放芳香精油气体。的释放芳香精油气体。


技术研发人员：胡斌 赵庆林 孙韬 蒋花 辜成伟 折川卉
受保护的技术使用者：兰州大学
技术研发日：2023.07.07
技术公布日：2023/10/15