本發明涉及生理檢測技術領域，尤其涉及一種兒童生理參數采集與情緒檢測系統。
背景技術：
情緒是我們智力的基礎，也是人類道德與尊嚴的基礎。隨著認知神經科學與情感神經科學的發展，越來越多的證據表明，情緒是推理和判斷過程中必不可少的一部分，并對各個成長時期的學習和記憶過程產生重要的影響。其中兒童時期的情緒變化尤為重要，在成長過程中若沒有得到正確的心理指引和情緒上的關注，可能導致其在青少年時期的自閉、自卑和逆反心理。因此，我們提倡情緒監督要從兒童時期做起。雖然情緒是一種主觀意識，但情緒狀態的變化總會伴隨一定的生理變化，因而，我們可以從生理參數的角度，以兒童作為檢測對象，用一套客觀的評價標準來研究情緒狀態。
情緒活動的主要生理指標有：
①皮膚電反應：其機理是情緒狀態在變化時，皮膚內血管的舒張和收縮以及汗腺分泌等變化，能引起皮膚電阻的變化。皮膚電反應儀就是以此來測量植物神經系統的情緒反應。
②循環系統指標（如心電、血管容積、血壓等）：心電（脈搏）是情緒反應的良好生理指標之一，在滿意和愉快時，心跳正常；而處于緊張、恐懼或暴怒狀態時，心跳加速。血管容積的變化是由自主神經系統控制動脈壁平滑肌收縮和舒張所造成的，即由局部血管收縮和舒張引起的。人的某些情緒狀態如緊張的腦力工作、生氣、害怕、新異刺激等，都可以引起皮膚血管的收縮；當人感到為難或羞恥時，會引起皮膚血管的舒張。血壓變化是和血管容積相關聯的，都反映了循環系統的活動情況有著近似的生理機制。
③呼吸：隨著情緒狀態的變化，呼吸系統的活動在速度和深度上會有所改變。對劇痛的情緒反應往往會使呼吸加深加快；突然驚恐時，呼吸會發生臨時中斷；狂喜或悲痛時，會發生呼吸痙攣現象。
④語音：其原理是人的發音器官在氣流通過時，因氣流對發聲管道的碰撞而發出輕微的顫動。人處于緊張情緒狀態時，發音器官的正常顫動被抑制。人說話時，其發音的顫動不能人為地隨意加以控制（能夠捕捉真實的情緒變化）。但是這種方法目前已漸漸被淘汰，取而代之的是一種更先進的計算機識別模式。它運用混合高斯模型法(GMM)、主元分析方法(PCA)和人工神經網絡方法(ANN)進行語音情感的分析和識別，主要是通過分析語音信號中的語速、基音的均值、基音的變化范圍、強度、基音的平均變化率與第一共振峰的均值和變化范圍等參數來識別情感。
⑤腦電波
⑥其他生理指標（如體溫、血氧等）。
現有的生理參數檢測儀大多是針對醫學上的應用，一般放置于醫院中用于了解患者的身體狀況。此外，這些儀器體積龐大，傳感器佩戴復雜，不方便攜帶和使用。本發明針對的應用是情緒相關的研究，可以準確的測量情緒相關生理參數，具有攜帶佩戴方便，低功耗可以長時間存儲，使用方便易操作等特點。適用于情緒分析，心理分析，智力及潛能等方面的研究，也適用于家用和個人用途。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種兒童生理參數采集與情緒檢測系統，通過記錄伴隨情緒發生的生理變化，如心電、血管收縮、皮膚電反應等活動，對兒童情緒狀態與認知活動進行觀察與研究，了解他們的發育水平和個體差異，幫助他們正確處理情感交流和智力發育過程中出現的問題。
本發明提供了一種兒童生理參數采集與情緒檢測系統，包括：數據采集模塊、信號處理模塊和數據收發模塊，其中數據采集模塊包括由生物識別傳感器、皮膚傳導值傳感器、心電信號檢測傳感器、濾波放大模塊、A/D 轉換模塊電源模塊、皮膚溫度測量模塊、皮膚電阻測量模塊、脈搏測量模塊、顯示模塊、采集控制模塊、可測量血氧、壓力和葡萄糖水平的光譜傳感器、用來測定汗水水平和pH值的膚電反應傳感器、紫外線指數傳感器；其中生物識別傳感器中包括加速度計、陀螺儀、磁強計、壓力傳感器、；皮膚溫度測量模塊、皮膚電阻測量模塊、脈搏測量模塊、顯示模塊分別與采集控制模塊相連，數據收發模塊連接：數據采集模塊和信號處理模塊。
所述的皮膚溫度測量模塊電路可以準確的測量皮膚溫度。電路由熱電偶、一個熱電偶調理芯U、一個運放U和電阻電容組成。所述的皮膚電阻測量模塊可以測量皮膚電反應。正弦信號發生器產生頻率為75hz，幅值為300mv 的正弦波，該正弦信號輸出至電極，電極另一端的信號經過電流- 電壓轉化，并經過濾波和放大，送至采集和控制系統。該模塊中存在一個反饋的系統，由于皮膚電阻隨個體的不同而差異較大，反饋系統可以保證皮膚電阻測量系統的輸出在一個合適的范圍內。可以適用于不同的被試。
所述的脈搏測量電路傳感器采用的是偏氟乙烯（PVDF）材料對橈動脈脈搏波進行檢測，具有檢測靈敏度高，穩定性好的特點。
所述的測量控制模塊電路由晶振電路，處理器芯片構成。
所述的信號處理模塊包括脈搏波，皮膚電阻，皮膚溫度信號的實時顯示，在線定時長存儲，和數據的回放；皮膚電導基線調整命令的發送。
所述的信號處理模塊通過藍牙接收到下位機的數據后，進行實時顯示和存儲等操作，也可以根據需求對皮膚電導基線進行調整，也可以對歷史數據進行回放。
所述的皮膚電阻測量模塊包括順次相連的正弦信號發生器、電極、電流- 電壓轉化模塊、濾波和放大模塊；濾波和放大模塊與采集和控制系統相連并構成反饋系統。
所述的信號處理模塊包括脈搏波，皮膚電阻，皮膚溫度信號的實時顯示，在線定時長存儲，和數據的回放；皮膚電導基線調整命令的發送。
一種兒童生理參數采集與情緒檢測系統，步驟如下：
1）記錄被試的年齡、性別和健康狀況基本信息；
2）用繃帶將脈搏波傳感器固定在被試的橈動脈出，將皮膚電阻電極固定在被試食指和中指的第一關節處，用繃帶將皮膚溫度傳感器固定在被試的額頭部位；
3）給予被試刺激，或者給予被試一些任務，在這個過程中檢測上位機分析系統實時顯示并保存被試三個生理參數的響應曲線；
4）對保存的數據進行脈率的計算，波形的微分，求平均值處理。
本發明的有益效果是，可以準確的測量情緒相關生理參數，具有攜帶佩戴方便，低功耗可以長時間存儲，使用方便易操作等特點。適用于情緒分析，心理分析，智力及潛能等現場評定。
具體實施方式
下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
本發明提供了一種兒童生理參數采集與情緒檢測系統，包括：數據采集模塊、信號處理模塊和數據收發模塊，其中數據采集模塊包括由生物識別傳感器、皮膚傳導值傳感器、心電信號檢測傳感器、濾波放大模塊、A/D 轉換模塊電源模塊、皮膚溫度測量模塊、皮膚電阻測量模塊、脈搏測量模塊、顯示模塊、采集控制模塊、可測量血氧、壓力和葡萄糖水平的光譜傳感器、用來測定汗水水平和pH值的膚電反應傳感器、紫外線指數傳感器；其中生物識別傳感器中包括加速度計、陀螺儀、磁強計、壓力傳感器、；皮膚溫度測量模塊、皮膚電阻測量模塊、脈搏測量模塊、顯示模塊分別與采集控制模塊相連，數據收發模塊連接：數據采集模塊和信號處理模塊。
所述的皮膚溫度測量模塊電路可以準確的測量皮膚溫度。電路由熱電偶、一個熱電偶調理芯U、一個運放U和電阻電容組成。所述的皮膚電阻測量模塊可以測量皮膚電反應。正弦信號發生器產生頻率為75hz，幅值為300mv 的正弦波，該正弦信號輸出至電極，電極另一端的信號經過電流- 電壓轉化，并經過濾波和放大，送至采集和控制系統。該模塊中存在一個反饋的系統，由于皮膚電阻隨個體的不同而差異較大，反饋系統可以保證皮膚電阻測量系統的輸出在一個合適的范圍內。可以適用于不同的被試。
所述的脈搏測量電路傳感器采用的是偏氟乙烯（PVDF）材料對橈動脈脈搏波進行檢測，具有檢測靈敏度高，穩定性好的特點。
所述的測量控制模塊電路由晶振電路，處理器芯片構成。
所述的信號處理模塊包括脈搏波，皮膚電阻，皮膚溫度信號的實時顯示，在線定時長存儲，和數據的回放；皮膚電導基線調整命令的發送。上位機程序通過藍牙接收到下位機的數據后，進行實時顯示和存儲等操作，也可以根據需求對皮膚電導基線進行調整，也可以對歷史數據進行回放。
本發明可用于實際的情緒相關生理參數的檢測，檢測過程如下：
1) 記錄被試的年齡、性別和健康狀況等基本信息；
2) 用繃帶將脈搏波傳感器固定在被試的橈動脈出，將皮膚電阻電極固定在被試食指和中指的第一關節處，用繃帶將皮膚溫度傳感器固定在被試的額頭部位。根據信號的狀況進行一些調整；
3) 給予被試刺激，或者給予被試一些任務。在這個過程中檢測系統實時顯示并保存被試三個生理參數的響應曲線。
工作過程：系統根據生理信號相互融合來做出情緒識別，設計采用AD7656 模數轉換芯片，該芯片有6 個獨立的ADC 進行并行采樣，吞吐率可達250 kbps。MCU獲得AD 數據后，將數據通過無線通信模塊，在上位機用小波變換提取了生理信號的特征，再通過Fisher 和Bayes 判斷識別出當前情緒。情緒被上位機識別后，當前的情緒值也會通過無線傳遞到下位機的數據后，進行實時顯示和存儲等操作，也可以根據需求對皮膚電導基線進行調整，也可以對歷史數據進行回放，無線通信模塊選用Zigbee，其高達250 kbps的傳輸率可以實現數據處理。