EEG信号采集与无线传输系统

摘要

人类通过对脑电信号的采集获取大脑信息，为脑疾病的治疗、脑-机接口的应用等领域的研究提供了基础，而且对神经学、信息学、人工智能等领域也有着重大的意义和深远的影响。目前市场上出现的脑电采集仪普遍存在体积大、功耗高、价格贵和有线数据传输等缺点。因此，开发一种超低功耗、超小体积、价格低廉的脑电采集系统具有非常重要的现实意义。
　　由于脑电信号是极其微弱的生理信号，频率范围为0.5～100Hz，幅值范围为20～200μV，极易被外界mV级及以上的噪声和干扰覆盖。因此，在脑电信号的采集过程中既要保证足够高的信号增益，同时又要有效的消除和屏蔽噪声的干扰。本文设计一种EEG信号采集与无线传输系统，主要包括三个模块:脑电信号采集模块、存储显示模块和无线充电模块。
　　在脑电信号采集模块中植入式电极接触被试动物脑部特定位置，采用单极导联的方式将微弱的脑电信号传导至预处理电路，经过无源滤波、两级放大、有源滤波、电平抬升、抗干扰电路等对采集的信号进行一系列处理。为了降低系统的功耗和体积，选用蓝牙智能级芯片DA14580对处理后的信号进行A/D转换和蓝牙无线传输。在存储显示模块通过另一个DA14580芯片进行信号的蓝牙无线接收，并通过串口传输至STM32F103RCT6。最后通过STM32F103RCT6驱动外设对接收到的脑电信号进行实时LCD波形显示和SD卡存储。无线充电模块采用无线充电方式为前两个模块的电源电路充电。
　　实验结果表明，本系统很好的实现了对微弱脑电信号的采集，并完成蓝牙无线数据传输、LCD实时显示和SD卡存储，整个系统的成本约为229.61元。本系统的脑电信号采集模块体积约为25.0mm×25.0mm×10.5mm，重量约为19g。经实验可得，采集模块具有低功耗特点。因此，本系统具有结构简单、体积小、功耗低、价格便宜等特点，有利于脑电采集设备的普及化，对脑科学的研究有极大的促进作用。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状及分析

1．2．1 脑电采集设备在功耗和体积方面的现状与发展

1．2．2 无线传输技术在脑电采集设备中的应用

1．3 本文主要研究内容

第2章 系统需求分析及总体设计方案

2．1 脑电信号基础知识

2．1．1 脑电信号产生的神经机理

2．1．2 脑电信号的特征

2．1．3 脑电信号的组成及分类

2．1．4 脑电信号的采集方法

2．2 系统总体设计方案

2．2．1 脑电信号采集系统设计要点

2．2．2 脑电信号采集系统整体设计方案

2．3 本章小结

第3章 系统硬件设计及实现

3．1 脑电信号采集模块

3．1．1 生物电极的选取

3．1．2 信号预处理电路

3．1．3 微处理器DA14580

3．2 存储显示模块

3．2．1 微处理器STM32

3．2．2 串口通信电路

3．2．3 SD卡与STM32的接口电路设计

3．2．4 LCD显示模块

3．3 电源电路

3．4 无线充电模块

3．5 本章小结

第4章 系统软件设计及实现

4．1 软件总体设计

4．2 采集模块软件设计

4．2．1 DA14580的时钟模块

4．2．2 A／D转换模块

4．2．3 蓝牙传输模块

4．3 存储显示模块软件设计

4．3．1 STM32的时钟模块

4．3．2 串口通信模块

4．3．3 液晶显示模块

4．3．4 SD卡存储模块

4．4 本章小结

第5章 系统测试及结果分析

5．1 实验系统组成

5．2 实验结果与分析

5．2．1 脑电信号采集验证

5．2．2 蓝牙传输测试

5．2．3 脑电信号采集模块体积和功耗的检测

5．2．4 系统成本估算

5．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术成果

致谢