基于ARM和蓝牙技术的生理信号测量系统及其应用研究

摘要

神经生理学和心理生理学研究表明，紧张、烦躁、愉快等情绪对人的学习和认知活动会产生重要影响。在不同的诱发情绪状态下，学生在教育现场的表现会有差异。生理信号由于其在表达人们情绪状态的连续性、真实性和非侵入性上体现出的良好优势，因而备受国内外情绪研究者的青睐。为了提高被试的自由度，增加生理信号的真实性，降低布线成本，本文采用无线技术进行电生理测量，设计开发了一套基于ARM处理器和蓝牙无线通信技术的无线电生理检测系统，以达到真实场景中实时检测的功效。
　　 本系统开发的无线电生理系统包含了生理信号传感器、数据发送模块和主机数据接收端三部分。其中生理信号传感器负责数据采集工作；数据发送模块以ARM9处理器S3C2410为硬件基础，包括AD模块和BC04蓝牙模块，将各个传感器采集到的生理数据发送到主机上的蓝牙模块；主机数据接收端的主要工作是将各传感器发来的数据进行存储、管理和分析，并在主机界面上进行实时显示。数据传输中以多个数据发送模块为从节点，以数据接收端为主节点，组成主从结构的蓝牙微微网，实现了多对一的数据传递，便于在教育现场等环境中开展群体研究和应用。
　　 利用硬件系统本文设计了相应的心理学情绪实验，用于验证系统的实用性和现场信号采集的稳定性，并且对心电信号进行了特征分析和情绪识别。由于心电信号是情绪研究中比较常用的生理参数，论文对烦躁、平静和快乐三种情绪状态下的心电信号特征进行了分析。在采集的被试心电信号数据中，提取各种心电信号的特征进行分析，在对提取的特征进行筛选的基础上利用高斯混合模型进行情感识别，以反映被试的自主神经活动和情绪状态。实验结果表明，心电信号中有关心率(HR)和心率变异性(HRV)的一些特征对情绪较为敏感，对心电信号进行分析是一种有效的情绪识别方法，可以为判断学生在学习中的情绪状态提供一个较好的辅助手段。