脑电信号控制机器人的脑计算机接口系统设计

摘要

随着科学技术的不断发展,人们对探索大脑的兴趣越来越浓厚,研究也越来越深入.其中对于脑计算机接口的研究逐渐成为了一个非常热门的方向.脑计算机接口技术主要服务于残疾人和瘫痪病人,具有非常深广的意义.该论文从介绍脑计算机接口的概念开始,阐述了从事这项研究的意义和必要性,进而对现存的一些研究成果做了总结和简单的比较.在第二章,简要的介绍了脑电信号产生的生理基础,并根据脑电信号的一些性质对其进行了简单的分类.第三章,对一套完整的BCI系统的开发做了系统的分析,介绍了BCI系统中用到的一些脑电信号处理的方法,并提出了一套自己的脑电信号控制机器人的BCI系统的设计方案.第四章中,简要介绍了机器人的发展,并介绍了一套用于脑电控制的机器人的硬件电路设计,这是基于M68HC11E1微控制器的一套系统,描述了机器人行走功能和发声功能的实现.第五章,介绍了机器人完成脑电控制功能需要的软件设计.最后,对研究的成果做了一些简单的总结和展望.希望通过该文的介绍,可以为大家提供一种新的BCI系统解决方案.衷心的希望每一位读者都能从中获得帮助.

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第一章概述

1.1什么是脑—计算机接口(BCI)

1.2为什么要从事BCI的研究

1.3现存的系统

1.3.1视觉诱发电位(Visual Evoked Potential,VEP)

1.3.2大脑皮层慢波电位(Slow Cortical Potentials,SCP)

1.3.3事件相关电位(Event Related Potential,ERP)

1.3.4稳态视觉诱发电位(Steady State Visual Evoked Potential,SSVEP)

1.3.5自主mu律控制脑电

1.3.6利用眼部运动控制alpha波

1.3.7改变精神活动(mentaltasks)

1.4论文的工作

第二章脑电信号特征

2.1脑电信号产生机理

2.2有节律的脑电信号

2.3事件相关电位

第三章脑电信号控制机器人的BCI系统的分析与整体设计

3.1 BCI系统中脑电信号的测量

3.2 BCI系统中ERP脑电信号的分析

3.2.1信号预处理-50Hz陷波

3.2.2信号预处理-带通滤波

3.3脑电信号控制机器人的BCI系统的构成

第四章脑电信号控制的机器人的硬件设计

4.1机器人的发展

4.1.1国外机器人的诞生与发展

4.1.2我国机器人的诞生与发展

4.1.3机器人的现状

4.1.4展望

4.2脑电控制的机器人系统的整体结构

4.3微控制器M68HC11E1介绍

4.3.1 MOTOROLA公司微控制器的发展及简单介绍

4.3.2 M68HC11E1单片机的体系结构

4.4脑电信号控制的机器人行走功能的设计

4.4.1 M68HC11E1定时器系统

4.4.2 PWM概念简介

4.4.3 H桥(H-Bridge)理论简单介绍

4.4.4 SN754410芯片介绍

4.4.5脑电信号控制的机器人行走功能的电路实现

4.5脑电信号控制的机器人发声功能的设计

4.5.1 LM386介绍

4.5.2脑电信号控制的机器人发声系统电路实现

4.6脑电信号控制的机器人串行通讯的设计

4.6.1 M68HC11E1的SCI口介绍

4.6.2串行通讯接口芯片MAX232

4.6.3脑电信号控制的机器人串行通讯的电路实现

4.7脑电信号控制的机器人内部存储器的设计

4.7.1程序存储器的选择

4.7.2 M68HC11E1的并行总线接口介绍

4.7.3铁电存储器FM1 808介绍

4.7.4脑电信号控制的机器人内部存储器的电路实现

第五章脑电信号控制的机器人的软件设计

5.1 M68HC11E1的寻址方式

5.2脑电信号控制的机器人的软件的总体设计

5.3直流电机驱动子程序的设计

5.4声音驱动子程序的设计

5.5串口通讯子程序的设计

第六章结论

致谢

参考文献