多路腦電信號無線采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì).pdf

1、腦電是腦神經(jīng)細(xì)胞的電生理活動在大腦皮層和頭皮表面表現(xiàn)出的電位變化。在頭皮或大腦皮層用雙極或單極電極記錄的自發(fā)腦電活動稱為腦電圖（Electroencephalogram，EEG）。在信號處理技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的帶動下，腦電信號處理得到了飛速發(fā)展[1]。
　　腦機(jī)接口(Brain Computer Interface)研究的是在大腦與外部設(shè)備之間建立新的通信通道,進(jìn)行信息傳遞。BCI的研究涉及生物、醫(yī)學(xué)、計(jì)算機(jī)和通信等眾多領(lǐng)域

2、，是一個交叉學(xué)科的研究方向[2]。
　　通常從頭皮記錄到的腦電信號很難真實(shí)反映大腦內(nèi)部電活動的情況。而通過動物實(shí)驗(yàn)，我們可以深入動物顱內(nèi)進(jìn)行記錄，顱內(nèi)電極腦電圖有很高的空間分辨率，極少的干擾和偽差，能夠反映出腦內(nèi)部的電活動。因此我們建立動物模型并對記錄到的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析1。
　　本文主要介紹了一個多路腦電信號無線采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。整個系統(tǒng)是由三部分組成的，模擬信號采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)壓縮編碼模塊以及無線發(fā)送和接收模塊。<

3、br>　　模擬腦電信號的采集是該系統(tǒng)最前端也是最重要的設(shè)計(jì)之一。首先，腦電信號幅度非常小且只有微幅量級，必須把腦電信號放大到一定倍數(shù)才能滿足后端電路對腦電信號數(shù)據(jù)的處理。其次，腦電信號非常容易受到周圍環(huán)境噪聲的干擾，我們設(shè)計(jì)了一個高通濾波器去抑制極化電壓,之后通過射頻濾波電路濾除幾乎所有的高頻干擾，再通過高低通濾波器降低噪聲信號的引入。最后，對整個系統(tǒng)噪聲進(jìn)行了分析，包括熱噪聲、輸入電流噪聲、輸入電壓噪聲以及運(yùn)算放大器本身自帶的噪聲。<

4、br>　　數(shù)字信號處理模塊,我們首先對模擬信號進(jìn)A/D轉(zhuǎn)換，之后對數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼。我們采用的A/D轉(zhuǎn)換芯片為Analog公司生產(chǎn)的AD7922，它的有效位數(shù)為10位，具有高速傳輸,低功耗,雙通道連續(xù)逼近等特點(diǎn),最高的數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到1MSPS。數(shù)據(jù)壓縮部分，首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行DPCM編碼，消除數(shù)據(jù)間的相關(guān)性，然后對DPCM編碼后的數(shù)據(jù)進(jìn)行自適應(yīng)霍夫曼編碼，消除數(shù)據(jù)間的統(tǒng)計(jì)相關(guān)性，進(jìn)一步壓縮數(shù)據(jù)。
　　無線通信協(xié)議的選擇也是數(shù)據(jù)準(zhǔn)

5、確傳輸?shù)姆浅Ｖ匾囊粋€環(huán)節(jié)。該系統(tǒng)是以Cortex-M3為核心的STM32W108為控制器,該控制器集成了以 IEEE802.15.4為協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的無線傳輸模塊。IEEE802.15.4的基本構(gòu)建是創(chuàng)造一個傳輸速度為250kb/s的10m通信范圍，與其他WPANS標(biāo)準(zhǔn)相比，IEEE802.15.4主要的特點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)極低的生產(chǎn)經(jīng)營成本和簡單技術(shù)，同時不失靈活性和普遍性。
　　最后對仿真結(jié)果和實(shí)際電路測試結(jié)果進(jìn)行了對比，然后對整個系統(tǒng)的