本文關鍵詞：基于腦電信號的在線腦機接口系統(tǒng)設計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：背景目前,人們所研究的腦機接口技術是人類大腦與外界環(huán)境和設備之間建立的一種信息交流的直接通路,這種通路可以為大腦有清醒意識,但身體有殘疾不能很好的與外界環(huán)境進行交流的人提供一種與周圍環(huán)境交流的途徑。近年來,人們對腦機接口相關的技術研究已經取得了一定的成果,但是這些研究成果大多停留在實驗室研究階段,存在的主要問題如下:(1)腦電信號的采集和處理設備抗干擾能力差,對使用環(huán)境要求苛刻;(2)由于大多數(shù)研究使用的是誘發(fā)腦電,使用者不僅需要一個訓練過程,而且容易誘發(fā)實驗者出現(xiàn)癲癇癥狀;(3)有些研究的處理方法是在離線的情況下進行的,這與實時在線要求有一定的差距。目的基于上述原因,在現(xiàn)有設備的基礎上,針對這些困擾著腦機接口技術走出實驗室的問題,提出了基于自發(fā)腦電信號的在線、實時和便攜的研究方案。本研究的目的是設計一種可以在一般環(huán)境下使用的在線腦機接口系統(tǒng)。利用自發(fā)腦電信號,使其使用者不需要長時間的訓練,就可以在線直接控制外部設備。方法(1)信號采集:使用EMOTIV EPOC+14通道腦電采集設備采集額區(qū)和枕區(qū)的腦電信號,使用藍通信技術將設備采集的腦電信號傳輸至計算機。(2)信號提取:依據(jù)EMOTIV公司提供的基于Windows平臺的C++軟件開發(fā)工具包,使用C++語言編程,讀取藍牙模塊USB接口的數(shù)據(jù),將讀入計算機的腦電數(shù)據(jù)進行分析,挑揀出包含眼電信號的AF3和AF4通道的信號,通過另一個含有USB接口的藍牙適配器將他們發(fā)送出去。(3)信號接收:使用現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(FPGA)編程控制具有RS-232串行口的藍牙模塊來接收AF3和AF4通道的腦電信號,將接收到的腦電信號在FPGA中分成AF3和AF4兩個類別,分別對兩類信號進行處理,處理過后的信號送到TFT液晶屏進行顯示,以觀察采集到的腦電信號的基本特性,TFT液晶屏顯示的內容主要包含信號的幅度和時間;(4)信號處理:對AF3和AF4通道的信號進行處理并給出控制信號,首先對獲得的腦電信號進行整形,得到一個占空比不同的方波信號,整形的原理是只要AF3和AF4通道的信號有一條達到條件,就可以給出一個方波的高電平或者低電平;其次,經過實驗可知,由于刻意閉眼和睜眼信號與基線之間的差值大于100μV,因此根據(jù)刻意眨眼信號的幅值的特殊性,設置一個閾值,當方波的幅值達到這一閾值之后,將這一個方波信號轉換為脈沖信號;第三,利用脈沖信號作為觸發(fā)信號,循環(huán)選擇5種不同的輸出結果,當選定一種輸出結果并維持6s內不變時,將這種輸出結果作為最終的輸出信號,并用于控制外部設備。結果為更直觀的觀察信號的變化,利用TFT液晶屏實時動態(tài)的顯示出采集到的腦電信號。從實驗中可以看到,它不僅可以顯示實驗者在閉眼時的上升波和睜眼時的下降波,并且可以顯示信號的強弱。在一般的實驗環(huán)境中,經過12名實驗者的測試,不同實驗者的刻意眨眼信號幅值差別不大,最終都可以使用刻意眨眼信號來選擇5種不同的輸出結果,用于控制外部裝置。結論本研究可以為身體癱瘓或肢體癱瘓的病人提供一種適用于普通環(huán)境的與外界進行交流的便攜式廉價腦機接口設備。
【關鍵詞】：腦機接口 C++ 藍牙 現(xiàn)場可編程邏輯門陣列
【學位授予單位】：新鄉(xiāng)醫(yī)學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN911.7;R338
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 研究背景及腦機接口技術10-12
• 1.1.1 研究背景10
• 1.1.2 腦機接口技術10-12
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀以及存在問題12-15
• 1.2.1 國內外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 存在問題14-15
• 1.3 研究目的和研究內容15-18
• 第2章 腦電信號特征和腦電采集設備18-32
• 2.1 腦電信號特征18-21
• 2.1.1 腦電信號的產生18-19
• 2.1.2 腦電信號特點19-20
• 2.1.3 腦電信號組成20-21
• 2.2 腦電采集21-31
• 2.2.1 腦電采集設備簡介21-23
• 2.2.2 Emotiv EPOC+ 使用方法23-28
• 2.2.3 10/20 系統(tǒng)腦電電極定位28-30
• 2.2.4 腦電采集過程30-31
• 2.3 本章小結31-32
• 第3章 設計中用到的通信協(xié)議32-37
• 3.1 USB2.0 通訊32-34
• 3.1.1 概述32
• 3.1.2 數(shù)據(jù)傳輸格式32-34
• 3.2 藍牙通信34-35
• 3.2.1 藍牙技術簡介34
• 3.2.2 藍牙技術的主要特點34-35
• 3.3 串口通信35-36
• 3.4 本章小結36-37
• 第4章 FPGA結構及開發(fā)流程37-45
• 4.1 FPGA概述37-40
• 4.2 FPGA項目開發(fā)設計流程40-44
• 4.3 本章小結44-45
• 第5章 系統(tǒng)設計與實驗過程45-66
• 5.1 系統(tǒng)設計45-62
• 5.1.1 腦電采集45-47
• 5.1.2 分析與處理過程47-62
• 5.2 實驗過程62-64
• 5.2.1 實驗過程62-63
• 5.2.2 實驗結果分析63-64
• 5.3 實驗過程中遇到的問題以及解決方案64
• 5.4 本章小結64-66
• 第6章 總結與展望66-67
• 6.1 總結66
• 6.2 未來展望66-67
• 參考文獻67-69
• 綜述69-79
• 參考文獻77-79
• 攻讀學位期間發(fā)表文章情況79-80
• 致謝80-81
• 個人簡歷81

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