本文關(guān)鍵詞：用于腦機(jī)接口的腦電信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：腦電信號(hào)是大腦皮層或者頭皮表面記錄到的大腦皮層神經(jīng)元群突觸后電位總和。它包含大量的生理信息和病理信息,是一種非常典型的生物電信號(hào)。為了探索人體大腦奧秘,在大腦和外部環(huán)境之間建立起一種直接的通訊交流渠道成為非常必要的手段,這就是如今廣為研究的“腦-機(jī)接口”(Brain-Computer Interface,BCI)。通過(guò)對(duì)腦機(jī)接口的腦電認(rèn)知研究,我們可以了解神經(jīng)細(xì)胞電活動(dòng)與人們心理活動(dòng)、生理活動(dòng)之間的聯(lián)系,這在臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有重大意義。研究腦機(jī)接口的首要前提是獲取正確的腦電信號(hào)。腦電信號(hào)的特點(diǎn)是信號(hào)低頻微弱,背景噪聲強(qiáng),屬于非平穩(wěn)性隨機(jī)生理信號(hào)。鑒于腦電信號(hào)的特點(diǎn),為提取并獲得有效的腦電信號(hào),采用穩(wěn)態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位(steady state VEP,SSVEP)誘發(fā)腦電信號(hào),將誘發(fā)響應(yīng)的腦電信號(hào)提取放大、采樣、數(shù)字濾波,并通過(guò)信號(hào)功率譜分析識(shí)別方法識(shí)別有效腦電信號(hào)并將之保存。目前,國(guó)外雖然有用于腦機(jī)接口的腦電采集系統(tǒng),但是價(jià)格非常昂貴;而國(guó)內(nèi)的腦電采集系統(tǒng)主要應(yīng)用于臨床研究中,體積過(guò)于龐大,價(jià)格同樣非常昂貴,無(wú)法很好的用于腦機(jī)接口研究之中。針對(duì)上述問(wèn)題,本文在深入研究腦電信號(hào)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,提出了用于腦機(jī)接口的腦電采集系統(tǒng)設(shè)計(jì),目的是設(shè)計(jì)了一款體積小、價(jià)格低廉、增益可調(diào)的可用于腦機(jī)接口研究的腦電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)針對(duì)腦電信號(hào)的特征分類(lèi)、產(chǎn)生、導(dǎo)聯(lián)以及電極安放做了詳細(xì)的研究和分析,闡述了腦電信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究背景和研究意義。(2)針對(duì)腦電采集系統(tǒng)的模擬放大電路部分做了詳細(xì)的研究,并針對(duì)腦電信號(hào)微弱、容易受干擾等特點(diǎn),利用AD8222儀表放大器設(shè)計(jì)一種低噪聲、高共模抑制比的高性能放大電路,實(shí)現(xiàn)腦電信號(hào)的放大。(3)針對(duì)腦電信號(hào)采集系統(tǒng)的數(shù)字控制部分做了詳細(xì)的研究,并設(shè)計(jì)了相關(guān)的數(shù)字控制電路。選用型號(hào)為T(mén)MS320C6747的DSP處理器作為采集系統(tǒng)的控制器,采用AD1178模數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)相應(yīng)AD(Analog-to-Digital)采樣電路以對(duì)提取放大的腦電信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換。同時(shí)設(shè)計(jì)了UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)串口通信電路以保證數(shù)字腦電信號(hào)能夠在下位機(jī)和上位機(jī)之間成功通信。(4)針對(duì)腦電信號(hào)采集系統(tǒng)的數(shù)字采樣和腦電信號(hào)后續(xù)的數(shù)字處理與分析做了詳細(xì)的研究,并設(shè)計(jì)了相關(guān)的軟件。包括50Hz數(shù)字工頻陷波器以及200Hz數(shù)字低通濾波器以對(duì)采集到的腦電信號(hào)數(shù)字濾波。并將濾波后的數(shù)字腦電信號(hào)通過(guò)功率譜分析法識(shí)別。獲取我們需要的有效腦電信號(hào)。利用DSP(Digital Signal Processor)的外圍串口通信接口實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)通信。(5)詳細(xì)研究了上位機(jī)的設(shè)計(jì),對(duì)下位機(jī)與上位機(jī)之間通信控制做了相關(guān)的軟件設(shè)計(jì)。將采集到的信號(hào)、經(jīng)數(shù)字處理過(guò)的腦電信號(hào)以及識(shí)別到的腦電信號(hào)送至上位機(jī)顯示、保存。并通過(guò)上位機(jī)控制腦電信號(hào)采集系統(tǒng)的信號(hào)采樣。
【關(guān)鍵詞】：腦機(jī)接口 腦電采集 放大電路 AD采樣 腦電信號(hào)識(shí)別
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：R338;TP274.2;TN911.7
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-14
• 1.1 課題研究背景9-10
• 1.2 腦電信號(hào)采集系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 研究目的與意義12
• 1.4 主要工作及章節(jié)安排12-14
• 第2章 理論基礎(chǔ)和系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)14-21
• 2.1 腦電信號(hào)的基本分類(lèi)14-16
• 2.1.1 自發(fā)腦電信號(hào)14
• 2.1.2 誘發(fā)腦電信號(hào)14-16
• 2.2 腦電圖的導(dǎo)聯(lián)法16-18
• 2.2.1 單極導(dǎo)聯(lián)法17
• 2.2.2 雙極導(dǎo)聯(lián)法17-18
• 2.3 BCI中目標(biāo)識(shí)別算法18-20
• 2.3.1 FFT功率譜識(shí)別方法18
• 2.3.2 相位同步化方法18-19
• 2.3.3 典型相關(guān)分析目標(biāo)識(shí)別方法19-20
• 2.4 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)20
• 2.5 本章小結(jié)20-21
• 第3章 腦電信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)21-35
• 3.1 腦電信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件總體設(shè)計(jì)21
• 3.2 腦電信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的放大電路設(shè)計(jì)21-29
• 3.2.1 放大電路的設(shè)計(jì)考慮21-22
• 3.2.2 放大器性能指標(biāo)對(duì)運(yùn)算誤差的影響22-25
• 3.2.3 放大電路的硬件設(shè)計(jì)25-29
• 3.3 AD采樣的電路設(shè)計(jì)29-31
• 3.4 數(shù)字隔離電路的設(shè)計(jì)31-33
• 3.5 UART串.通信的電路設(shè)計(jì)33-34
• 3.6 本章小結(jié)34-35
• 第4章 腦電信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)35-53
• 4.1 腦電信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件總體設(shè)計(jì)35
• 4.2 TMS320C6747 DSP概述35-37
• 4.3 Code Composer Studio 3.3 開(kāi)發(fā)環(huán)境概述37-38
• 4.4 AD采樣軟件設(shè)計(jì)38-46
• 4.5 FIR數(shù)字濾波設(shè)計(jì)46-47
• 4.5.1 FIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)原理46-47
• 4.5.2 50Hz數(shù)字陷波器和 200Hz數(shù)字低通濾波的實(shí)現(xiàn)47
• 4.6 腦電信號(hào)的FFT算法識(shí)別47-48
• 4.7 UART串.通信的軟件設(shè)計(jì)48-50
• 4.8 上位機(jī)設(shè)計(jì)50-51
• 4.9 本章小結(jié)51-53
• 第5章 腦電信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能測(cè)試與分析53-59
• 5.1 腦電信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的增益測(cè)試53
• 5.2 采集系統(tǒng)的心電信號(hào)采集測(cè)試53-55
• 5.3 穩(wěn)態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位測(cè)試55-58
• 5.4 本章小結(jié)58-59
• 第6章 總結(jié)與展望59-61
• 6.1 總結(jié)59-60
• 6.2 展望60-61
• 致謝61-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 附錄一 腦電信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)物裝置圖66-67
• 附錄二 腦電信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整體電路圖67-68
• 附錄三 腦電信號(hào)的FFT算法識(shí)別程序68-72
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果72

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：264289