本文關(guān)鍵詞：多路腦電信號(hào)無(wú)線采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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【摘要】：腦電是腦神經(jīng)細(xì)胞的電生理活動(dòng)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(dòng)稱為腦電圖（Electroencephalogram，EEG）。在信號(hào)處理技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的帶動(dòng)下，腦電信號(hào)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，是一個(gè)交叉學(xué)科的研究方向[2]。 通常從頭皮記錄到的腦電信號(hào)很難真實(shí)反映大腦內(nèi)部電活動(dòng)的情況。而通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，我們可以深入動(dòng)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(dòng)。因此我們建立動(dòng)物模型并對(duì)記錄到的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析1。 本文主要介紹了一個(gè)多路腦電信號(hào)無(wú)線采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)是由三部分組成的，模擬信號(hào)采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)壓縮編碼模塊以及無(wú)線發(fā)送和接收模塊。 模擬腦電信號(hào)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(hào)幅度非常小且只有微幅量級(jí)，必須把腦電信號(hào)放大到一定倍數(shù)才能滿足后端電路對(duì)腦電信號(hào)數(shù)據(jù)的處理。其次，腦電信號(hào)非常容易受到周圍環(huán)境噪聲的干擾，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)高通濾波器去抑制極化電壓,之后通過(guò)射頻濾波電路濾除幾乎所有的高頻干擾，再通過(guò)高低通濾波器降低噪聲信號(hào)的引入。最后，對(duì)整個(gè)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。 數(shù)字信號(hào)處理模塊,我們首先對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)A/D轉(zhuǎn)換，之后對(duì)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(duì)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(duì)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(wú)線通信協(xié)議的選擇也是數(shù)據(jù)準(zhǔn)確傳輸?shù)姆浅Ｖ匾囊粋�(gè)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(wú)線傳輸模塊。IEEE802.15.4的基本構(gòu)建是創(chuàng)造一個(gè)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(yíng)成本和簡(jiǎn)單技術(shù)，同時(shí)不失靈活性和普遍性。 最后對(duì)仿真結(jié)果和實(shí)際電路測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，然后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)做了總結(jié)和展望，對(duì)設(shè)計(jì)中存在的相關(guān)問(wèn)題和未完成的工作進(jìn)行了說(shuō)明。
【關(guān)鍵詞】：腦電信號(hào) STM32W108 多路無(wú)線采集系統(tǒng) 噪聲分析
【學(xué)位授予單位】：山東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：R741.044;TN911.7
【目錄】：

• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 第一章 緒論11-13
• 1.1 研究背景與意義11
• 1.2 課題的來(lái)源11
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-13
• 第二章 腦電信號(hào)與腦機(jī)接口13-17
• 2.1 腦電信號(hào)相關(guān)知識(shí)13-15
• 2.2 局部場(chǎng)電位信號(hào)15
• 2.3 腦機(jī)接口（BCI）的概述15-16
• 2.4 本章小結(jié)16-17
• 第三章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框架17-23
• 3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖17-18
• 3.2 信號(hào)采集模塊的設(shè)計(jì)18-19
• 3.2.1 前端模擬模塊18
• 3.2.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊18-19
• 3.2.3 無(wú)線發(fā)送模塊19
• 3.3 無(wú)線接收電路設(shè)計(jì)19-20
• 3.4 系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)20-21
• 3.4.1 無(wú)線發(fā)送模塊電源設(shè)計(jì)20-21
• 3.4.2 無(wú)線接收模塊電源設(shè)計(jì)21
• 3.5 本章小結(jié)21-23
• 第四章 前端模擬電路的設(shè)計(jì)23-41
• 4.1 無(wú)源帶通濾波電路23-24
• 4.1.1 RC 高通濾波器23-24
• 4.1.2 RC 低通濾波電路24
• 4.2 信號(hào)源跟隨電路設(shè)計(jì)24
• 4.3 初級(jí)儀表放大電路設(shè)計(jì)24-28
• 4.4 四階有源低通濾波器電路設(shè)計(jì)28-29
• 4.5 次級(jí)放大電路和第三級(jí)放大電路29-30
• 4.6 模擬開(kāi)關(guān)和 50Hz 陷波電路討論30-33
• 4.6.1 模擬開(kāi)關(guān)30-32
• 4.6.2 50Hz 陷波電路討論32-33
• 4.7 前端模擬電路噪聲分析33-39
• 4.8 本章小節(jié)39-41
• 第五章 數(shù)字模塊與系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)41-67
• 5.1 微控芯片 STM32W10841-42
• 5.2 IEEE 802.15.4 介紹42-45
• 5.2.1 節(jié)點(diǎn)類型42-43
• 5.2.2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)43
• 5.2.3 IEEE 802.15.4 協(xié)議43-45
• 5.3 數(shù)據(jù)編碼45-46
• 5.4 數(shù)據(jù)傳輸和接收46-65
• 5.4.1 初始化47-49
• 5.4.2 形成網(wǎng)絡(luò)49-51
• 5.4.3 加入網(wǎng)絡(luò)51-60
• 5.4.4 離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)60-62
• 5.4.5 發(fā)送數(shù)據(jù)62-64
• 5.4.6 接收數(shù)據(jù)64-65
• 5.5 本章小結(jié)65-67
• 第六章 仿真結(jié)果、實(shí)驗(yàn)結(jié)果67-77
• 6.1 PCB 制作67-69
• 6.2 模擬電路仿真結(jié)果與模擬電路實(shí)測(cè)結(jié)果69-76
• 6.2.1 高通濾波器70
• 6.2.2 低通濾波器70-71
• 6.2.3 四階低通濾波電路71-72
• 6.2.4 輸入 20mv 時(shí)放大結(jié)果72-73
• 6.2.5 輸入 10mv 時(shí)放大效果73-74
• 6.2.6 輸入 4mv 時(shí)放大效果74-75
• 6.2.7 三級(jí)放大器放大效果75-76
• 6.3 本章小結(jié)76-77
• 第七章 總結(jié)與展望77-79
• 參考文獻(xiàn)79-83
• 致謝83

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：821924