穿戴式脑电采集系统的研制

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1、学校代号10524学号2012120282分类号密级硕士学位论文穿戴式脑电采集系统的研制学位申请人姓名曾兴涛培养单位生物医学工程学院导师姓名及职称官金安教授学科专业生物医学工程研究方向信号检测与处理论文提交日期2014年5月学校代号：10524学号：2012120282密级：中南民族大学硕士学位论文穿戴式脑电采集系统的研制学位申请人姓名：曾兴涛导师姓名及职称：官金安教授培养单位：生物医学工程学院专业名称：生物医学工程论文提交日期：2014年5月论文答辩日期：2014年5月答辩委员会主席：刘守印教授DesignofawearableEEGacquisitionsystembyZENGXingt

2、aoB.E.(South-CentralUniversityforNationalities)2012AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinBiomedicalEngineeringintheGraduateSchoolofSouth-CentralUniversityforNationalitiesSupervisorProfessorGuanJin-anMay,2014中南民族大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进

3、行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权中南民族大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密□，在______年解密后适用本授权书。2

4、、不保密□。√（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日中南民族大学硕士学位论文摘要自1924年人的脑电活动被首次记录下以来，关于脑电的研究一直没有停止。其间产生了神经科学研究领域的一门重要技术：脑-机接口。脑-机接口系统从整体上可分为脑电采集、信号处理和外部设备控制三部分。本文设计即围绕脑电采集展开。随着科技的进步，采集脑电的设备—脑电图机已从早期的模拟脑电图机发展为现代主流的数字脑电图机。近几年，得益于发达的电子元器件集成技术，“穿戴式医疗设备”已成为研究热点。实现穿戴式脑电采集成为了一种趋势。本文先分析脑电信号的特性，以确定脑电采集系统的功能需求及技术指

5、标。再对系统进行整体设计，这其中包括关键元器件的选型及理论分析。系统分为下位机、上位机两部分。其中，下位机硬件—脑电采集板的关键元器件确定为：前置放大器（AD8422）、A/D转换器（ADS1298）、主控单片机（STM32）、USB隔离（ADuM4160）及蓝牙串口模块（HC-06）。下位机工作原理为：脑电信号由电极导出送入采集板，信号经过前置放大后A/D转换为数字信号；主控单片机通过SPI总线将A/D转换数据读回，并与蓝牙串口接收的脑电诱发同步信号一起打包；最后将打包数据通过USB总线发给上位机。为了保证采集脑电时人体的安全，采用USB隔离芯片对上、下位机进行电气隔离。在下位机软件中，结

6、合使用了DMA、USB端点双缓冲及USB块传输来实现高速通信。上位机软件的开发在LabVIEW平台下进行，使用NI-VISA工具包及其函数库实现上、下位机的USB通信。同时上位机软件还兼有波形显示和数据存储的功能。本文的最后，对整个系统做出了测试。在关键技术指标中A/D转换误差为0.098%；共模抑制比达到了87.06db；整体内部噪声水平为1.82µV；USB通信速率达到了512KB/S。在实际脑电采集中，得到显著的α脑电波节律及ERP信号叠加图。同时整个脑电采集板的尺寸仅为63×43（mm×mm），在采集脑电时可以很方便的与脑电极帽连接，实现了可穿戴化。关键词：脑-机接口；穿戴式脑电采集

7、；STM32；USB通信；LabVIEW；NI-VISAI中南民族大学硕士学位论文AbstractSince1924,forthefirsttime,humanbrainactivitybeenrecorded,theresearchonEEGhasneverstopped.Andduringwhichanimportanttechnologyinneurosciencehasbeengenerated:br