基于实时嵌入式系统的脑电信号采集仪器设计

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1、山东大学硕士学位论文基于实时嵌入式系统的脑电信号采集仪器设计姓名：马登程申请学位级别：硕士专业：模式识别与智能系统指导教师：刘伯强20060420山东大学硕士学位论文摘要近年来，随着电子技术、计算机技术的飞速发展，脑电信号处理的理论基础已经逐渐成熟起来，脑一机接口(BCI)的研究也开始逐渐成为了一个热点问题。BCI是在人脑和计算机或者其他设备之间构建的信息通路，主要应用于医疗康复或者人类辅助功能领域。在BCI功能的实现中，脑电信号采集仪器是一个关键因素，它的精度决定了BCI的性能。目前国内外有许多厂家生产各种类型的脑电采集仪器，无论从精度还是抗干扰能力上都具有比较好的表现，基本满

2、足了医疗康复的研究需求。但是对于实验室研究来说，我们更希望它具有开放的接口，以便能够实现我们特殊的实验研究需要。因此，为了满足独立开发的需要，我们设计了一台基于嵌入式系统的脑电信号采集仪器，该仪器主要完成脑电信号的采集，预处理功能，并将采集到的数据以USB方式上传到PC机进行下一步的分析处理。在本论文中，主要介绍了脑电信号采集仪器设备端的软硬件分析设计与实现。1)文中，首先建立了一个脑电信号源模型，分析了EEG的记录方法，并且针对脑电采集提出了几种放大器设计方案，详细讨论了几个关键的性能指标。另外，考虑到人体生物电信号的微弱性(uv数量级)，很容易受到人体本身噪声以及外界干扰的影

3、响，所以本文在综合前人经验的基础上，提出了一些抗干扰的措施，并着重分析了右腿驱动屏蔽的抗干扰方法。2)本系统设计的另一个特点是为诱发脑电信号的提取提供了便利机制。通过监控外界诱发刺激环境的变化，对其进行标记，从而将其与脑电信号封装在一起。这样，上位PC机在读取了数据后能够从一连串的数据中寻找到被刺激信号描记的脑电信号部分，对其进行叠加平均，提取出有效信息。3)接下来，在以上理论的指导下，设计出了脑电放大器的硬件，包括主控制板部分和模拟放大器板部分。介绍了前置放大器电路、二级放大器电路以及定标信号等功能的实现方法。4)实时嵌入式操作系统的引入是本仪器软件设计的基础。与以往只是简单编

4、写裸机处理程序相比，操作系统的引入使得我们对于软件各部分功能的ⅡI山东大学硕士学位论文管理更加方便，同时也使程序结构更加清晰、易读。更重要的是可以极其方便得对其升级和增加其他功能，利于进一步的开发。另外，在操作系统移植的基础上我们将软件所需要完成的功能划分为信号采集、数据预处理、参数设置、数据传输等几个部分，实现了模块化管理。5)考虑到最终进行数据分析的是PC机，而现在的PC机基本上都具有USB接口，所以系统通信选择了USB方式。设计中，我们按照USB协议规范编写了仪器设备端各个协议层程序，并完成了通信应用软件部分的开发。我们设计的脑电信号采集仪器很好的完成了我们的设计目标，为以

5、后的实验室脑电研究项目提供了一个开发平台与研究基础。关键词：脑一机接口诱发电位嵌入式系统USB仪器IV山东大学硕士学位论文ABSTRACTWiththerapiddevelopmeatofelectricfoundationofEEGprocessinghasbeenInterface(BCI)alsObecomesahotitemandbUiItcomputertechnologyAndtheresearchinrecentyears，theonBrainCompnterBCliSadirectdataCOmmanicationChalinelthattransmitsinfo

6、rmatiOnfromahnmanbraintoacomputerorotherelectronicequipmeats，whichmainlyimplicatinmedicalcareandotherhumanbehaviorassistant．IntherealizationofBCI，EEGamplifierwhoseprecisiondecidestheperformanceofBCIisthemostimportantpart．NowtherearemanytypesofEEGequipmentthatexcellentinbothprecisionandanti—ja

7、mmingperformanceTheymeettheneedofmedicalandhealthcarewell．Butfortheresearchoflaboratoryitisnotenough，wehopethatitcouldprovidenSaplatformthatwecandevelopupon．ThuswecandoSomespecialexperimentswithitInordertofulfillourownresearchrequirements，wed