便携式可穿戴脑电采集系统研究与开发

论文摘要

脑电（Electroencephalogram,EEG）是大脑神经细胞正常生理活动产生的一种生物电信号,与心电类似,在一定程度上脑电是大脑生理状态的反映,可被用于检测人的生理以及心理状态,可为癫痫、痴呆、肿瘤等脑部疾病或脑死亡提供诊断信息。近年来,随着脑-机接口（Brain-Computer Interface,BCI）技术的不断发展,脑电得到了更广泛的关注。BCI技术最初的研究目的是为了帮助瘫痪和残疾者。随着神经医学、认知心理学和人工智能等学科的飞速发展,BCI技术已经被应用在许多领域,例如,医学康复领域、智能控制领域、游戏娱乐领域甚至军事领域。能否方便地得获取脑电信号,得到的脑电信号是否可靠,都将直接影响到BCI的性能以及应用场景,脑电采集系统的性能就显得尤为重要。本文主要提出了一种便携式可穿戴脑电采集系统设计方案,论文工作主要围绕脑电采集系统的研究与设计、系统性能测试实验以及离线数据分析等环节展开。具体主要工作内容如下:提出了一种便携式可穿戴脑电采集系统设计方案。设计方案中对传统脑电采集系统的一些缺点做了改良:电极方面,使用新型的干式电极,大大地简化了脑电采集过程的复杂性;数据传输方面,使用蓝牙模块将采集到的脑电数据传输到上位机软件进行处理,打破了传统脑电采集系统在使用范围上的局限性。完成了便携式可穿戴脑电采集系开发,包括硬件开发和软件开发两部分。其中,硬件开发主要为脑电采集系统的各个功能模块电路设计;软件开发包括嵌入式软件和Windows应用软件两部分。设计并完成了系统性能测试实验,理论依据是脑电的稳态视觉诱发电位特征。主要工作包括:稳态视觉诱发电位视觉刺激器设计,稳态视觉诱发电位实验以及离线数据分析。最后对脑电采集系统进行了系统调试和测试实验,测试实验结果表明:脑电采集系统性能稳定,数据可靠,基本满足设计要求。相对传统的脑电采集设备,本设计方案简化了脑电采集过程的复杂性、缩小了系统体积、降低了系统重量,在未来的BCI领域中具有广阔的应用前景。

论文目录

• 详细摘要
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 脑-机接口技术介绍
•   1.3 课题研究背景及意义
•   1.4 论文研究内容及结构安排
•   1.5 本章小结
• 第二章 脑电采集系统硬件设计
•   2.1 系统硬件结构及工作流程概述
•   2.2 脑电采集系统各模块概述
•     2.2.1 微控制单元
•     2.2.2 前端电极模块
•     2.2.3 模数转换模块
•     2.2.4 无线通信模块
•     2.2.5 电源模块
•     2.2.6 加速度传感器
•   2.3 脑电采集系统电路设计
•     2.3.1 系统电源模块电路设计
•     2.3.2 主控MCU模块电路设计
•     2.3.3 前端ESD保护电路设计
•     2.3.4 模数转换模块电路设计
•     2.3.5 无线蓝牙模块电路设计
•     2.3.6 加速度传感器模块电路设计
•   2.4 本章小结
• 第三章 脑电采集系统软件设计
•   3.1 系统软件结构整体概述
•   3.2 脑电采集系统下位机软件设计
•     3.2.1 下位机软件设计整体架构
•     3.2.2 下位机软件工作流程及主函数设计
•     3.2.3 模数转换模块软件设计
•     3.2.4 无线蓝牙模块软件设计
•   3.3 脑电采集系统上位机软件设计
•     3.3.1 上位机软件设计整体架构
•     3.3.2 串口通信软件设计
•     3.3.3 波形显示功能软件设计
•     3.3.4 离线数据保存功能软件设计
•   3.4 本章小结
• 第四章 稳态视觉诱发电位视觉刺激器设计
•   4.1 稳态视觉诱发电位
•   4.2 基于RGB-LED的SSVEP视觉刺激器设计
•     4.2.1 基于RGB-LED的SSVEP视觉刺激器的优势
•     4.2.2 SSVEP视觉刺激器硬件设计
•     4.2.3 SSVEP视觉刺激器软件设计
•   4.3 SSVEP视觉刺激器精度验证
•   4.4 本章小结
• 第五章 脑电采集系统性能测试实验及离线数据分析
•   5.1 SSVEP信号识别的流程及方法
•     5.1.1 预处理
•     5.1.2 快速傅里叶变换
•     5.1.3 典型相关分析
•   5.2 脑电采集系统性能测试实验设计
•   5.3 离线数据分析与比较
•   5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王楼

导师: 孔万增,项勇

关键词: 脑电,脑机接口,便携式,可穿戴,稳态视觉诱发电位

来源: 杭州电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,医药卫生科技,信息科技

专业: 生物学,生物医学工程,计算机软件及计算机应用

单位: 杭州电子科技大学

分类号: R318;TP311.52

总页数: 67

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