CN202589519U - 基于射频识别的穿戴式无线脑电信号采集*** - Google Patents

基于射频识别的穿戴式无线脑电信号采集*** Download PDF

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谢宏
熊美佳
杨文璐
董耀华
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Abstract

本实用新型公开了基于射频识别的穿戴式无线脑电信号采集***，它包括数据采集单元、数据传输单元和数据处理单元，所述数据采集单元包括干电极、放大滤波模块、第一单片机，数据传输单元包括无线发送模块和无线接收模块，数据处理单元包括第二单片机和计算机；第一单片机控制干电极采集脑电波信号，经放大滤波模块处理后通过无线发送模块发送给第二单片机；第二单片机通过无线接收模块接受脑电波信号，并传输给计算机。本实用新型的有益效果在于：体积小、低成本、低功耗、便携可穿戴，具有较完善的无线传输功能。

Description

基于射频识别的穿戴式无线脑电信号采集***
技术领域
本实用新型涉及及脑电信号采集技术领域，特别是涉及一种基于射频识别的穿戴式无线脑电信号采集***。
背景技术
脑电图是一种具有正弦波节律的波形，它是头皮上两点间电位差随时间变化的曲线。脑电图(EEG)应用到医学检测、临床诊断以及新兴的脑-机接口领域。其中基于脑电信号识别驾驶员警觉度状态已经成为一种研究热点，驾驶员可穿戴式脑电信号采集装置是其必要的保障。
脑电信号采集***主要由电极，模/数转换模块、微控制器和数据传输等部分构成。传统的脑电采集技术通常采用湿电极，人力，物力，时间花费较多，导电介质的使用增加了实验的不确定性。微控制器一般采用以下几类：普通单片机，DSP数字信号处理芯片，ARM或者FPGA。ARM,DSP和FPGA芯片成本高功耗大。数据传输部分采用有线传输，限制了使用环境，不便利；或者有的采用蓝牙技术进行无线传输成本较高，适宜近距离传输。
现有的国外的脑电采集设备中比较成熟的产品开发成本较高，难以在国内推广，而国内在这方面的研究起步较晚，技术不够成熟。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于射频识别的穿戴式无线脑电信号采集***，通过采用便携式的结构设计和无线通讯模块，克服了传统技术中的不足，从而实现本实用新型的目的。
本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
基于射频识别的穿戴式无线脑电信号采集***，其特征在于，它包括数据采集单元、数据传输单元和数据处理单元；
所述数据采集单元包括干电极、与干电极输出端连接的放大滤波模块、第一单片机；第一单片机控制干电极采集脑电波信号，经放大滤波模块处理后通过无线发送模块发送给第二单片机；
所述数据传输单元包括无线发送模块和无线接收模块；
所述数据处理单元包括第二单片机和计算机，第二单片机通过无线接收模块接受脑电波信号，并传输给计算机。
在本实用新型的一个实施例中，所述第一单片机和无线发送模块、第二单片机和无线接收模块之间通过SPI接口连接。
在本实用新型的一个实施例中，所述干电极为微针式干电极。
本实用新型的有益效果在于：体积小、低成本、低功耗、便携可穿戴，具有较完善的无线传输功能。
附图说明
图1为本实用新型所述的穿戴式无线脑电信号采集***的框图。
图2为本实用新型所述的穿戴式无线脑电信号采集***的多设备示意图。
图3为本实用新型所述的放大滤波模块的工作示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。
如图1、图2和图3所示，本实用新型所述的基于射频识别的穿戴式无线脑电信号采集***，主要由以下功能部件组成：
干电极：贴附在头皮表面，记录脑电波，并将信号传递给放大滤波模块。
放大滤波模块：将电极记录的脑电信号进行放大、滤波，并进行A/D转换。
第一单片机：直接控制采集模块，对脑电信号进行采集并将数据打包向上级传输。
通信模块：包括无线发送模块与无线接收模块，用于采集模块与接收模块之间进行无线通信。
第二单片机：通过无线模块接收脑电数据，将脑电数据通过串口上传到计算机。
计算机：使用Visual C++6.0编写的上位机，用于人机交互，用来发送人的命令和显示、存储采集到的脑电波数据。
脑电波信号采集***的硬件设计:
干电极：本项目采用可以与皮肤稳定接触的采用流行的微针式干电极。
放大电路：本***脑电信号放大电路包括前置放大电路、高通滤波电路、后级放大电路和低通滤波电路等几部分。
电源电路：考虑到便携性，使用寿命以及电压稳定问题采用9v锂电池供电。
A/D转换：EEG信号频率在100Hz以内，因此本***采用200Hz的采样率。
5.串口通信：RS-232串行通信比较简单实用，降低开发成本。
6.6.CC2500无线接受/发送模块,：CC2500是一款低成本射频***级芯片，体积小、功耗少、***元件少。CC2500模块通过标准的SPI接口与MSP430单片机相连，SI、SO为CC2500的数据输入输出端口，SCLK作为数据传输的同步时钟，CSn为片选信号，低电平芯片工作；还有2个通用输出口GDO0和GDO2来辅助CC2500实现无线通信功能。
脑电波信号采集***的软件设计：
本***软件包括：A/D转换程序，无线发射程序，无线接收程序和PC端串口通信程序。本课题脑电信号采集***采用Ｃ语言作为编程语言，开发软件使用IAR公司的集成开发环境IAR Embedded Workbench嵌入式工作台以及调试器C－SPY。
采集端的单片机完成两项任务：控制A/D转换，采集脑电数据；将脑电数据通过无线模块发送。程序包括两大部分：主程序、定时器Timer_A的中断服务程序。主程序完成***初始化后，进入LMP3低功耗模式，等待射频模块GDO0产生中断，当中断产生后，开始采集数据，并存入缓冲区，当缓冲区已满，即16通道都采完时，将16通道的数据通过射频模块一起发送出去。定时器Timer_A每5ms中断一次，在中断服务程序中先关闭A/D转换功能，读取前8通道采样值，存入缓冲区；然后设置模块开关切换到后8路模拟通道，并开启A/D转换功能，等待转换结束后，读取采样值存入缓冲区，同时设置采样完成标志，设置模拟开关切换回前8路模拟通道，并开启A/D转换命令，最后退出中断。
接收端的单片机也有两项任务：通过无线模块接收脑电数据；将脑电数据通过串口上传到上位机。接收端的程序也包括两部分：主程序和串口中断服务子程序。主程序完成***初始化后，进入LMP3低功耗模式等待串口的上位机命令，当串口中断产生后，进入串口中断服务子程序，根据上位机命令，设置采集命令标志，退出中断。回到主程序中，打开射频模块将采集命令标志发送出去，然后将射频模块设置为接收模式，等待射频模块GDO0口的中断。当GDO0中断产生时，通过SPI口读取采集数据，并将数据通过串口上传到上位机。
串行通信编程：串口程序负责建立上位机电脑与接收端单片机的联系，将从单片机UART口得到的数据通过串口传到电脑上以及从上位机串口得到命令。
上位机电脑的应用程序：在VC6.0环境下开发的，主要完成对采集的脑电数据显示，也可以为以后是数据分析处理做准备。
此外，无线传输软件部分中加入防碰撞算法和多标签识别的功能：这是以往脑电信号采集设备没有谈及到的。对于多套脑电信号采集设备同时工作时采用类似标签读写器的处理方式来正确识别，防止数据传输过程中出现冲撞和干扰（其中脑电采集帽看做标签，与计算机通信的无线接收模块看做读写器）创造性得将电子标签的关键技术引入可穿戴式脑电信号采集设备的识别与信息传输。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.基于射频识别的穿戴式无线脑电信号采集***，其特征在于，它包括数据采集单元、数据传输单元和数据处理单元；
所述数据采集单元包括干电极、与干电极输出端连接的放大滤波模块、第一单片机；第一单片机控制干电极采集脑电波信号，经放大滤波模块处理后通过无线发送模块发送给第二单片机；
所述数据传输单元包括无线发送模块和无线接收模块；
所述数据处理单元包括第二单片机和计算机，第二单片机通过无线接收模块接受脑电波信号，并传输给计算机。
2.根据权利要求1所述的基于射频识别的穿戴式无线脑电信号采集***，其特征在于，所述第一单片机和无线发送模块、第二单片机和无线接收模块之间通过SPI接口连接。
3.根据权利要求1所述的基于射频识别的穿戴式无线脑电信号采集***，其特征在于，所述干电极为微针式干电极。
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