專利名稱：基于射頻識(shí)別的穿戴式無線腦電信號(hào)采集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及及腦電信號(hào)采集技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于射頻識(shí)別的穿戴式無線腦電信號(hào)采集系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
腦電圖是一種具有正弦波節(jié)律的波形，它是頭皮上兩點(diǎn)間電位差隨時(shí)間變化的曲線。腦電圖(EEG)應(yīng)用到醫(yī)學(xué)檢測(cè)、臨床診斷以及新興的腦-機(jī)接口領(lǐng)域。其中基于腦電信號(hào)識(shí)別駕駛員警覺度狀態(tài)已經(jīng)成為一種研究熱點(diǎn)，駕駛員可穿戴式腦電信號(hào)采集裝置是其必要的保障。腦電信號(hào)采集系統(tǒng)主要由電極，模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、微控制器和數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔糠謽?gòu) 成。傳統(tǒng)的腦電采集技術(shù)通常采用濕電極，人力，物力，時(shí)間花費(fèi)較多，導(dǎo)電介質(zhì)的使用增加了實(shí)驗(yàn)的不確定性。微控制器一般采用以下幾類普通單片機(jī)，DSP數(shù)字信號(hào)處理芯片，ARM或者FPGA。ARM，DSP和FPGA芯片成本高功耗大。數(shù)據(jù)傳輸部分采用有線傳輸，限制了使用環(huán)境，不便利；或者有的采用藍(lán)牙技術(shù)進(jìn)行無線傳輸成本較高，適宜近距離傳輸?，F(xiàn)有的國(guó)外的腦電采集設(shè)備中比較成熟的產(chǎn)品開發(fā)成本較高，難以在國(guó)內(nèi)推廣，而國(guó)內(nèi)在這方面的研究起步較晚，技術(shù)不夠成熟。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于射頻識(shí)別的穿戴式無線腦電信號(hào)采集系統(tǒng)，通過采用便攜式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和無線通訊模塊，克服了傳統(tǒng)技術(shù)中的不足，從而實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的。本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問題可以采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)基于射頻識(shí)別的穿戴式無線腦電信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于，它包括數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)傳輸單元和數(shù)據(jù)處理單元；所述數(shù)據(jù)采集單元包括干電極、與干電極輸出端連接的放大濾波模塊、第一單片機(jī)；第一單片機(jī)控制干電極采集腦電波信號(hào)，經(jīng)放大濾波模塊處理后通過無線發(fā)送模塊發(fā)送給第二單片機(jī)；所述數(shù)據(jù)傳輸單元包括無線發(fā)送模塊和無線接收模塊；所述數(shù)據(jù)處理單元包括第二單片機(jī)和計(jì)算機(jī)，第二單片機(jī)通過無線接收模塊接受腦電波信號(hào)，并傳輸給計(jì)算機(jī)。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一單片機(jī)和無線發(fā)送模塊、第二單片機(jī)和無線接收模塊之間通過SPI接口連接。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，所述干電極為微針式干電極。本實(shí)用新型的有益效果在于體積小、低成本、低功耗、便攜可穿戴，具有較完善的無線傳輸功能。
圖I為本實(shí)用新型所述的穿戴式無線腦電信號(hào)采集系統(tǒng)的框圖。圖2為本實(shí)用新型所述的穿戴式無線腦電信號(hào)采集系統(tǒng)的多設(shè)備示意圖。圖3為本實(shí)用新型所述的放大濾波模塊的工作示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施方式
，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。如圖I、圖2和圖3所示，本實(shí)用新型所述的基于射頻識(shí)別的穿戴式無線腦電信號(hào)采集系統(tǒng)，主要由以下功能部件組成干電極貼附在頭皮表面，記錄腦電波，并將信號(hào)傳遞給放大濾波模塊。放大濾波模塊將電極記錄的腦電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波，并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。第一單片機(jī)直接控制采集模塊，對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行采集并將數(shù)據(jù)打包向上級(jí)傳輸。通信模塊包括無線發(fā)送模塊與無線接收模塊，用于采集模塊與接收模塊之間進(jìn)行無線通信。第二單片機(jī)通過無線模塊接收腦電數(shù)據(jù)，將腦電數(shù)據(jù)通過串口上傳到計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)使用Visual C++6. O編寫的上位機(jī)，用于人機(jī)交互，用來發(fā)送人的命令和顯示、存儲(chǔ)采集到的腦電波數(shù)據(jù)。腦電波信號(hào)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)干電極本項(xiàng)目采用可以與皮膚穩(wěn)定接觸的采用流行的微針式干電極。放大電路本系統(tǒng)腦電信號(hào)放大電路包括前置放大電路、高通濾波電路、后級(jí)放大電路和低通濾波電路等幾部分。電源電路考慮到便攜性，使用壽命以及電壓穩(wěn)定問題采用9v鋰電池供電。A/D轉(zhuǎn)換EEG信號(hào)頻率在IOOHz以內(nèi)，因此本系統(tǒng)采用200Hz的采樣率。5.串口通信RS_232串行通信比較簡(jiǎn)單實(shí)用，降低開發(fā)成本。6. 6. CC2500無線接受/發(fā)送模塊，CC2500是一款低成本射頻系統(tǒng)級(jí)芯片，體積小、功耗少、外圍元件少。CC2500模塊通過標(biāo)準(zhǔn)的SPI接口與MSP430單片機(jī)相連，SI、S0為CC2500的數(shù)據(jù)輸入輸出端口，SCLK作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐綍r(shí)鐘，CSn為片選信號(hào)，低電平芯片工作；還有2個(gè)通用輸出口⑶00和⑶02來輔助CC2500實(shí)現(xiàn)無線通信功能。腦電波信號(hào)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)軟件包括:A/D轉(zhuǎn)換程序，無線發(fā)射程序，無線接收程序和PC端串口通信程序。本課題腦電信號(hào)采集系統(tǒng)采用C語言作為編程語言，開發(fā)軟件使用IAR公司的集成開發(fā)環(huán)境IAR Embedded Workbench嵌入式工作臺(tái)以及調(diào)試器C 一 SPY。采集端的單片機(jī)完成兩項(xiàng)任務(wù)控制A/D轉(zhuǎn)換，采集腦電數(shù)據(jù)；將腦電數(shù)據(jù)通過無線模塊發(fā)送。程序包括兩大部分主程序、定時(shí)器Timer_A的中斷服務(wù)程序。主程序完成系統(tǒng)初始化后，進(jìn)入LMP3低功耗模式，等待射頻模塊GDOO產(chǎn)生中斷，當(dāng)中斷產(chǎn)生后，開始采集數(shù)據(jù)，并存入緩沖區(qū)，當(dāng)緩沖區(qū)已滿，即16通道都采完時(shí)，將16通道的數(shù)據(jù)通過射頻模塊一起發(fā)送出去。定時(shí)器Timer_A每5ms中斷一次,在中斷服務(wù)程序中先關(guān)閉A/D轉(zhuǎn)換功能,讀取前8通道采樣值，存入緩沖區(qū)；然后設(shè)置模塊開關(guān)切換到后8路模擬通道，并開啟A/D轉(zhuǎn)換功能，等待轉(zhuǎn)換結(jié)束后，讀取采樣值存入緩沖區(qū)，同時(shí)設(shè)置采樣完成標(biāo)志，設(shè)置模擬開關(guān)切換回前8路模擬通道，并開啟A/D轉(zhuǎn)換命令，最后退出中斷。接收端的單片機(jī)也有兩項(xiàng)任務(wù)通過無線模塊接收腦電數(shù)據(jù)；將腦電數(shù)據(jù)通過串口上傳到上位機(jī)。接收端的程序也包括 兩部分主程序和串口中斷服務(wù)子程序。主程序完成系統(tǒng)初始化后，進(jìn)入LMP3低功耗模式等待串口的上位機(jī)命令，當(dāng)串口中斷產(chǎn)生后，進(jìn)入串口中斷服務(wù)子程序，根據(jù)上位機(jī)命令 ，設(shè)置采集命令標(biāo)志，退出中斷。回到主程序中，打開射頻模塊將采集命令標(biāo)志發(fā)送出去，然后將射頻模塊設(shè)置為接收模式，等待射頻模塊GDOO口的中斷。當(dāng)⑶00中斷產(chǎn)生時(shí)，通過SPI 口讀取采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過串口上傳到上位機(jī)。串行通信編程串口程序負(fù)責(zé)建立上位機(jī)電腦與接收端單片機(jī)的聯(lián)系，將從單片機(jī)UART 口得到的數(shù)據(jù)通過串口傳到電腦上以及從上位機(jī)串口得到命令。上位機(jī)電腦的應(yīng)用程序在VC6. O環(huán)境下開發(fā)的，主要完成對(duì)采集的腦電數(shù)據(jù)顯示，也可以為以后是數(shù)據(jù)分析處理做準(zhǔn)備。此外，無線傳輸軟件部分中加入防碰撞算法和多標(biāo)簽識(shí)別的功能這是以往腦電信號(hào)采集設(shè)備沒有談及到的。對(duì)于多套腦電信號(hào)采集設(shè)備同時(shí)工作時(shí)采用類似標(biāo)簽讀寫器的處理方式來正確識(shí)別，防止數(shù)據(jù)傳輸過程中出現(xiàn)沖撞和干擾(其中腦電采集帽看做標(biāo)簽，與計(jì)算機(jī)通信的無線接收模塊看做讀寫器)創(chuàng)造性得將電子標(biāo)簽的關(guān)鍵技術(shù)引入可穿戴式腦電信號(hào)采集設(shè)備的識(shí)別與信息傳輸。以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求1.基于射頻識(shí)別的穿戴式無線腦電信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于，它包括數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)傳輸單元和數(shù)據(jù)處理單元； 所述數(shù)據(jù)采集單元包括干電極、與干電極輸出端連接的放大濾波模塊、第一單片機(jī)；第一單片機(jī)控制干電極采集腦電波信號(hào)，經(jīng)放大濾波模塊處理后通過無線發(fā)送模塊發(fā)送給第二單片機(jī)； 所述數(shù)據(jù)傳輸單元包括無線發(fā)送模塊和無線接收模塊； 所述數(shù)據(jù)處理單元包括第二單片機(jī)和計(jì)算機(jī)，第二單片機(jī)通過無線接收模塊接受腦電波信號(hào)，并傳輸給計(jì)算機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于射頻識(shí)別的穿戴式無線腦電信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于，所述第一單片機(jī)和無線發(fā)送模塊、第二單片機(jī)和無線接收模塊之間通過SPI接口連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于射頻識(shí)別的穿戴式無線腦電信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于，所述干電極為微針式干電極。
專利摘要本實(shí)用新型公開了基于射頻識(shí)別的穿戴式無線腦電信號(hào)采集系統(tǒng)，它包括數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)傳輸單元和數(shù)據(jù)處理單元，所述數(shù)據(jù)采集單元包括干電極、放大濾波模塊、第一單片機(jī)，數(shù)據(jù)傳輸單元包括無線發(fā)送模塊和無線接收模塊，數(shù)據(jù)處理單元包括第二單片機(jī)和計(jì)算機(jī)；第一單片機(jī)控制干電極采集腦電波信號(hào)，經(jīng)放大濾波模塊處理后通過無線發(fā)送模塊發(fā)送給第二單片機(jī)；第二單片機(jī)通過無線接收模塊接受腦電波信號(hào)，并傳輸給計(jì)算機(jī)。本實(shí)用新型的有益效果在于體積小、低成本、低功耗、便攜可穿戴，具有較完善的無線傳輸功能。
文檔編號(hào)A61B5/0476GK202589519SQ201220236238
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月23日
發(fā)明者謝宏, 熊美佳, 楊文璐, 董耀華, 葛琪琪 申請(qǐng)人:上海海事大學(xué)