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多通道脑电信号采集与处理系统研究

薛吉星  
【摘要】:近年来,脑机接口作为一种新兴的人机交互方式,在残疾人控制和健康人娱乐等多个领域受到极大的重视,很多科研机构和公司通过利用脑电来进行控制、娱乐等多样化的操作,比如为残疾人设计使用脑电来控制轮椅和拨打电话、为热爱新奇电子产品的人群设计利用脑电控制的各种游戏等,脑机接口必将随着人类对大脑认识的深入,发挥愈发重要的作用。在脑机接口系统中,脑电采集系统是重要的环节,因为脑电信号是一种微弱的生理电信号,采集难度较大,要通过脑电采集系统采集大脑头皮脑电并进行处理,为脑机接口研究提供原始脑电信号。在脑电采集系统设计中,一般采用特殊电极进行采集,然后对脑电进行放大和滤波,通过AD转换后将信号传输到计算机。本设计主要讲述脑电采集系统的设计思路,首先介绍脑电采集系统的发展和现状,然后介绍了脑电信号的基本知识,分析了脑电信号的分类和导联方式等。针对脑电的特征,在第二章提出了脑电信号采集系统的整体设计要求和实现方法。然后在第三章详细讲述了采集系统硬件的设计,包括如何设计前置放大器、右腿驱动电路和滤波电路等调理电路,把脑电信号放大到适合AD采集的幅度,然后介绍了STM32控制器和AD,经过AD转换后利用USB实现STM32和上位机的通信。在第四章介绍系统软件部分设计,讲述了STM32固件程序、USB驱动程序和上位机程序的实现。在系统设计完成后,为了验证信号采集系统是否可以满足我们的要求,我们在第五章讲述了脑电验证的方法:将脑电信号通过FFT进行频谱分析,利用稳态视觉诱发电位(SSVEP)来验证了脑电。在第六章对整个设计做了总结,讲述了自己在做毕业设计过程中各个方面的收获,也对不足和需要进一步完善的地方进行了阐述。


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