本文關(guān)鍵詞：基于腦電信號(hào)的在線腦機(jī)接口系統(tǒng)設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：背景目前,人們所研究的腦機(jī)接口技術(shù)是人類大腦與外界環(huán)境和設(shè)備之間建立的一種信息交流的直接通路,這種通路可以為大腦有清醒意識(shí),但身體有殘疾不能很好的與外界環(huán)境進(jìn)行交流的人提供一種與周圍環(huán)境交流的途徑。近年來(lái),人們對(duì)腦機(jī)接口相關(guān)的技術(shù)研究已經(jīng)取得了一定的成果,但是這些研究成果大多停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段,存在的主要問(wèn)題如下:(1)腦電信號(hào)的采集和處理設(shè)備抗干擾能力差,對(duì)使用環(huán)境要求苛刻;(2)由于大多數(shù)研究使用的是誘發(fā)腦電,使用者不僅需要一個(gè)訓(xùn)練過(guò)程,而且容易誘發(fā)實(shí)驗(yàn)者出現(xiàn)癲癇癥狀;(3)有些研究的處理方法是在離線的情況下進(jìn)行的,這與實(shí)時(shí)在線要求有一定的差距。目的基于上述原因,在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上,針對(duì)這些困擾著腦機(jī)接口技術(shù)走出實(shí)驗(yàn)室的問(wèn)題,提出了基于自發(fā)腦電信號(hào)的在線、實(shí)時(shí)和便攜的研究方案。本研究的目的是設(shè)計(jì)一種可以在一般環(huán)境下使用的在線腦機(jī)接口系統(tǒng)。利用自發(fā)腦電信號(hào),使其使用者不需要長(zhǎng)時(shí)間的訓(xùn)練,就可以在線直接控制外部設(shè)備。方法(1)信號(hào)采集:使用EMOTIV EPOC+14通道腦電采集設(shè)備采集額區(qū)和枕區(qū)的腦電信號(hào),使用藍(lán)通信技術(shù)將設(shè)備采集的腦電信號(hào)傳輸至計(jì)算機(jī)。(2)信號(hào)提取:依據(jù)EMOTIV公司提供的基于Windows平臺(tái)的C++軟件開(kāi)發(fā)工具包,使用C++語(yǔ)言編程,讀取藍(lán)牙模塊USB接口的數(shù)據(jù),將讀入計(jì)算機(jī)的腦電數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,挑揀出包含眼電信號(hào)的AF3和AF4通道的信號(hào),通過(guò)另一個(gè)含有USB接口的藍(lán)牙適配器將他們發(fā)送出去。(3)信號(hào)接收:使用現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列(FPGA)編程控制具有RS-232串行口的藍(lán)牙模塊來(lái)接收AF3和AF4通道的腦電信號(hào),將接收到的腦電信號(hào)在FPGA中分成AF3和AF4兩個(gè)類別,分別對(duì)兩類信號(hào)進(jìn)行處理,處理過(guò)后的信號(hào)送到TFT液晶屏進(jìn)行顯示,以觀察采集到的腦電信號(hào)的基本特性,TFT液晶屏顯示的內(nèi)容主要包含信號(hào)的幅度和時(shí)間;(4)信號(hào)處理:對(duì)AF3和AF4通道的信號(hào)進(jìn)行處理并給出控制信號(hào),首先對(duì)獲得的腦電信號(hào)進(jìn)行整形,得到一個(gè)占空比不同的方波信號(hào),整形的原理是只要AF3和AF4通道的信號(hào)有一條達(dá)到條件,就可以給出一個(gè)方波的高電平或者低電平;其次,經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)可知,由于刻意閉眼和睜眼信號(hào)與基線之間的差值大于100μV,因此根據(jù)刻意眨眼信號(hào)的幅值的特殊性,設(shè)置一個(gè)閾值,當(dāng)方波的幅值達(dá)到這一閾值之后,將這一個(gè)方波信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào);第三,利用脈沖信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào),循環(huán)選擇5種不同的輸出結(jié)果,當(dāng)選定一種輸出結(jié)果并維持6s內(nèi)不變時(shí),將這種輸出結(jié)果作為最終的輸出信號(hào),并用于控制外部設(shè)備。結(jié)果為更直觀的觀察信號(hào)的變化,利用TFT液晶屏實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的顯示出采集到的腦電信號(hào)。從實(shí)驗(yàn)中可以看到,它不僅可以顯示實(shí)驗(yàn)者在閉眼時(shí)的上升波和睜眼時(shí)的下降波,并且可以顯示信號(hào)的強(qiáng)弱。在一般的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中,經(jīng)過(guò)12名實(shí)驗(yàn)者的測(cè)試,不同實(shí)驗(yàn)者的刻意眨眼信號(hào)幅值差別不大,最終都可以使用刻意眨眼信號(hào)來(lái)選擇5種不同的輸出結(jié)果,用于控制外部裝置。結(jié)論本研究可以為身體癱瘓或肢體癱瘓的病人提供一種適用于普通環(huán)境的與外界進(jìn)行交流的便攜式廉價(jià)腦機(jī)接口設(shè)備。
【關(guān)鍵詞】：腦機(jī)接口 C++ 藍(lán)牙 現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列
【學(xué)位授予單位】：新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN911.7;R338
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 研究背景及腦機(jī)接口技術(shù)10-12
• 1.1.1 研究背景10
• 1.1.2 腦機(jī)接口技術(shù)10-12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及存在問(wèn)題12-15
• 1.2.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 存在問(wèn)題14-15
• 1.3 研究目的和研究?jī)?nèi)容15-18
• 第2章 腦電信號(hào)特征和腦電采集設(shè)備18-32
• 2.1 腦電信號(hào)特征18-21
• 2.1.1 腦電信號(hào)的產(chǎn)生18-19
• 2.1.2 腦電信號(hào)特點(diǎn)19-20
• 2.1.3 腦電信號(hào)組成20-21
• 2.2 腦電采集21-31
• 2.2.1 腦電采集設(shè)備簡(jiǎn)介21-23
• 2.2.2 Emotiv EPOC+ 使用方法23-28
• 2.2.3 10/20 系統(tǒng)腦電電極定位28-30
• 2.2.4 腦電采集過(guò)程30-31
• 2.3 本章小結(jié)31-32
• 第3章 設(shè)計(jì)中用到的通信協(xié)議32-37
• 3.1 USB2.0 通訊32-34
• 3.1.1 概述32
• 3.1.2 數(shù)據(jù)傳輸格式32-34
• 3.2 藍(lán)牙通信34-35
• 3.2.1 藍(lán)牙技術(shù)簡(jiǎn)介34
• 3.2.2 藍(lán)牙技術(shù)的主要特點(diǎn)34-35
• 3.3 串口通信35-36
• 3.4 本章小結(jié)36-37
• 第4章 FPGA結(jié)構(gòu)及開(kāi)發(fā)流程37-45
• 4.1 FPGA概述37-40
• 4.2 FPGA項(xiàng)目開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)流程40-44
• 4.3 本章小結(jié)44-45
• 第5章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)過(guò)程45-66
• 5.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)45-62
• 5.1.1 腦電采集45-47
• 5.1.2 分析與處理過(guò)程47-62
• 5.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程62-64
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程62-63
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析63-64
• 5.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題以及解決方案64
• 5.4 本章小結(jié)64-66
• 第6章 總結(jié)與展望66-67
• 6.1 總結(jié)66
• 6.2 未來(lái)展望66-67
• 參考文獻(xiàn)67-69
• 綜述69-79
• 參考文獻(xiàn)77-79
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表文章情況79-80
• 致謝80-81
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷81

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