本技術(shù)涉及一種多通道腦電信號(hào)采集系統(tǒng)，適用于腦電信號(hào)采集。

背景技術(shù)：

1、在醫(yī)療保健領(lǐng)域中，腦電信號(hào)（electroencephalography，eeg）被廣泛應(yīng)用于診斷和治療腦部疾病，例如癲癇、阿爾茨海默病、帕金森病等。在人機(jī)交互領(lǐng)域中，eeg被用來(lái)識(shí)別特定的腦波模式，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)、假肢或其他外部設(shè)備的控制。雖然對(duì)eeg的研究已經(jīng)存在很長(zhǎng)時(shí)間，但仍然存在許多技術(shù)挑戰(zhàn)。例如，頭發(fā)、皮脂和其他外部干擾物質(zhì)可能影響eeg信號(hào)的質(zhì)量，而不同人之間eeg信號(hào)的差異也可能影響其可靠性和準(zhǔn)確性。因此，eeg技術(shù)的進(jìn)一步研究和發(fā)展仍然是一個(gè)活躍的研究領(lǐng)域。

2、傳統(tǒng)的腦電采集系統(tǒng)雖然在采集精度上能夠滿足醫(yī)療和研究的要求，但是由于裝置體積較大、缺乏移動(dòng)性、操作不便、價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)問(wèn)題會(huì)降低腦機(jī)接口技術(shù)的實(shí)用性。因此鮮有腦機(jī)接口設(shè)備會(huì)面向基礎(chǔ)人機(jī)交互方面，一定程度上限制了腦機(jī)接口技術(shù)的普及程度，間接影響了腦機(jī)接口技術(shù)未來(lái)的發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本實(shí)用新型的目的是針對(duì)上述存在的問(wèn)題，提供一種基于人機(jī)交互的一體式腦電采集系統(tǒng)，其具有成本低、體積小、噪聲低、功耗低等特性，并可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)采集高精度腦電信號(hào)，適合在人機(jī)交互領(lǐng)域普及使用的多通道腦電信號(hào)采集系統(tǒng)。

2、本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

3、本實(shí)用新型所述的一種基于人機(jī)交互的一體式腦電采集系統(tǒng)，包括信號(hào)采集電路、防靜電隔離電路、前置濾波電路、ads1299芯片、微控制器和通信模塊，并依次連接。

4、信號(hào)采集電路，用戶(hù)頭部佩戴，采集佩戴者的腦電信號(hào)。

5、防靜電隔離電路，用于保護(hù)信號(hào)采集芯片免受靜電放電的影響。

6、前置濾波電路，用于將所述信號(hào)采集電路采集后的信號(hào)經(jīng)前置濾波后處理發(fā)送給ads1299芯片。

7、ads1299芯片，用于將所述信號(hào)采集電路采集到的腦電信號(hào)轉(zhuǎn)換為逼近原始數(shù)據(jù)的離散數(shù)字信號(hào)序列，并進(jìn)行信號(hào)的放大、處理，將處理后的腦電信號(hào)發(fā)送；

8、微控制器，所述微控制器采用stm32f405rgt6芯片，用于接收模擬前端處理后的腦電信號(hào)，并對(duì)讀取到的腦電信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，同時(shí)將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送。

9、通信模塊采用串口或usb有線通信，或者esp32以無(wú)線通信的方式與微控制器連接，用于為所述微控制器與上位機(jī)建立通信連接。

10、上位機(jī)用于接收無(wú)線通信模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理和顯示。

11、優(yōu)選地，所述的前置濾波電路為低通濾波電路。

12、所述的信號(hào)采集電極經(jīng)防靜電隔離電路、前置濾波電路連接ads1299芯片，ads1299芯片經(jīng)spi通信總線連接微控制器，微控制器采用stm32f405rgt6，微控制器內(nèi)部集成5階iir帶通濾波模塊和陷波濾波模塊，微控制器上接有通信模塊，微控制器通過(guò)串口或usb模塊與上位機(jī)進(jìn)行有線通信，也可通過(guò)esp32模塊與上位機(jī)無(wú)線通信。

13、本實(shí)用新型的工作原理如下。

14、信號(hào)采集電極，將電極帽戴在用戶(hù)頭上，用3g/100ml濃度的電解質(zhì)鹽水潤(rùn)濕棉簽，采集用戶(hù)的腦電信號(hào)。

15、防靜電隔離電路，所述ads1299芯片前端連接有tpd4e1b06dck芯片用于保護(hù)電路中的高速數(shù)據(jù)線不受靜電放電(esd)的干擾。

16、前置濾波電路，用于將所述信號(hào)采集電極采集的腦電信號(hào)經(jīng)前置濾波后發(fā)送給ads1299芯片。

17、ads1299芯片，用于將所述信號(hào)采集電極采集的腦電信號(hào)放大并轉(zhuǎn)換為無(wú)限逼近原始數(shù)據(jù)的離散數(shù)字信號(hào)序列。

18、ads1299芯片通過(guò)spi傳輸方式將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量傳送到微控制器，數(shù)據(jù)暫儲(chǔ)存在微控制器。

19、微控制器，采用stm32f405rgt6集成了5階iir濾波算法，用于對(duì)所ads1299芯片生成的離散數(shù)字信號(hào)序列進(jìn)行濾波處理。

20、通信模塊，采用串口或usb與微控制器連接，用于所述微控制器與上位機(jī)進(jìn)行無(wú)線通信，或者采用esp32以無(wú)線通信的方式與微控制器連接，用于所述微控制器與上位機(jī)無(wú)線通信。

21、所述微控制器上接有用于檢測(cè)所述信號(hào)采集電極與用戶(hù)頭皮之間接觸阻抗阻抗值。阻抗檢測(cè)模塊具有阻抗檢測(cè)輔助電極，阻抗檢測(cè)輔助電極經(jīng)電阻后接ads1299芯片的偏置驅(qū)動(dòng)（bias?driver）再接地；信號(hào)采集電極經(jīng)電阻電路連接ads1299芯片的輸入端（leadoff）。

22、本實(shí)用新型在微控制器上接有oled顯示模塊，提示模塊包括電池電量顯示、腦電信號(hào)連接質(zhì)量提示、ads1299工作模式顯示。

23、本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型通過(guò)硬件和軟件的雙重濾波，使得獲取的腦電信號(hào)質(zhì)量更高，抗干擾性能更好。本實(shí)用新型通過(guò)采用高集成度、高性能的集成模擬前端代替原來(lái)的模擬放大電路，實(shí)現(xiàn)了腦電信號(hào)采集系統(tǒng)的小型化，同時(shí)保持系統(tǒng)性能的相對(duì)穩(wěn)定和低能耗。本實(shí)用新型具有極高的輸入阻抗、極低的輸入?yún)⒖荚肼?、采樣率可調(diào)、極高的共模抑制比、可編程增益、極低的輸入偏置電流、極低的功耗、超長(zhǎng)待機(jī)等優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型通過(guò)阻抗檢測(cè)模塊獲取接觸阻抗的阻抗值，根據(jù)接觸阻抗的阻抗值判斷系統(tǒng)與被試頭皮連接信號(hào)質(zhì)量，在設(shè)備低電量時(shí)自動(dòng)提醒，導(dǎo)聯(lián)線掉線能夠自動(dòng)檢測(cè)，具有更好的人機(jī)交互體驗(yàn)。本實(shí)用新型腦電信號(hào)采集系統(tǒng)同時(shí)具備串口接口、usb接口和無(wú)線通訊模塊，能夠滿足不同的開(kāi)發(fā)需求，在高速傳輸?shù)臅r(shí)候也不會(huì)丟失信息，具有更高的通信效率和多樣化的通信方式。

24、通過(guò)內(nèi)部參數(shù)測(cè)試，該裝置具有成本低、體積小、噪聲低、功耗低等特性，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)高精度采集腦電信號(hào)，適合在人機(jī)交互領(lǐng)域廣泛普及。

技術(shù)特征：

1.一種基于人機(jī)交互的一體式腦電采集系統(tǒng)，其特征在于，包括信號(hào)采集電路、防靜電隔離電路、前置濾波電路、ads1299芯片、微控制器和通信模塊，并依次連接；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于人機(jī)交互的一體式腦電采集系統(tǒng)，其特征在于，防靜電隔離電路中的tpd4e1b06dck芯片連接到ads1299芯片的前端，用于保護(hù)電路中的免受靜電放電的影響。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于人機(jī)交互的一體式腦電采集系統(tǒng)，其特征在于，前置濾波電路為低通濾波電路。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于人機(jī)交互的一體式腦電采集系統(tǒng)，其特征在于，所述微控制器與ads1299芯片通過(guò)spi協(xié)議進(jìn)行信息傳輸。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于人機(jī)交互的一體式腦電采集系統(tǒng)，其特征在于：所述微控制器與ads1299芯片的阻抗檢測(cè)模塊相連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于人機(jī)交互的一體式腦電采集系統(tǒng)，其特征在于，所述上位機(jī)通過(guò)可視化界面對(duì)處理后的信號(hào)進(jìn)行展示。

技術(shù)總結(jié)
一種基于人機(jī)交互的一體式腦電采集系統(tǒng)，包括信號(hào)采集電路、防靜電隔離電路、前置濾波電路、ADS1299芯片、微控制器和通信模塊，信號(hào)采集電極經(jīng)防靜電隔離電路、前置濾波電路連接ADS1299芯片，ADS1299芯片經(jīng)SPI通信總線連接微控制器，微控制器采用STM32F405RGT6，微控制器內(nèi)部集成5階IIR帶通濾波模塊和陷波濾波模塊，微控制器上接有通信模塊，微控制器通過(guò)串口或USB模塊與上位機(jī)進(jìn)行有線通信，也可通過(guò)ESP32模塊與上位機(jī)無(wú)線通信。本技術(shù)獲取的腦電信號(hào)質(zhì)量高，抗干擾性能好，并具有成本低、體積小、噪聲低、功耗低等特性，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)高精度采集腦電信號(hào)，適合在人機(jī)交互領(lǐng)域普及。

技術(shù)研發(fā)人員：李春泉,程宇新,王子韜,張海欣,陳昌祺,張峰浩,余皎玉,廖志遠(yuǎn),汪芊芊,孫于欽,陳利民,伍軍云,陳榮伶,喻俊志
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南昌大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：20231104
技術(shù)公布日：2025/1/6