基于DSP、ARM的便携式脑电仪的制作方法

文档序号:12428774阅读:来源:国知局

技术特征:

1.基于DSP、ARM的便携式脑电仪,其特征在于:包括:机壳(23),所述机壳(23)内设置有脑电采集模块(1)、脑电分析及控制模块(2)、系统电源(3)以及系统时钟(4),所述脑电采集模块(1)的输入输出端与所述脑电分析及控制模块(2)的输入输出端电连接,所述系统电源(3)用于为所述脑电采集模块(1)、所述脑电分析及控制模块(2)及所述系统时钟(4)提供工作电源,所述系统时钟(4)用于为所述脑电采集模块(1)、所述脑电分析及控制模块(2)及所述系统电源(3)提供工作时钟。

2.根据权利要求1所述基于DSP、ARM的便携式脑电仪,其特征在于:所述脑电采集模块(1)由银管电极(5)、右腿驱动电路(6)、前置放大电路(7)、工频陷波电路(8)、一级放大电路(9)、二级放大电路(10)、低通滤波电路(11)、A/D转换电路(12)组成,其中,所述银管电路(5)由第1、第2一直到第16电极构成;所述脑电采集模块(1)的工作方法为由所述银管电极(5)与人的头皮相接触,所述银管电极(5)的输出端与所述前置放大电路(7)的输入端电连接,所述前置放大电路(7)的第一输出端与所述右腿驱动电路(6)的输入端电连接,所述前置放大电路(7)的第二输出端与所述工频陷波(8)的输入端电连接,所述工频陷波(8)的输出端与所述一级放大电路(9)的输入端电连接,所述一级放大电路(9)的输出端与所述二级放大电路(10)的输入端电连接,所述二级放大电路(10)的输出端与所述低通滤波电路(11)的输入端电连接,所述低通滤波电路(11)的输出端与所述A/D转换电路(12)的输入端电连接,且所述A/D转换电路(12)的输入输出端即为所述脑电采集模块(1)的输入输出端。

3.根据权利要求1所述基于DSP、ARM的便携式脑电仪,其特征在于:所述脑电分析及控制模块(2)由DSP处理器(13)、HPIB接口电路(14)、ARM处理器(15)、触摸屏(16)、FLASH(17)、RAM(18)、以太网接口(19)、WiFi无线网络(20)、USB接口(21)及存储器(22)组成,其中,所述DSP处理器(13)的第一输入输出端即为所述脑电分析及控制模块(2)的输入输出端、且与所述电脑采集模块(1)的输入输出端电连接,所述DSP处理器(13)的第二输入输出端与所述HPIB接口电路(14)的第一输入输出端电连接,所述HPIB接口电路(14)的第二输入输出端与所述ARM处理器(15)的第一输入输出端电连接,所述ARM处理器(15)的第二输入输出端与所述触摸屏(16)的输入输出端电连接,所述ARM处理器(15)的第三输入输出端与所述FLASH(17)的输入输出端电连接,所述ARM处理器(15)的第四输入输出端与所述RAM(18)的输入输出端电连接,所述ARM处理器(15)的第五输入输出端与所述以太网接口(19)的输入输出端电连接,所述ARM处理器(15)的第六输入输出端与所述WiFi无线网络(20)的输入输出端电连接,所述ARM处理器(15)的第七输入输出端与所述USB接口(21)的第一输入输出端电连接,所述USB接口(21)的第二输入输出端与所述存储器(22)的输入输出端电连接,且所述触摸屏(16)设置在所述机壳(23)外部。

4.根据权利要求1所述基于DSP、ARM的便携式脑电仪,其特征在于:所述机壳(23)外部设置有触摸屏(16)、电极导线接口(24)、以太网接口(19)及电源接口(25)组成,其中,所述电极导线接口(24)通过导线与所述银管电极(5)电连接,所述以太网接口(19)通过网线与路由器连接,所述电源接口(25)与外部电源电连接。

5.根据权利要求3所述基于DSP、ARM的便携式脑电仪,其特征在于:所述触摸屏(16)显示内容及功能包括通道选择按钮(26)、脑电图波形显示(27)、功能选择按钮(28)及波形控制按钮(29)。

6.根据权利要求2所述基于DSP、ARM的便携式脑电仪,其特征在于:所述脑电采集模块(1)的工作方法包括以下步骤:

步骤1:采用将所述银管电极通过与头皮接触的方式,采集人体脑电信号,经过脑电采集模块进行前置放大、工频陷波、后级放大、滤波、A/D处理后得到数字脑电信号;

步骤2:通过脑电分析及控制模块对步骤1处理后的数字脑电信号进行分析及存储,按要求显示及提供操作界面。

7.根据权利要求6所述基于DSP、ARM的便携式脑电仪,其特征在于:对上述步骤1中所述的前置放大包括以下步骤:

步骤1:输入端采用由电容和电阻构成的交流耦合电路来滤除电极极化电压;

步骤2:采用AD620作为主放大器,AD620是一款低功耗、高精度仪表放大器,利用外部电阻可以设置1~1000的放大倍数;

步骤3:前级采用并联型差动放大器,理想情况下,并联型差动放大器的输入阻抗为无穷大,共模抑制比也为无穷大;

步骤4:放大器和电阻构成并联差动放大器;

步骤5:AD620内部的射频整流在高频率下,效果不很好,因此增加一个射频滤波器来完善电路;

步骤6:接入右腿驱动电路来消除来自人体的共模信号干扰。

8.根据权利要求7所述基于DSP、ARM的便携式脑电仪,其特征在于:对上述步骤6中所述的右腿驱动电路(6)包括以下步骤:

步骤1:右腿不直接接地,而是接到辅助放大器的输出端;

步骤2:从电阻的公共端提取共模电压,经电压跟随器,再通过反向放大;

步骤3:对步骤2的放大信号,经限流电阻反馈到人体,限流电阻的作用用于保证人体安全性,限制流入人体的电流大小。

9.根据权利要求6所述基于DSP、ARM的便携式脑电仪,其特征在于:对上述步骤1所述的工频陷波包括以下步骤:

步骤1:采用Q值可调的双T带阻滤波器;

步骤2:T网络由两个放大器构成;

步骤3:通过选择合适外围电阻电容和调节电位器,使得中心频率在50Hz左右。

10.根据权利要求6所述基于DSP、ARM的便携式脑电仪,其特征在于:对上述步骤1中所述的后级放大包括以下步骤:

步骤1:用于脑电信号的再次放大,为防止放大器倍数过大导致放大后图形失真,采用了两次放大;

步骤2:信号经滤波电容,滤除前一级引入的漂移电流,限制带宽,减小白噪;

步骤3:采用实用型反向放大器,第一次放大信号;

步骤4:采用实用型反向放大器,第二次放大信号;

步骤5:对权利要求6中步骤1所述的滤波电路包括以下步骤:

(a):采用巴特沃斯滤波器,由放大器、电阻、电容构成,对信号进行第一次滤波;

(b):采用巴特沃斯滤波器,由放大器、电阻、电容构成,对信号进行第二次滤波,两次滤波后,截至频率设定在40Hz左右,滤除信号中的高频噪声,保留脑电频段信号;

步骤6:对权利要求6中步骤1中所述A/D电路包括以下步骤:

(a):采用具有高速串行数据接口的AD977芯片,外部参考电压源AD780输入端接5V,GND引脚与AD977的模拟地相连,AD780输出端与AD977的基准电压REF引脚相连;

(b)ARM主控芯片通过AD977的工作状态输出端、读取/转换控制端、片选信号控制AD977的运行,DSP芯片通过数据输出端、串行数据时钟端与AD977进行数据传输;

(c)模拟信号通过阻抗匹配电阻输入到AD977的R1in引脚,经过转换后由AD977的DATA口输出给DSP;

步骤7:对权利要求6中步骤2中所述的操作包括以下步骤:

(a)DSP接收AD977的DATA口传送的数字脑电信号,根据ARM指令对其进行滤波、功率谱计算及小波变换;

(b)DSP将处理过的和未处理的脑电信号通过HPI接口传送给ARM;

(c)ARM将信号显示在液晶屏上,并提供相应操作按钮;

(d)根据按钮选择,ARM进行相应操作。

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