基于声音刺激的脑电信号采集系统的制作方法

本实用新型涉及神经电生理学技术领域，尤其涉及一种基于声音刺激的脑电信号采集系统。

背景技术：

随着科技的进步以及工业的发展，人类生活的环境充斥着各种各样的声音，既包括我们喜欢的声音(例如音乐、虫鸣等)也包括噪音(例如工业噪音、交通噪音等)。随着脑电技术的发展，应用成熟的脑电技术进行声音对动物的影响研究已经十分普遍，现有技术中通过将动物放置于声音刺激环境下的屏蔽室中，通过采集实验对象的脑电信号，用以分析声音对实验对象的影响。

然而，现有技术只采集有声音刺激环境下的脑电信号，在实验过程中只分析有声音刺激环境下的脑电信号，导致实验结果准确度低。

技术实现要素：

为了解决现有技术只采集有声音刺激环境下的脑电信号，在实验过程中只分析有声音刺激环境下的脑电信号，导致实验结果准确度低的问题，本实用新型提供了一种基于声音刺激的脑电信号采集系统，脑电放大器先采集处于无声音刺激环境下的实验对象的脑电信号，之后单片机和音频功率放大器向屏蔽舱发送声音刺激信号，使屏蔽舱内形成声音刺激环境，脑电放大器再采集处于声音刺激环境下的实验对象的脑电信号，后续根据采集到的无声音刺激环境下和有声音刺激环境下的脑电信号分析声音对实验对象的影响。

本实用新型的目的是，提供一种基于声音刺激的脑电信号采集系统，所述基于声音刺激的脑电信号采集系统包括脑电放大器、单片机、音频功率放大器和屏蔽舱；

其中，所述脑电放大器，连接位于所述屏蔽舱内的实验对象，用于采集所述实验对象的脑电信号；

所述单片机，连接所述音频功率放大器，用于向所述音频功率放大器发送声音刺激信号；

所述音频功率放大器，连接所述屏蔽舱，用于接收所述声音刺激信号，进行放大处理后，向所述屏蔽舱发送所述声音刺激信号，以使所述屏蔽舱内形成声音刺激环境；

所述脑电放大器，还用于采集处于声音刺激环境下的所述实验对象的所述脑电信号。

可选的，所述单片机，连接所述脑电放大器，还用于向所述脑电放大器发送第一脉冲信号；

所述脑电放大器，还用于接收所述第一脉冲信号，输出第一标记信号；

所述单片机，还用于当发送所述声音刺激信号时，向所述脑电放大器发送第二脉冲信号；

所述脑电放大器，还用于接收所述第二脉冲信号，输出第二标记信号。

可选的，所述单片机包括晶振电路、STC89C52芯片和PC817芯片；

其中，所述晶振电路，连接所述SCT89C52芯片，用于向所述SCT89C52芯片发送时钟频率信号；

所述STC89C52芯片，连接所述PC817芯片，用于接收所述时钟频率信号，向所述PC817芯片发送所述第一脉冲信号；

所述STC89C52芯片，还用于当接收一开关信号时，向所述PC817芯片发送所述第二脉冲信号；

所述PC817芯片，用于接收所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号，进行电平转换，输出电平转换后的第一脉冲信号和电平转换后的第二脉冲信号；

所述STC89C52芯片，还用于向所述音频功率放大器发送所述声音刺激信号。

可选的，所述音频功率放大器包括LM386芯片和扬声器；

其中，所述LM386芯片，连接所述扬声器，用于接收所述声音刺激信号，进行放大处理后，发送给所述扬声器；

所述扬声器，设置于所述屏蔽舱内，用于播放所述声音刺激信号。

可选的，所述基于声音刺激的脑电信号采集系统还包括：

存储设备，连接所述脑电放大器，用于存储所述脑电信号、所述第一标记信号和所述第二标记信号。

可选的，所述基于声音刺激的脑电信号采集系统还包括：

显示设备，连接所述存储设备，用于显示所述脑电信号、所述第一标记信号和所述第二标记信号。

可选的，所述基于声音刺激的脑电信号采集系统还包括：

供电降压设备，连接所述脑电放大器、所述存储设备、所述显示设备、所述单片机和所述音频功率放大器，用于向所述脑电放大器、所述存储设备、所述显示设备、所述单片机和所述音频功率放大器供电。

可选的，所述供电降压设备包括供电装置和降压转流装置；

其中，所述供电装置，连接所述降压转流装置，用于向所述降压转流装置发送高电压交流电；

所述降压转流装置，用于将所述高电压交流电转换成低电压直流电。

可选的，所述降压转流装置包括数量相同的多个变压器和多个桥接二极管，所述变压器和所述桥接二极管对应连接；

其中，所述变压器，用于将所述高电压交流电转换成低电压交流电，并发送给所述桥接二极管；

所述桥接二极管，由多个二极管桥接组成，用于接收所述低电压交流电，转换成所述低电压直流电。

本实用新型的有益效果在于，提供了一种基于声音刺激的脑电信号采集系统，单片机首先向脑电放大器发送第一脉冲信号，脑电放大器采集无声音刺激环境下的实验对象的脑电信号并输出第一标记信号，之后单片机发送声音刺激信号的同时向脑电放大器发送第二脉冲信号，脑电放大器采集有声音刺激环境下的实验对象的脑电信号并输出第二标记信号，后续根据所述第一标记信号和第二标记信号，区分无声音刺激下的脑电信号和有声音刺激下的脑电信号，来分析声音对实验对象的影响。

为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的基于声音刺激的脑电信号采集系统的实施方式一的结构示意图；

图2为本实用新型提供的基于声音刺激的脑电信号采集系统的实施方式二的结构示意图；

图3为本实用新型提供的单片机的结构示意图；

图4为本实用新型提供的音频功率放大器与屏蔽舱的连接示意图；

图5为本实用新型提供的基于声音刺激的脑电信号采集系统的实施方式三的结构示意图；

图6为本实用新型提供的基于声音刺激的脑电信号采集系统的实施方式四的结构示意图；

图7为本实用新型提供的基于声音刺激的脑电信号采集系统的实施方式五的结构示意图；

图8为本实用新型供电降压设备的结构示意图；

图9为本实用新型降压转流装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型针对目前现有技术中声音的频率复杂且不稳定以及不采集处于无声音刺激环境下的实验对象的脑电信号的问题，提出了一种基于声音刺激的脑电信号采集系统。

图1为本实用新型提供的基于声音刺激的脑电信号采集系统的实施方式一的结构示意图，如图1所示，基于声音刺激的脑电信号采集系统包括脑电放大器10、单片机20、音频功率放大器30和屏蔽舱40。

其中，脑电放大器10，连接位于屏蔽舱40内的实验对象，用于采集实验对象的脑电信号，脑电放大器10可以通过铜金属电极线连接位于屏蔽舱40内的实验对象，也可以通过本领域其他常用线缆进行连接，本实用新型不作限定。

单片机20，连接音频功率放大器30，用于向音频功率放大器30发送声音刺激信号，单片机20可以通过3.5mm的音频线连接音频功率放大器30，也可以通过本领域其他常用线缆进行连接，本实用新型不作限定，声音刺激信号可以是20Hz到20000Hz的单频率声音刺激信号也可以是其他范围混合频率的声音刺激信号，本实用新型不作限定。

音频功率放大器30，连接屏蔽舱40，用于接收声音刺激信号，进行放大处理后，向屏蔽舱40发送声音刺激信号，以使屏蔽舱40内形成声音刺激环境，音频功率放大器30可以通过3.5mm的音频线连接屏蔽舱40，也可以通过本领域其他常用线缆进行连接，本实用新型不作限定，屏蔽舱40内侧安装有用于隔离外界声音干扰的屏蔽材料41，屏蔽材料41可以使用本领域常用的屏蔽材料，本实用新型不作限定。

脑电放大器10，还用于采集处于声音刺激环境下的实验对象的脑电信号。

在本实用新型的实施方式一的具体实施中，脑电放大器10可以采用新拓NT9200脑电放大器，也可以采用本技术领域中满足本实用新型要求的其他脑电放大器，本实用新型不作限定。

在本实用新型的实施方式一中，通过脑电放大器10采集处于无声音刺激环境下的实验对象的脑电信号，通过单片机20向音频功率放大器30发送声音刺激信号，音频功率放大器30将声音刺激信号放大处理后向屏蔽舱40发送声音刺激信号，以使屏蔽舱40内形成声音刺激环境，通过脑电放大器10采集处于声音刺激环境下的实验对象的脑电信号，从而得到实验对象处于无声音刺激环境下和有声音刺激环境下的脑电信号。

图2为本实用新型提供的基于声音刺激的脑电信号采集系统的实施方式二的结构示意图，如图2所示，单片机20，连接脑电放大器10，还用于向脑电放大器10发送第一脉冲信号，单片机20可以通过RS232线连接脑电放大器10，也可以通过本领域其他常用线缆进行连接，本实用新型不作限定。

脑电放大器10，还用于接收第一脉冲信号，输出第一标记信号。

单片机20，还用于当发送声音刺激信号时，向脑电放大器10发送第二脉冲信号。

脑电放大器10，还用于接收第二脉冲信号，输出第二标记信号。

在本实用新型实施方式二的一种具体应用中，当单片机20向脑电放大器10发送的第一脉冲信号为高电平脉冲信号时，此时屏蔽舱40内的实验对象处于无声音刺激环境下，脑电放大器10实时采集实验对象的脑电信号，并输出第一标记信号，第一标记信号为全0。

当单片机20向脑电放大器10发送的第二脉冲信号为低电平脉冲信号时，此时单片机20同时向音频功率放大器30发送声音刺激信号，音频功率放大器30将声音刺激信号进行放大后发送给屏蔽舱40，此时屏蔽舱40内的实验对象处于有声音刺激环境下，脑电放大器10实时采集实验对象的脑电信号，并输出第二标记信号，该第二标记信号在脑电放大器10接收到第二脉冲信号后标记为全1。

在本实用新型实施方式二的另一种具体应用中，单片机20可以先发送第二脉冲信号，当触发同步操作后，发送第一脉冲信号，同样，脑电放大器10可以先输出第二标记信号，当触发同步操作后，输出第一标记信号，本实用新型不再赘述。

在本实用新型的实施方式二中，通过单片机20向脑电放大器10发送第一脉冲信号和发送声音刺激信号时向脑电放大器10发送第二脉冲信号，脑电放大器10对应的输出第一标记信号和第二标记信号，以供后续根据第一标记信号和第二标记信号区分无声音刺激环境下的脑电信号和有声音刺激环境下的脑电信号，进而根据采集到的实验对象在无声音刺激环境下和有声音刺激环境下的脑电信号来分析声音对实验对象的影响。

图3为本实用新型提供的单片机20的结构示意图，如图3所示，单片机20包括晶振电路21、STC89C52芯片22和PC817芯片23。

其中，晶振电路21，连接SCT89C52芯片22，用于向SCT89C52芯片22发送时钟频率信号。

STC89C52芯片22，连接PC817芯片23，用于接收时钟频率信号，向PC817芯片23发送第一脉冲信号。

STC89C52芯片22，还用于当接收一开关信号时，向PC817芯片23发送第二脉冲信号，开关信号可以是压力开关信号，也可以是定时器开关信号，还可以是本技术领域其他开关信号，本实用新型不作限定。

PC817芯片23，用于接收第一脉冲信号和第二脉冲信号，进行电平转换，输出电平转换后的第一脉冲信号和电平转换后的第二脉冲信号。

STC89C52芯片22，还用于向音频功率放大器30发送声音刺激信号。

在本实用新型的一种具体应用中，STC89C52芯片22向PC817芯片23发送第一脉冲信号，第一脉冲信号的电压为5V，PC817芯片23接收到第一脉冲信号后，通过电平转换，输出电平转换后的第一脉冲信号，电平转换后的第一脉冲信号的电压为0V，同理，STC89C52芯片22向PC817芯片23发送第二脉冲信号，第二脉冲信号的电压为0V，PC817芯片23接收到第二脉冲信号后，通过电平转换，输出电平转换后的第二脉冲信号，电平转换后的第二脉冲信号的电压为9V。

在本实用新型中，通过STC89C52芯片22向PC817芯片23发送第一脉冲信号和第二脉冲信号，PC817芯片23通过电平转换，得到脑电放大器10可识别的电压范围的电平转换后的第一脉冲信号和电平转换后的第二脉冲信号，脑电放大器10接收电平转换后的第一脉冲信号和电平转换后的第二脉冲信号，输出对应的第一标记信号和第二标记信号。

图4为实用新型提供的音频功率放大器与屏蔽舱的连接示意图，如图4所示，音频功率放大器30包括LM386芯片31和扬声器32。

其中，LM386芯片31，连接扬声器32，用于接收声音刺激信号，进行放大处理后，发送给扬声器32，LM386芯片31可以通过3.5mm的音频线连接扬声器32，也可以通过本领域其他常用线缆进行连接，本实用新型不作限定。

扬声器32，设置于屏蔽舱40内，用于播放声音刺激信号。

图5为本实用新型提供的基于声音刺激的脑电信号采集系统的实施方式三的结构示意图，如图5所示，基于声音刺激的脑电信号采集系统还包括：

存储设备50，连接脑电放大器10，用于存储脑电信号、第一标记信号和第二标记信号。存储设备50可以通过USB串行线连接脑电放大器10，也可以通过本领域其他常用线缆进行连接，本实用新型不作限定。

在本实用新型的实施方式三中，将脑电信号、第一标记信号和第二标记信号存储于存储设备50中，以便后续处理。

图6为本实用新型提供的基于声音刺激的脑电信号采集系统的实施方式四的结构示意图，如图6所示，基于声音刺激的脑电信号采集系统还包括：

显示设备60，连接存储设备50，用于显示脑电信号、第一标记信号和第二标记信号，显示设备60可以通过HDMI连接线或VGA连接线或DVI连接线连接存储设备50，也可以通过本领域其他常用线缆进行连接，本实用新型不作限定。

在本实用新型的实施方式四中，脑电信号、第一标记信号和第二标记信号直接显示于显示设备60中，方便实时查看脑电信号、第一标记信号和第二标记信号，用以区分有无声音刺激环境下的脑电信号，并分析声音刺激对实验对象的影响。

图7为本实用新型提供的基于声音刺激的脑电信号采集系统的实施方式五的结构示意图，如图7所示基于声音刺激的脑电信号采集系统还包括：

供电降压设备70，连接脑电放大器10、存储设备50、显示设备60、单片机20和音频功率放大器30，用于向脑电放大器10、存储设备50、显示设备60、单片机20和音频功率放大器30供电。

在本实用新型具体应用中，供电降压设备70向脑电放大器10、存储设备50、显示设备60提供220V交流电，向单片机20提供5V和9V直流电，向音频功率放大器30提供12V直流电，供电降压设备70也可以根据用电设备的实际需求提供相应的电压，本实用新型不作限定。

图8为本实用新型供电降压设备70的结构示意图，如图8所示，供电降压设备70包括供电装置71和降压转流装置72。

其中，供电装置71，连接降压转流装置72，用于向降压转流装置72发送高电压交流电。

降压转流装置72，用于将高电压交流电转换成低电压直流电。

在本实用新型具体应用中，供电设备71将220V交流电发送给降压转流设备72，降压转流设备72输出多种满足用电设备的低压直流电，该低压直流电可以是12V、9V和5V，可以根据用电设备的实际需求降压转流至相应的低压直流电，本实用新型不作限定，其中5V直流电用于单片机20的STC89C52芯片22和PC817芯片23供电，9V直流电用于单片机20的PC817芯片23的电平转换电压，12V直流电用于音频功率放大器30供电。

图9为本实用新型降压转流装置72的结构示意图，如图9所示，降压转流装置72包括数量相同的多个变压器721和多个桥接二极管722，变压器721和桥接二极管722对应连接。

其中，变压器721，用于将高电压交流电转换成低电压交流电，并发送给桥接二极管722。

桥接二极管722，由多个二极管723桥接组成，用于接收低电压交流电，转换成低电压直流电，其中桥接二极管722可以由4个二极管723桥接组成，也可以由其他数量的二极管723组成，本实用新型不作限定。

为了进一步理解本实用新型提供的基于声音刺激的脑电采集系统具体实施方式，下面根据图7所示的实施方式五对本实用新型提供的基于声音刺激的脑电采集系统具体工作过程进行详细介绍，本实用新型也可依据其他实施方式进行具体实施，本实用新型不再赘述。

(1)实验人员将实验对象放置在屏蔽舱40内，将铜金属电极线一端的电极片紧贴在实验对象头部，用于感应实验对象的脑电信号，将铜金属电极线的另一端连接脑电放大器10，通过脑电放大器10采集实验对象的脑电信号，之后，实验人员开启供电降压设备70，为脑电放大器10、单片机20、音频功率放大器30、存储设备50、显示设备60进行供电。

(2)此时单片机20向脑电放大器10发送第一脉冲信号，此时屏蔽舱40内的实验对象处于无声音刺激环境辖，脑电放大器10通过铜金属电极线实时采集实验对象的脑电信号，并输出第一标记信号，该第一标记信号为全0，脑电放大器10将采集到的脑电信号和输出的第一标记信号存储于存储设备50中，并在显示设备60中进行显示，以便对实验对象的脑电信号进行实施观察和分析。

(3)实验人员设置单片机20的声音刺激信号的频率，之后通过开关信号触发同步操作，此时单片机20向音频功率放大器30发送声音刺激信号并同时向脑电放大器10发送第二脉冲信号，音频功率放大器30接收到单片机20发送的声音刺激信号后，进行放大处理，通过扬声器32播放该声音刺激信号，此时屏蔽舱40内的实验对象处于有声音刺激环境下，脑电放大器10采集实验对象的脑电信号，并输出第二标记信号，该第二标记信号在脑电放大器10接收到单片机20发送的第二脉冲信号后标记为全1，脑电放大器10将采集到的脑电信号和输出的第二标记信号存储于存储设备50中，并在显示设备60中进行显示，以便对实验对象的脑电信号进行实施观察和分析。

(4)实验人员停止实验，关闭脑电放大器10、单片机20和音频功率放大器30。

(5)实验人员通过显示设备60显示的脑电信号、第一标记信号和第二标记信号，得出对应第一标记信号的脑电信号为实验对象处于无声音刺激环境下的脑电信号，对应第二标记信号的脑电信号为实验对象处于有声音刺激环境下的脑电信号，通过分析采集到的实验对象在无声音刺激环境下和有声音刺激环境下的脑电信号分析声音刺激对生物的影响。

本实用新型的优点是：

(1)脑电放大器既采集无声音刺激环境下的实验对象的脑电信号，又采集有声音刺激环境下的实验对象的脑电信号。

(2)通过单片机向脑电放大器发送第一脉冲信号以及发送声音刺激信号时向脑电放大器发送第二脉冲信号，脑电放大器对应的输出第一标记信号和第二标记信号，以供后续根据第一标记信号和第二标记信号区分在无声音刺激环境下的脑电信号和有声音刺激环境下的脑电信号。

(3)在分析声音对实验对象的影响中可以对采集到的有声音刺激环境下的和无声音刺激环境下的脑电信号进行对比分析，得出准确的实验结果。

本实用新型中应用了具体实施方式对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施方式的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。