基于ADS1298與WiFi的腦電信號采集與傳輸系統(tǒng)設計
摘要:為了實現(xiàn)對人體腦電信號的實時采集,設計了一種基于ADS1298與WiFi的無線腦電信號采集與傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由ADS1298信號采集模塊、MSP430主控制模塊、GS1011處理發(fā)送模塊3部分組成。ADS1298對腦電信號進行24位高精度的模/數轉換,并通過SPI發(fā)送給MSP430進行分析處理,最后發(fā)送至GS1011進行打包,并由WiFi發(fā)送給遠方的控制臺。在提高腦電信號采集精度的同時,又運用成熟的WiFi無線傳輸技術,提高了傳輸速率和傳輸距離。該系統(tǒng)還具有體積小、便攜、超低功耗等特點。
關鍵詞:腦電信號;信號采集;無線傳輸;WiFi
0 引言
腦電信號(EEG)是由腦神經活動產生的一種電活動,含有豐富的大腦活動信息,廣泛應用于人的醫(yī)學病理診斷,尤其近年來在疲勞駕駛實時檢測、腦機接口(BCI)等領域的研究引起了越來越多的國內外學者的關注。目前商用的腦電信號采集設備雖然功能豐富,但是體積和功耗等一般比較大,而且數據傳輸大多采用有線方式,不便用于采集條件和環(huán)境經常變化的場合。因此,便攜式無線腦電采集與傳輸系統(tǒng)成為一種研究熱點。由于腦電信號非常微弱,而且多通道的腦電波形數據量一般比較大,因此要求便攜式無線腦電信號采集與傳輸系統(tǒng)既要有很高的信號分辨靈敏度,又要有較高的數據傳輸速度,而且功耗高低也是制約其應用的重要指標。目前提高腦電信號分辨靈敏度的技術方案主要有
2種:采用精密放大濾波電路提高信號增益并抑制外界干擾,如文獻中采用三級放大電路、低通濾波器、高通濾波器和50 Hz雙T工頻濾波器對腦電信號進行預處理,但是系統(tǒng)的功耗與體積均較大;采用高分辨率A/D轉換器,以降低對預處理電路的要求,如文獻中采用高精度的ADS12 58轉換器對腦電信號進行模/數轉換。在無線數據傳輸方面,文獻中采用無線收發(fā)模塊CC2500,但其兼容性不強;文獻中采用無線收發(fā)器ADF 7020,但其為低IFISM頻段收發(fā)器,適用于無線遙感技術;文獻中采用藍牙模塊,但其通信速率較低,且傳輸距離較短。
本文設計的腦電信號采集與傳輸系統(tǒng),在采用TI公司的一款高精度、低功耗、低噪聲的8通道24位模/數轉換器ADS1298直接對腦電信號進行放大及模/數轉換的同時,又采用Gain Span公司的超低功耗無線芯片GS1011對腦電信號進行遠距離WiFi無線傳輸,不僅減小了系統(tǒng)的體積,還能最大限度的降低功耗。
1 系統(tǒng)技術指標及硬件設計
1.1 系統(tǒng)技術指標
腦電信號是一種非常微弱的生理信號,其幅度一般為0.001~0.1 mV,頻率一般為0.5~40 Hz,被電極引出時還會帶有很多的噪聲,如肌電干擾、50 Hz工頻干擾等。所以要求系統(tǒng)具有高共模抑制比、高輸入阻抗,還能抑制工頻信號。
本系統(tǒng)的技術指標如下所示:
(1)采樣通道數目:8通道差分輸入;
(2)每通道A/D轉換速率:8 KSPS;
(3)ADC分辨率:24 b;
(4)傳輸速度>1 Mb/s。
1.2 系統(tǒng)結構
從本質上講,本文設計的腦電信號無線采集與傳輸系統(tǒng)是一個網絡化的分布式嵌入式系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要是由MSP430主控制模塊、GS1011處理發(fā)送模塊、ADS1298信號采集模塊3部分組成,其體系結構如圖1所示。
從上圖可以看出,MSP430主控制模塊負責整個信號采集與傳輸系統(tǒng)的運行與操作,并且存儲和處理接收到的數據;信號采集模塊負責實現(xiàn)腦電信號的濾波及模/數轉換;GS1011處理發(fā)送模塊負責對數字化的腦電信號進行打包處理,并選擇相應的網絡傳輸協(xié)議,將數據包發(fā)送給附近的AP,再由AP發(fā)送給控制臺進行分析處理。
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