CN102871656A - 机上存储实时通信与处理的多功能束带式脑电信号采集器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机上存储实时通信与处理的多功能束带式脑电信号采集器。它包括软束带、采集脑电信号的传感干电极、外接电池盒、集成天线与参考电极的耳套、存储和无线发射脑电信号的录存发模块和软束带扣；软束带上设有采集脑电信号的传感干电极、无线发射脑电信号的录存发模块和软束带扣，无线发射脑电信号的录存发模块分别与采集脑电信号的传感干电极、外接电池盒、集成天线与参考电极的耳套相连。本发明功能强大，信号采集稳定、干扰小，轻便，能够长时间采集脑电信号，不干扰手脚的工作，并且能够支持实时监测使用者脑电信号的功能，可以根据脑电信号的变化做出报警。

Description

机上存储实时通信与处理的多功能束带式脑电信号采集器

技术领域

本发明涉及脑电信号的采集、记录、存储和无线传输，尤其涉及一种机上存储实时通信与处理的多功能束带式脑电信号采集器。

背景技术

认知能力是人脑加工、储存和提取信息的能力，是人们对事物的构成、性能与他物的关系、发展的动力、发展方向以及基本规律的把握能力，是人们成功的完成活动最重要的心理条件，包括知觉、记忆、注意、思维和想象等能力。认知能力测试是衡量一个人学习及完成一项工作的能力的测试，可用于各种人群。然而，到目前为止，认知能力的测评多用量表和问卷调查法，主观性较强，客观性较差。已有的脑电信号采集设备如多导联脑电采集设备、脑磁图信号采集设备等，价格昂贵，使用操作过程复杂，受测人不能远离信号接受装置、且受环境和受测人群的影响较大等问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种机上存储实时通信与处理的多功能束带式脑电信号采集器。

机上存储实时通信与处理的多功能束带式脑电信号采集器包括软束带、采集脑电信号的传感干电极、外接电池盒、集成天线与参考电极的耳套、集成记录、存储和无线发射脑电信号的录存发模块、软束带扣；软束带上设有采集脑电信号的传感干电极、无线发射脑电信号的录存发模块和软束带扣；采集脑电信号的传感干电极、外接电池盒、集成天线与参考电极的耳套分别与无线发射脑电信号的录存发模块相连。

所述的无线发射脑电信号的录存发模块包括脑电记录单元、脑电存储单元、无线发射单元、微控制器单元、锂电池供电单元和蜂鸣器；脑电记录单元、微控制器单元、无线发射单元顺次相连；微控制器单元分别与脑电存储单元、蜂鸣器相连；锂电池供电单元分别与脑电记录单元、脑电存储单元、无线发射单元相连。

所述的集成天线与参考电极的耳套包括天线与参考电极；集脑电信号的传感干电极与参考电极分别与脑电记录单元相连，天线与无线发射单元相连。

所述的脑电记录单元采用ADS1294，该芯片具有4通道24位ADC转换芯片，其采样频率为250Hz~32kHz，各通道含可编程放大器，放大倍数在1~12倍可调，ADS1294与STM32F105采用SPI协议进行通信，STM32F105通过PA1引脚通知ADS1294开始采集，当完成一次采集，DRDY引脚变为低电平，通知STM32F105通过SPI总线读取数据。

所述的脑电存储单元采用Micro SD卡，Micro SD卡与STM32F105通过SPI协议进行通信，当STM32F105收到脑电数据后，将脑电数据通过SPI总线存储到Micro SD卡中。

所述的无线发射单元采用BlueCore4-ROM蓝牙芯片，该芯片片内集成了一个MCU、一个DSP、48k字节RAM以及2.4G微波逻辑，支持蓝牙V2.0协议标准，支持UART、SPI、PCM和PIO接口，支持波特率为2400~1382400bps。BlueCore4-ROM于STM32F105通过UART协议进行通信，当STM32F105收到脑电数据后，将脑电数据通过UART总线发送给BlueCore4-ROM；BlueCore4-ROM完成与上位机的配对及发送数据。

所述的微处理单元采用STM32F105，该芯片工作频率为72MHz，具有SPI和UART外设；利用外设接口与脑电记录单元、脑电存储单元、无线发射单元相连。

所述的外接电池盒与脑电记录单元、脑电存储单元、无线发射单元和微控制单元相连。支持存储卡的热插拔功能，具有低电量报警功能，能为各功能单元提供长时间工作的支持。

本发明的具有存储和信号发射功能的脑电信号采集装置的电极为干电极，不需要脑电膏、脑电液之类的减少阻抗的材料，大大方便了使用。该脑电信号采集器的外形为可伸缩的发带（束带）形态，适用于不同头部外形，都能保证干电极与头部皮肤的紧密接触，具有数据测量精确的特征。录存发模块的集成度高。与以往先传输（不论是有线还是无线传输）后存储的采集脑电信号的方式相比，本发明的脑电信号采集装置，将脑电全频数字信号实时性地、直接存于采集装置的存储模块中，使得存储的数据没有以往传输过程的环境干扰，提高了数据的质量。本发明的脑电信号采集装置，具有易于使用、轻便稳定、佩戴方便的特点，通过机上电池和外接电池，满足各种应用场合的长时数据采集需要。能够在各类环境中进行快捷的脑电数据采集和分析工作，也可以允许受测人远离脑电信号收取与分析装置，在工作或野外状态记录存储全天脑电全频信号（从delta，theta，alpha，beta到gamma等）。本发明的脑电信号采集装置，可以利用片上微控制单元，对脑电信号进行简单的实时处理，实现一批实时监控功能（如疲劳报警、情绪报警等），可以直接支持一大批商业应用。

附图说明

图1是机上存储实时通信与处理的多功能束带式脑电信号采集器结构示意图；

图2本发明的无线发射脑电信号的录存发模块及其外接示意图；

图3本发明的脑电记录单元与微控制单元的逻辑连接示意图；

图4本发明的微控制单元与脑电存储单元逻辑连接示意图；

图5本发明的微控制单元与无线发射单元逻辑连接示意图；

图6是本发明的使用示意图；

图中，脑电信号采集器1、软束带2、采集脑电信号的传感干电极3、外接电池盒4、集成天线与参考电极的耳套5、集成记录、存储和无线发射脑电信号的录存发模块6、软束带扣7、计算机8。

具体实施方式

如图1所示，机上存储实时通信与处理的多功能束带式脑电信号采集器1包括软束带2、采集脑电信号的传感干电极3、外接电池盒4、集成天线与参考电极的耳套5、集成记录、存储和无线发射脑电信号的录存发模块6、软束带扣7；软束带2上设有采集脑电信号的传感干电极3、无线发射脑电信号的录存发模块6和软束带扣7；采集脑电信号的传感干电极3、外接电池盒4、集成天线与参考电极的耳套5分别与无线发射脑电信号的录存发模块6相连。

所述的外接电池盒4内置大容量的可充电锂电池，与脑电记录单元61、脑电存储单元62、无线发射单元63和微控制单元64相连。支持存储卡的热插拔功能，具有低电量报警功能，能为各功能单元提供长时间工作的支持。

如图2所示，所述的无线发射脑电信号的录存发模块6包括脑电记录单元61、脑电存储单元62、无线发射单元63、微控制器单元64、锂电池供电单元65和蜂鸣器66；脑电记录单元61、微控制器单元64、无线发射单元63顺次相连；微控制器单元64分别与脑电存储单元62、蜂鸣器66相连；锂电池供电单元65分别与脑电记录单元61、脑电存储单元62、无线发射单元63相连。

如图3所示，所述的脑电记录单元61采用ADS1294，该芯片具有4通道24位ADC转换芯片，其采样频率为250Hz~32kHz，各通道含可编程放大器，放大倍数在1~12倍可调，ADS1294与STM32F105采用SPI协议进行通信，STM32F105通过PA1引脚通知ADS1294开始采集，当完成一次采集，DRDY引脚变为低电平，通知STM32F105通过SPI总线读取数据。

如图4所示，所述的脑电存储单元62采用外插式大容量Micro SD卡，Micro SD卡与STM32F105通过SPI协议进行通信，当STM32F105收到脑电数据后，将脑电数据通过SPI总线存储到Micro SD卡中。脑电存储单元62的外插式大容量存储卡，可以自由扩展数据采集容量，具有热插拔功能，在更换存储卡过程不超过10s的情况下，可以支持超长时间不间断采集脑电数据。存储信息可以随存储卡置于直接转录到相应的分析应用装置。

如图5所示，所述的无线发射单元63采用BlueCore4-ROM蓝牙芯片，该芯片片内集成了一个MCU、一个DSP、48k字节RAM以及2.4G微波逻辑，支持蓝牙V2.0协议标准，支持UART、SPI、PCM和PIO接口，支持波特率为2400~1382400bps。BlueCore4-ROM于STM32F105通过UART协议进行通信，当STM32F105收到脑电数据后，将脑电数据通过UART总线发送给BlueCore4-ROM；BlueCore4-ROM完成与上位机的配对及发送数据。

所述的微处理单元64采用STM32F105，该芯片工作频率为72MHz，具有SPI和UART外设；利用外设接口与脑电记录单元61、脑电存储单元62、无线发射单元63相连。微控制单元64可以实现简单的脑电信号处理，支持实时监控使用者的脑电信号，根据脑电信号的变化情况判断使用者的心理及生理状态（如疲劳情况、情绪变化等）等应用的需求，依据不同的状态由内置的蜂鸣器66做出不同的声音报警作为信息的反馈。

所述的集成天线与参考电极的耳套5包括天线与参考电极；集脑电信号的传感干电极3与参考电极分别与脑电记录单元61相连，天线与无线发射单元63相连。所述的微处理单元64采用STM32F105，该芯片工作频率为72MHz，具有SPI和UART外设；利用外设接口与脑电记录单元61、脑电存储单元62、无线发射单元63相连。所述的外接电池盒4与脑电记录单元61、脑电存储单元62、无线发射单元63和微控制单元64相连。

使用时，将处理的多功能束带式脑电信号采集器1的软束带2，从被试前额到后脑绕一圈，用软束带扣7捆紧，调整软束带2的位置，使前额的采集脑电信号的传感干电极3到预定位置，将集成天线与参考电极的耳套5套在被试的左耳或右耳上。    

如图6所示，处理的多功能束带式脑电信号采集器1与计算机8连接同步处理时，当被试佩戴好束带式脑电信号采集器1后，可以根据具体的应用环境与应用需求设置采集器的工作方式，即当被试处于有强烈的信号干扰或对无线设备有严格限制的环境时，或者当没有实时脑控要求仅需要采集被试脑电时，选择“存储”的工作模式，采集器将脑电信号存储到Micro SD卡中；当需要被试的脑电信号实时地传送到上位机中时，选择“无线”的工作模式，采集器将脑电信号通过无线蓝牙实时地发送上位机中，并配合上位机中的软件实现对脑电信号的具体应用。

Claims (8)

1.一种机上存储实时通信与处理的多功能束带式脑电信号采集器，其特征在于脑电信号采集器（1）包括软束带（2）、采集脑电信号的传感干电极（3）、外接电池盒（4）、集成天线与参考电极的耳套（5）、集成记录、存储和无线发射脑电信号的录存发模块（6）、软束带扣（7）；软束带（2）上设有采集脑电信号的传感干电极（3）、无线发射脑电信号的录存发模块（6）和软束带扣（7）；采集脑电信号的传感干电极（3）、外接电池盒（4）、集成天线与参考电极的耳套（5）分别与无线发射脑电信号的录存发模块（6）相连。

2.根据权利要求1所述的一种机上存储实时通信与处理的多功能束带式脑电信号采集器，其特征在于所述的无线发射脑电信号的录存发模块（6）包括脑电记录单元（61）、脑电存储单元（62）、无线发射单元（63）、微控制器单元（64）、锂电池供电单元（65）和蜂鸣器（66）；脑电记录单元（61）、微控制器单元（64）、无线发射单元（63）顺次相连；微控制器单元（64）分别与脑电存储单元（62）、蜂鸣器（66）相连；锂电池供电单元（65）分别与脑电记录单元（61）、脑电存储单元（62）、无线发射单元（63）相连。

3.根据权利要求1或2所述的一种机上存储实时通信与处理的多功能束带式脑电信号采集器，其特征在于所述的集成天线与参考电极的耳套（5）包括天线与参考电极；集脑电信号的传感干电极（3）与参考电极分别与脑电记录单元（61）相连，天线与无线发射单元（63）相连。

4.根据权利要求2所述的一种机上存储实时通信与处理的多功能束带式脑电信号采集器，其特征在于所述的脑电记录单元（61）采用ADS1294，该芯片具有4通道24位ADC转换芯片，其采样频率为250Hz~32kHz，各通道含可编程放大器，放大倍数在1~12倍可调，ADS1294与STM32F105采用SPI协议进行通信，STM32F105通过PA1引脚通知ADS1294开始采集，当完成一次采集，DRDY引脚变为低电平，通知STM32F105通过SPI总线读取数据。

5.根据权利要求2所述的一种机上存储实时通信与处理的多功能束带式脑电信号采集器，其特征在于所述的脑电存储单元（62）采用Micro SD卡，Micro SD卡与STM32F105通过SPI协议进行通信，当STM32F105收到脑电数据后，将脑电数据通过SPI总线存储到Micro SD卡中。

6.根据权利要求2所述的一种机上存储实时通信与处理的多功能束带式脑电信号采集器，其特征在于所述的无线发射单元（63）采用BlueCore4-ROM蓝牙芯片，该芯片片内集成了一个MCU、一个DSP、48k字节RAM以及2.4G微波逻辑，支持蓝牙V2.0协议标准，支持UART、SPI、PCM和PIO接口，支持波特率为2400~1382400bps，BlueCore4-ROM于STM32F105通过UART协议进行通信，当STM32F105收到脑电数据后，将脑电数据通过UART总线发送给BlueCore4-ROM；BlueCore4-ROM完成与上位机的配对及发送数据。

7.根据权利要求2所述的一种机上存储实时通信与处理的多功能束带式脑电信号采集器，其特征在于所述的微处理单元（64）采用STM32F105，该芯片工作频率为72MHz，具有SPI和UART外设；利用外设接口与脑电记录单元（61）、脑电存储单元（62）、无线发射单元（63）相连。

8.根据权利要求1所述的一种机上存储实时通信与处理的多功能束带式脑电信号采集器，其特征在于所述的外接电池盒（4）与脑电记录单元（61）、脑电存储单元（62）、无线发射单元（63）和微控制单元（64）相连。

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