CN103211594A

CN103211594A - 一种无线眼电采集系统

Info

Publication number: CN103211594A
Application number: CN2013101861624A
Authority: CN
Inventors: 刘鹏; 杨帆; 王强; 刘晓明; 朱孟波; 赵瑞霞
Original assignee: Xidian University
Current assignee: Xidian University
Priority date: 2013-05-20
Filing date: 2013-05-20
Publication date: 2013-07-24

Abstract

本发明公开了一种无线眼电采集系统，主要解决在正常环境中现有眼电采集设备成本高、体积大、不便于移动、功耗高的问题。它包括眼电采集套、非接触式电极片、眼电采集模块、无线发送模块、无线接收模块以及存储模块；眼电采集模块将眼电信号去噪并放大后送入无线发送模块，无线发送模块将眼电信号进行A/D转化并无线发送出去，无线接收模块接收到无线发送模块发送的信号后通过SPI方式写入SD卡中或通过USB接口传输出去，以便进行进一步的分析眼电信号。本发明具有易于操作、使用安全、低功耗的优点，可用于科学研究时，眼电信号的采集设备使用也可以作为利用眼电信号作为控制信号的设备的采集前端。

Description

一种无线眼电采集系统

技术领域

本发明涉及生物科技与信息学相交领域，具体涉及一种可用于正常环境中的眼电信号的无线采集和传输。

背景技术

眼睛是心灵之窗，而眼球运动在人机交互、认知、药物效果、心理学等方面的研究上起了重要作用，科学家在多个不同领域对此开展了研究。

目前，在公开的资料中，专利申请名称“处理生物生理信号”，申请号：201080014502.X，申请公告号：1023780596A，公开了一种通过多个传感器捕捉睡眠对象的至少一个生物生理信号的设备，但该专利申请存在以下不足，第一、该设备体积较大，不易于携带；第二、该设备成本较高，不适于一般庭使用；第三、该设备操作复杂，需要专业人员指导下才能使用，被测者使用不方便；第四、传感器与设备间通过导线连接，携带者会感觉不适。

其次，专利“一种无线可穿戴注意力评估装置”申请号： 201220299626.3，授权公告号：202665554U，公开了一种通过电极片采集脑电、眼电信号后无线传输的设备，该专利同样存在以下的不足，第一、该设备的外观比较复杂，在使用者睡眠时不便于佩戴；第二、该设备使用的电极是接触式的，测量时电极上需要涂抹导电膏，长时间进行测量时导电膏会逐渐干掉，从而逐渐增加测量电极的阻抗以至于信号不断变差影响监测效果。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明旨在于提供一种能够无线采集眼电信号且体积小、功耗低、便于携带、电池供电的无线眼电采集系统，以实现在正常环境中眼电信号的无线采集传输和存储。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种无线眼电采集系统，所述系统包括：

眼电采集罩，用于佩戴在测试对象头部；

非接触式电极，与所述眼电采集罩活动连接，用于传输眼电信号；

眼电采集模块，与所述非接触式电极电气连接，用于接收、处理所述眼电信号；

无线发送模块，与所述眼电采集模块电气连接，用于接收经过处理的眼电信号以及将所述眼电信号进行转换；

无线接收模块，与所述无线发送模块无线连接，用于接收经过转换的眼电信号；

存储模块，与所述无线接收模块电气连接，用于储存所述眼电信号。

需要说明的是，所述眼电采集罩包括松紧带、调节框，以及连接在所述调节框之间的连接架，其中，所述调节框上设有凹槽，所述非接触式电极活动连接在所述凹槽上，所述松紧带设置在所述调节框的两侧。

需要说明的是，所述非接触式电极包括电极板、绝缘层、屏蔽网、信号输出线，其中，所述电极板上表面与下表面分别设有绝缘层，在其中一侧绝缘层上设有屏蔽网，在所述电极板上设有信号传输线，所述信号传输线穿过所述绝缘层与所述屏蔽网向外延伸，并与所述眼电采集模块连接。

需要说明的是，所述眼电采集模块包括：

前端放大电路，用于将获得的眼电信号放大；

低通滤波电路，与所述前段放大电路连接，用于将所述放大后的眼电信号滤除，获得滤除高频噪声的眼电信号；

高通滤波电路，与所述低通滤波电路连接，用于将所述滤除高频噪声的眼电信号再过滤，获得滤除低频噪声的眼电信号；

电平抬升电路，与所述高通滤波电路连接，用于将所述滤除低频噪声的眼电信号转换为单极眼电信号；

等比例变换电路，与所述电平抬升电路连接，用于将所述单极眼电信号转换为0～3V之间的眼电信号；

陷波电路，与所述等比例变换电路连接，用于将通过等比例变换电路获得的眼电信号过滤，获得滤除工频噪声的眼电信号。

需要说明的是，所述无线发送模块包括A/D转换电路、与其连接的DMA控制器，以及与所述DMA控制器连接的无线数据发送器，其中，所述A/D转换电路将经过所述眼电采集模块处理后的眼电信号数字化后传输至所述DMA控制器，所述的DMA控制器将所述数字化的眼电信号直接转移至所述无线数据发送器。

需要说明的是，所述无线接收模块包括无线数据接收器，与其连接的DMA控制器，以及与所述DMA控制器连接的串口和USB控制器。其中DMA将无线数据接收器接收的数据转移至串口，或者转移至USB口。

作为一种优选的方案，所述凹槽上设有电极片卡口，所述非接触式电极卡接在所述电极片卡口上。

需要说明的是，所述低通滤波电路滤除高于100Hz的噪声，所述高通滤波电路滤除低于5Hz的噪声。

作为一种优选的方案，所述存储模块为SD卡。

作为一种优选的方案，所述系统还包括USB接口，用于将所述眼电信号传输。

一种采集眼电信号的方法，使用无线眼电信号采集系统，包括以下步骤：

（1）首先将非接触式电极片卡接在电极片卡口中，调节其位置固定，根据测试对象的头围和眼间距调节松紧带和连接架到合适位置，打开眼电采集模块、无线发送模块以及无线接收模块；

（2）非接触式电极片接收眼电信号，并将其传输至眼电采集模块；

（3）眼电采集模块将收到的眼电信号通过前置放大电路进行放大，放大后传给低通滤波电路用于去除高频噪声，接着传给高通滤波电路去除低频噪声，再经过电平抬升电路和等比例变化电路以便于进行下一步的A/D转换，最后还要经过陷波电路去除市电干扰；

（4）经过眼电采集模块处理后的眼电信号通过导线传输至无线发送模块，其对眼电信号进行A/D转换并将转换后的信号无线传输发送；

（5）无线接收模块接收到无线发送模块发送的数据后，用DMA方式将接收的数据传递给串口，串口再通过SPI方式将数据写入SD卡或者通过USB接口传输出去。

本发明有益效果在于：

1、采用非接触式电极片，不需要在电极片上涂抹导电膏，就可以直接使用，并且可以长时间佩戴；

2、系统中各模块都设有金属罩的外壳，可以有效屏蔽外界电磁场的干扰，保证信号的质量；

3、采用电池供电，体积小方便携带，使用安全；

4、采用CC2531作为无线传输平台，具有功耗低、可靠性强；

5、采集电路设计精确，信号质量好，可以达到研究所需水平。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中非接触式电极结构示意图;

图3为图1中眼电采集罩结构示意图；

图4为图1中眼电采集模块结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本发明为一种无线眼电采集系统，所述系统包括：

眼电采集罩1，用于佩戴在测试对象头部；非接触式电极2，与所述眼电采集罩1活动连接，用于传输眼电信号；眼电采集模块3，与所述非接触式电极2电气连接，用于接收、处理所述眼电信号；无线发送模块4，与所述眼电采集模块3电气连接，用于接收经过处理的眼电信号以及将所述眼电信号进行转换；无线接收模块5，与所述无线发送模块4无线连接，用于接收经过转换的眼电信号；存储模块6，与所述无线接收模块5电气连接，用于储存所述眼电信号。

如图2所示，所述眼电采集罩1包括松紧带11、调节框12，以及连接在所述调节框12之间的连接架13，其中，所述调节框12上设有凹槽，所述非接触式电极2活动连接在所述凹槽上，所述松紧带11设置在所述调节框12的两侧。

如图3所示，所述非接触式电极2包括电极板21、绝缘层22、屏蔽网23、信号输出线24，其中，所述电极板21上表面与下表面分别设有绝缘层22，在其中一侧的绝缘层22上设有屏蔽网23，在所述电极板21上设有信号传输线24，所述信号传输线24穿过所述一侧的绝缘层22与所述屏蔽网23向外延伸，并与所述眼电采集模块3连接。

如图4所示，所述眼电采集模块3包括：

前端放大电路31，用于将获得的眼电信号放大；

低通滤波电路32，与所述前段放大电路31连接，用于将所述放大后的眼电信号滤除，获得滤除高频噪声的眼电信号；

高通滤波电路33，与所述低通滤波电路32连接，用于将所述滤除高频噪声的眼电信号再过滤，获得滤除低频噪声的眼电信号；

电平抬升电路34，与所述高通滤波电路33连接，用于将所述滤除低频噪声的眼电信号转换为单极眼电信号；

等比例变换电路35，与所述电平抬升电路34连接，用于将所述单极眼电信号转换为0～3V之间的眼电信号；

陷波电路36，与所述等比例变换电路35连接，用于将通过等比例变换电路获得的眼电信号过滤，获得滤除工频噪声的眼电信号。

作为一种优选的方案，所述存储模块6为SD卡。

（5）无线接收模块接收到无线发送模块发送的数据后，用DMA方式将接收的数据传递给串口，串口再通过SPI方式将数据写入SD卡模块，或者通过USB接口传输给出去。

进一步地说，SD卡中存储的眼电数据可以用于科研分析，也可以将数据直接传递给控制设备，用于实际控制。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种无线眼电采集系统，其特征在于，所述系统包括：

眼电采集罩，用于佩戴在测试对象头部；

2.根据权利要求1所述的眼电采集系统，其特征在于，所述眼电采集罩包括松紧带、调节框，以及连接在所述调节框之间的连接架，其中，所述调节框上设有凹槽，所述非接触式电极活动连接在所述凹槽上，所述松紧带设置在所述调节框的两侧。

3.根据权利要求1所述的眼电采集系统，其特征在于，所述非接触式电极包括电极板、绝缘层、屏蔽网、信号输出线，其中，所述电极板上表面与下表面分别设有绝缘层，在其中一侧绝缘层上设有屏蔽网，在所述电极板上设有信号传输线，所述信号传输线穿过所述绝缘层与所述屏蔽网向外延伸，并与所述眼电采集模块连接。

4.根据权利要求1所述的眼电采集系统，其特征在于，所述眼电采集模块包括：

前端放大电路，用于将获得的眼电信号放大；

低通滤波电路，与所述前端放大电路连接，用于将所述放大后的眼电信号滤除，获得滤除高频噪声的眼电信号；

5.根据权利要求1所述的眼电采集系统，其特征在于，所述无线发送模块包括A/D转换电路、与其连接的DMA控制器，以及与所述DMA控制器连接的无线数据发送器，其中，所述A/D转换电路将经过所述眼电采集模块处理后的眼电信号数字化后传输至所述DMA控制器，所述的DMA控制器将所述数字化的眼电信号直接转移至所述无线数据发送器。

6.根据权利要求2所述的眼电采集系统，其特征在于，所述凹槽上设有电极片卡口，所述非接触式电极卡接在所述电极片卡口上。

7.根据权利要求4所述的眼电采集系统，其特征在于，所述低通滤波电路滤除高于100Hz的噪声，所述高通滤波电路滤除低于5Hz的噪声。

8.根据权利要求1所述的眼电采集系统，其特征在于，所述存储模块为SD卡。

9.根据权利要求1所述的眼电采集系统，其特征在于，所述系统还包括USB接口，用于将所述眼电信号传输。

10.一种利用根据权利要求1采集眼电信号的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（5）无线接收模块接收到无线发送模块发送的数据后，用DMA方式将接收的数据传递给串口，串口再通过SPI将数据写入SD卡或者通过USB接口传输出去。