2010年 第 18期 总 第 329
脑 电信号无线采 集系统设计
谢 宏 ,葛棋棋 ,姚 楠 ,董耀华
(上海海事 大学 信 息工 程学 院 ,上 海 200135)
摘 要 :介绍一种 应 用于可穿戴式无线脑 电信号 采集 系统设 计方案 。系统 控 制 器采 用 16位的 MSP430F169单 片机 ,其
内部 的 12位 A/D对放 大滤 波 后 的 脑 电信号 进 行采 集 ,然后 通 过 SPI口将 采 集到 的 16通 道 的 脑 电信 号 数 据 写 入 到 CC2500
的寄存器 中发 射 出去 ,接收端 同样 通过单 片机将 CC2500的接 收寄 存器 中数 据读 出,再 由 uART 通过 USB转 换芯 片传 入计
算机 用 于显 示 和 进 一 步 的 分 析处 理 。 该 系统 有 着低 功耗 和便 携 式 等优 点 。
关 键 词 :脑 电信 号 ;CC2500;UAR ;系统 控 制 器
中 图 分 类 号 :TN911—33 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :1004—373X(2010)18—0021—04
Design of W ireless Acquisition System for EEG Signal
XIE Hong,GE Qi—qi,YAO Nan,DONG Yao-hua
(Institute of Information Engineering。Shanghai M aritim e U niversity,Shanghai 200135,China)
Abstract:The design scheme of a wearable wireless acquisition system for EEG signal is introduced. A 16 bit M SP430F169
MCU is adopted in the system controller,in which 1 2~bit ADC is used to aquire the amplified and filtered EEG signa1.The acqired
EEG signal data of the 16 channels is writen to the register of CC2500 via SPI and then emitted.Ⅵ en the receiver obtains the data.
the data from the receiver register of CC250O is read out by MCU. Finally the data is sent to computer by UART through USB for
display and further processing.This system has the advantage of low power consumption and is portable.
Keywords:EEG ;CC2500;UART;system controller
疲劳 驾驶是 造成很 多恶性 交 通事故 的主要 因素 ,因
此人 们研究 探索 通过 监 测驾 驶 员的 身体 和 生 理状 态 来
识别 驾驶员 是否疲 劳 驾驶 ,如 眼动 信 息 、头 部 运动状 态
等 。近年来 ,基 于脑 电信号识 别驾驶 员警 觉度状 态 已经
成 为一 种研 究 热点 口 ],而驾 驶员 可 穿戴式 脑 电信 号采
集装 置 是 其 必 要 的 保 障 。脑 电 信 号 采 集 系 统 主要 由
模 /数转换 模块 、微 控 制器 和 数 据 传输 等 部分 构成 。其
中微控制器的实现一般 有 4种方案 :如 文献 E3]中采用
单 片机把 采集 到 的模 拟脑 电信 号转换 为数 字信 号 ,并通
过 RS 232接 口传给计 算 机 ,该 方法 一 般用 于 低 端 的不
要 求太 高数据处 理能 力 的采 集 中,成本 较低 ;文献 1-43采
用 DSP数 字信号 处理 芯片 ,将 A/D转 换后 的脑 电信号
进 行 DSP预 处 理 (数 字 滤 波 ),再 通 过 PC 的 并 口与
DSP的 HPI的 口互 联 ,主要利 用 了其在 数 据 分析 中的
快速处理能 力;文 献I-5]采用 ARM 作为处理 器 ,ARM
中移 人 了 c/os-Ⅱ操作 系统 ,并 移植 了 Hanning滤 波
器 以抑制 50 Hz工 频 干扰 ,利 用 ARM 对 信号进 行处 理
收稿 日期 :2010 04—19
基金项 目:上海市科 技 创 新 行 动计划项 目(09511502500);
西 部 交通 建 设 科 技 项 目(2100318810019)
与分 析显示 ;文献 [6]采 用 FPGA,利 用其 内部 丰富 的逻
辑 资源 控 制 A/D采 集 、FIR滤 波 、液 晶 的显示 及 USB
与 PC的数 据传 输 。以上文 献 中 的方案 都 为有 线 传输 ,
且 DSP和 FPGA 芯片成 本 高 功耗 大 。文献 [7]中采用
蓝 牙无 线传输 模块 实现 了可穿戴 脑 电信号 采集 与传输 ,
蓝 牙技术 目前 成本较 高 ,适 宜 近距离传 输 。本文针 对驾
驶员 可穿 戴式 脑 电信 号采 集设备 的应 用背 景 ,提 出基于
MSP43O单片 机 和 CC25oo的脑 电 信 号采 集 和 无 线 数
据传 输系统 设计 方案 ,在保证 系统 性能 的条件 下最 大限
度地 降低功 耗 。
1 系统硬 件设计
1.1 系统框 图
该 系统 主要 由 3部 分组 成 :数 据 采集 、数据 传 输 和
数 据处 理服务 器 。其 中数 据 采集 与 预处 理采 用 业 界公
认 的微 功耗 控 制 器 MSP430系 列单 片 机 ;数 据 传 输 采
用无 线 收 发 模 块 CC25OO,其 由 MSP430单 片 机 通 过
SPI口控 制其初 始化 和数据 的发送 与接 收 ;接收 的脑 电
数 据 由单 片机 通 过 UART转 USB芯片 传输 给 数 据处
理 服务 器做上 层处 理 。具 体系 统组成 如 图 1所示 。
1.2 放 大 滤 波 模 块
本文 的脑 电信 号放 大 器 原理 图如 图 2所 示 。本文
中的前置 放大 器 采用 BB公 司 的 INA118,这 是 一款 专
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