基于ARM的脑电信号采集系统

2009年06月16日 14:06    ARM
关键词: arm , 采集系统 , 脑电信号
1 引言
  脑电信号是人体重要的生理信号。根据研究表明,脑电信号的主要特点为:脑电信号幅度为5μV~100μV,一般只有50μV左右;频率范围为0.5 Hz~35 Hz;具有极强工频50 Hz干扰和极化电压干扰;内阻从几十千欧到几百千欧不等且易于变化;信噪比低,最高可达1:105。
  目前,由于脑电信号采集方法不同,所获得的结论差异较大,并且大多采用单片机作为控制器,精度相对较低。本文根据脑电信号的微弱特性和微弱信号处理要求,介绍了脑电信号采集系统组成和信号处理的有效方法。
  2 硬件电路设计
  系统主要利用窄带滤波器检测脑电信号,并滤除通带外的噪声,提高信噪比。但由于中心频率偏移,因此软件设计移植了数字信号处理方法,加入数字滤波器,进一步滤掉噪声,更好还原脑电信号。系统总体框图如图1所示。

  2.1前置放大电路

  脑电信号检测为强噪声下的超低频(0.5 Hz~35Hz)、微弱(5μV~100μV)信号检测。因此,前置放大器必须选用高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声、低漂移、高增益、动态范围大和性能稳定的低频放大器。信号源与前置放大电路采用直接耦合方式。本系统选用LMH6626为前置放大器。LMH6266是美国国家半导体推出的双超低噪声宽带运算放大器。后级放大选用LT1167,LT1167是一种新型仪表放大器,结合了FET运放与双极型运放的优点,其高输入阻抗和低偏置电流接近FET器件,而噪声水平跟双极型运放相同。其性能指标为:激光修剪电阻保证其共模抑制比CMRR>110 dB(G=10);高输入阻抗为1 000GΩ,噪声电压为0.28μVp-p,噪声电流为10 pAp-p(0.1 Hz~10 Hz);输入偏置电流为50 pAg,静态工作电流小于1.3mA。LT1167AC的CMRR与闭环增益关系如表1所列。


  整个系统的前置放大电路如图2所示。U1,U2构成并联差动放大器,在运算放大器为理想情况下,输入阻抗、共模抑制比无穷大,该部分电路具有提高输入阻抗与电压缓冲作用。C1、C2为退耦电容,主要起到隔离极化直流电压作用。

  2.2工频滤波电路

  工频干扰是脑电信号的主要干扰,虽然前置放大电路对共模干扰有较强的抑制作用,但部分干扰是以差模进入电路,且频率处于脑电信号的频带内,加之电极与输入回路不稳定等因素,前置放大电路输出的信号仍存在较强的工频干扰。其工作频率电路如图3所示。带阻滤波器电路用于抑制或衰减某一频段信号,使得该频段以外的所有信号通过。K=R4/R3+R4=0.9引入负反馈改善选频作用。通过实验发现.R4取1.7 kΩ,R3取75 Ω时抑制干扰效果最好。


  3 软件设计

  本文采用的操作系统为μCOS-II,共分为4个任务,分别为TIMER1 ISR、A/D采样任务、数字滤波任务、显示任务。核心任务为A/D采样任务,其软件流程图如图4所示。


  信号采集过程中,虽然采取抗噪措施,但信号中仍然不可避免地混入噪声和干扰。本系统充分利用ARM运算速度快、资源丰富等特点。在ARM中移植Hanning滤波器,以抑制工频50 Hz干扰。Hanning滤波器部分代码如下:

  4 结束语
  本文给出了一种基于ARM的脑电信号采集方法,实验结果显示本采集系统能够很好的采集并还原脑电信号,并且脑电信号具有失真度小,精度较高等特点。
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jiang4300 发表于 2010-8-25 14:38:41
不知道实际做出来效果怎么样,有验证过么
yuhuikeji 发表于 2015-12-25 12:21:20
谢谢分享!!!!!!!!
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