專利名稱：機上存儲實時通信與處理的多功能束帶式腦電信號采集器的制作方法
技術領域：
本發明涉及腦電信號的采集、記錄、存儲和無線傳輸，尤其涉及一種機上存儲實時通信與處理的多功能束帶式腦電信號采集器。
背景技術：
認知能力是人腦加工、儲存和提取信息的能力，是人們對事物的構成、性能與他物的關系、發展的動力、發展方向以及基本規律的把握能力，是人們成功的完成活動最重要的心理條件，包括知覺、記憶、注意、思維和想象等能力。認知能力測試是衡量一個人學習及完成一項工作的能力的測試，可用于各種人群。然而，到目前為止，認知能力的測評多用量表和問卷調查法，主觀性較強，客觀性較差。已有的腦電信號采集設備如多導聯腦電采集設備、腦磁圖信號采集設備等，價格昂貴，使用操作過程復雜，受測人不能遠離信號接受裝置、 且受環境和受測人群的影響較大等問題。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種機上存儲實時通信與處理的多功能束帶式腦電信號采集器。機上存儲實時通信與處理的多功能束帶式腦電信號采集器包括軟束帶、采集腦電信號的傳感干電極、外接電池盒、集成天線與參考電極的耳套、集成記錄、存儲和無線發射腦電信號的錄存發模塊、軟束帶扣；軟束帶上設有采集腦電信號的傳感干電極、無線發射腦電信號的錄存發模塊和軟束帶扣；采集腦電信號的傳感干電極、外接電池盒、集成天線與參考電極的耳套分別與無線發射腦電信號的錄存發模塊相連。所述的無線發射腦電信號的錄存發模塊包括腦電記錄單元、腦電存儲單元、無線發射單元、微控制器單元、鋰電池供電單元和蜂鳴器；腦電記錄單元、微控制器單元、無線發射單元順次相連；微控制器單元分別與腦電存儲單元、蜂鳴器相連；鋰電池供電單元分別與腦電記錄單元、腦電存儲單元、無線發射單元相連。所述的集成天線與參考電極的耳套包括天線與參考電極；集腦電信號的傳感干電極與參考電極分別與腦電記錄單元相連，天線與無線發射單元相連。所述的腦電記錄單元采用ADS1294，該芯片具有4通道24位ADC轉換芯片，其采樣頻率為250Hz 32kHz，各通道含可編程放大器，放大倍數在I 12倍可調，ADS1294與STM32F105采用SPI協議進行通信，STM32F105通過PAl引腳通知ADS1294開始采集，當完成一次采集，DRDY引腳變為低電平，通知STM32F105通過SPI總線讀取數據。所述的腦電存儲單元采用Micro SD卡，Micro SD卡與STM32F105通過SPI協議進行通信，當STM32F105收到腦電數據后，將腦電數據通過SPI總線存儲到Micro SD卡中。所述的無線發射單元采用BlueCore4_R0M藍牙芯片，該芯片片內集成了一個MCU、一個DSP、48k字節RAM以及2. 4G微波邏輯，支持藍牙V2. O協議標準，支持UART、SPI、PCM和PIO接口，支持波特率為 240(Tl382400bps。BlueCore4_R0M 于 STM32F105 通過UART 協議進行通信，當STM32F105收到腦電數據后，將腦電數據通過UART總線發送給BlueCOre4-R0M ；BlueCore4-R0M完成與上位機的配對及發送數據。所述的微處理單元采用STM32F105，該芯片工作頻率為72MHz，具有SPI和UART外設；利用外設接口與腦電記錄單元、腦電存儲單元、無線發射單元相連。所述的外接電池盒與腦電記錄單元、腦電存儲單元、無線發射單元和微控制單元相連。支持存儲卡的熱插拔功能，具有低電量報警功能，能為各功能單元提供長時間工作的支持。本發明的具有存儲和信號發射功能的腦電信號采集裝置的電極為干電極，不需要腦電膏、腦電液之類的減少阻抗的材料，大大方便了使用。該腦電信號采集器的外形為可伸縮的發帶(束帶)形態，適用于不同頭部外形，都能保證干電極與頭部皮膚的緊密接觸，具有數據測量精確的特征。錄存發模塊的集成度高。與以往先傳輸(不論是有線還是無線傳輸)后存儲的采集腦電信號的方式相比，本發明的腦電信號采集裝置，將腦電全頻數字信號實時性地、直接存于采集裝置的存儲模塊中，使得存儲的數據沒有以往傳輸過程的環境干擾， 提高了數據的質量。本發明的腦電信號采集裝置，具有易于使用、輕便穩定、佩戴方便的特點，通過機上電池和外接電池，滿足各種應用場合的長時數據采集需要。能夠在各類環境中進行快捷的腦電數據采集和分析工作，也可以允許受測人遠離腦電信號收取與分析裝置，在工作或野外狀態記錄存儲全天腦電全頻信號(從delta, theta, alpha, beta到gamma等)。本發明的腦電信號采集裝置，可以利用片上微控制單元，對腦電信號進行簡單的實時處理，實現一批實時監控功能(如疲勞報警、情緒報警等)，可以直接支持一大批商業應用。
圖I是機上存儲實時通信與處理的多功能束帶式腦電信號采集器結構示意 圖2本發明的無線發射腦電信號的錄存發模塊及其外接示意 圖3本發明的腦電記錄單元與微控制單元的邏輯連接示意 圖4本發明的微控制單元與腦電存儲單元邏輯連接示意 圖5本發明的微控制單元與無線發射單元邏輯連接示意 圖6是本發明的使用示意圖中，腦電信號采集器I、軟束帶2、采集腦電信號的傳感干電極3、外接電池盒4、集成天線與參考電極的耳套5、集成記錄、存儲和無線發射腦電信號的錄存發模塊6、軟束帶扣
7、計算機8。
具體實施例方式如圖I所示，機上存儲實時通信與處理的多功能束帶式腦電信號采集器I包括軟束帶2、采集腦電信號的傳感干電極3、外接電池盒4、集成天線與參考電極的耳套5、集成記錄、存儲和無線發射腦電信號的錄存發模塊6、軟束帶扣7 ;軟束帶2上設有采集腦電信號的傳感干電極3、無線發射腦電信號的錄存發模塊6和軟束帶扣7 ;采集腦電信號的傳感干電極3、外接電池盒4、集成天線與參考電極的耳套5分別與無線發射腦電信號的錄存發模塊6相連。所述的外接電池盒4內置大容量的可充電鋰電池，與腦電記錄單元61、腦電存儲單元62、無線發射單元63和微控制單元64相連。支持存儲卡的熱插拔功能，具有低電量報警功能，能為各功能單元提供長時間工作的支持。如圖2所示，所述的無線發射腦電信號的錄存發模塊6包括腦電記錄單元61、腦電存儲單元62、無線發射單元63、微控制器單元64、鋰電池供電單元65和蜂鳴器66 ;腦電記錄單元61、微控制器單元64、無線發射單元63順次相連；微控制器單元64分別與腦電存儲單元62、蜂鳴器66相連；鋰電池供電單元65分別與腦電記錄單元61、腦電存儲單元62、無線發射單元63相連。如圖3所示，所述的腦電記錄單元61采用ADS1294，該芯片具有4通道24位ADC轉換芯片，其采樣頻率為250Hf32kHz，各通道含可編程放大器，放大倍數在f 12倍可調，ADS1294與STM32F105采用SPI協議進行通信，STM32F105通過PAl引腳通知ADS1294開始采集，當完成一次采集，DRDY引腳變為低電平，通知STM32F105通過SPI總線讀取數據。如圖4所示,所述的腦電存儲單元62采用外插式大容量Micro SD卡,Micro SD卡與STM32F105通過SPI協議進行通信，當STM32F105收到腦電數據后，將腦電數據通過SPI 總線存儲到Micro SD卡中。腦電存儲單元62的外插式大容量存儲卡，可以自由擴展數據采集容量，具有熱插拔功能，在更換存儲卡過程不超過IOs的情況下，可以支持超長時間不間斷采集腦電數據。存儲信息可以隨存儲卡置于直接轉錄到相應的分析應用裝置。如圖5所示，所述的無線發射單元63采用BlueCore4_R0M藍牙芯片，該芯片片內集成了一個MCU、一個DSP、48k字節RAM以及2. 4G微波邏輯，支持藍牙V2. O協議標準，支持UART、SPI、PCM和 PIO 接口，支持波特率為 240(Tl382400bps。BlueCore4_R0M 于 STM32F105通過UART協議進行通信，當STM32F105收到腦電數據后，將腦電數據通過UART總線發送給BlueCore4-R0M ；BlueCore4-R0M完成與上位機的配對及發送數據。所述的微處理單元64采用STM32F105，該芯片工作頻率為72MHz，具有SPI和UART外設；利用外設接口與腦電記錄單元61、腦電存儲單元62、無線發射單元63相連。微控制單元64可以實現簡單的腦電信號處理，支持實時監控使用者的腦電信號，根據腦電信號的變化情況判斷使用者的心理及生理狀態(如疲勞情況、情緒變化等)等應用的需求，依據不同的狀態由內置的蜂鳴器66做出不同的聲音報警作為信息的反饋。所述的集成天線與參考電極的耳套5包括天線與參考電極；集腦電信號的傳感干電極3與參考電極分別與腦電記錄單元61相連，天線與無線發射單元63相連。所述的微處理單元64采用STM32F105，該芯片工作頻率為72MHz，具有SPI和UART外設；利用外設接口與腦電記錄單元61、腦電存儲單元62、無線發射單元63相連。所述的外接電池盒4與腦電記錄單元61、腦電存儲單元62、無線發射單元63和微控制單元64相連。使用時，將處理的多功能束帶式腦電信號采集器I的軟束帶2，從被試前額到后腦繞一圈，用軟束帶扣7捆緊，調整軟束帶2的位置，使前額的采集腦電信號的傳感干電極3到預定位置，將集成天線與參考電極的耳套5套在被試的左耳或右耳上。
如圖6所示，處理的多功能束帶式腦電信號采集器I與計算機8連接同步處理時，當被試佩戴好束帶式腦電信號采集器I后，可以根據具體的應用環境與應用需求設置采集器的工作方式，即當被試處于有強烈的信號干擾或對無線設備有嚴格限制的環境時，或者當沒有實時腦控要求僅需要采集被試腦電時，選擇“存儲”的工作模式，采集器將腦電信號存儲到Micro SD卡中；當需要被試的腦電信號實時地傳送到上位機中時，選擇“無線”的工作模式，采集器將腦電信號通過無線藍牙實時地發送上位機中，并配合上位 機中的軟件實現對腦電信號的具體應用。
權利要求
1.一種機上存儲實時通信與處理的多功能束帶式腦電信號采集器，其特征在于腦電信號采集器(I)包括軟束帶(2)、采集腦電信號的傳感干電極(3)、外接電池盒(4)、集成天線與參考電極的耳套(5)、集成記錄、存儲和無線發射腦電信號的錄存發模塊(6)、軟束帶扣(7);軟束帶(2)上設有采集腦電信號的傳感干電極(3)、無線發射腦電信號的錄存發模塊(6)和軟束帶扣(7);采集腦電信號的傳感干電極(3)、外接電池盒(4)、集成天線與參考電極的耳套(5)分別與無線發射腦電信號的錄存發模塊(6)相連。
2.根據權利要求I所述的一種機上存儲實時通信與處理的多功能束帶式腦電信號采集器，其特征在于所述的無線發射腦電信號的錄存發模塊(6)包括腦電記錄單元(61)、腦電存儲單元(62)、無線發射單元(63)、微控制器單元(64)、鋰電池供電單元(65)和蜂鳴器(66);腦電記錄單元(61)、微控制器單元(64)、無線發射單元(63)順次相連；微控制器單元(64)分別與腦電存儲單元(62)、蜂鳴器(66)相連；鋰電池供電單元(65)分別與腦電記錄單元(61)、腦電存儲單元(62)、無線發射單元(63)相連。
3.根據權利要求I或2所述的一種機上存儲實時通信與處理的多功能束帶式腦電信號采集器，其特征在于所述的集成天線與參考電極的耳套(5)包括天線與參考電極；集腦電信號的傳感干電極(3)與參考電極分別與腦電記錄單元(61)相連，天線與無線發射單元(63)相連。
4.根據權利要求2所述的一種機上存儲實時通信與處理的多功能束帶式腦電信號采集器，其特征在于所述的腦電記錄單元(61)采用ADS1294，該芯片具有4通道24位ADC轉換芯片，其采樣頻率為250HC32kHz，各通道含可編程放大器，放大倍數在f 12倍可調，ADS1294與STM32F105采用SPI協議進行通信，STM32F105通過PAl引腳通知ADS1294開始采集，當完成一次采集，DRDY引腳變為低電平，通知STM32F105通過SPI總線讀取數據。
5.根據權利要求2所述的一種機上存儲實時通信與處理的多功能束帶式腦電信號采集器，其特征在于所述的腦電存儲單元(62)采用Micro SD卡，Micro SD卡與STM32F105通過SPI協議進行通信，當STM32F105收到腦電數據后，將腦電數據通過SPI總線存儲到Micro SD 卡中。
6.根據權利要求2所述的一種機上存儲實時通信與處理的多功能束帶式腦電信號采集器，其特征在于所述的無線發射單元(63)采用BlueCore4-R0M藍牙芯片，該芯片片內集成了一個MCU、一個DSP、48k字節RAM以及2. 4G微波邏輯，支持藍牙V2. O協議標準，支持UART, SPI、PCM 和 PIO 接口，支持波特率為 240(Tl382400bps，BlueCore4-R0M 于 STM32F105通過UART協議進行通信，當STM32F105收到腦電數據后，將腦電數據通過UART總線發送給BlueCore4-R0M ；BlueCore4-R0M完成與上位機的配對及發送數據。
7.根據權利要求2所述的一種機上存儲實時通信與處理的多功能束帶式腦電信號采集器，其特征在于所述的微處理單元(64)采用STM32F105，該芯片工作頻率為72MHz，具有SPI和UART外設；利用外設接口與腦電記錄單元(61)、腦電存儲單元(62)、無線發射單元(63)相連。
8.根據權利要求I所述的一種機上存儲實時通信與處理的多功能束帶式腦電信號采集器，其特征在于所述的外接電池盒(4)與腦電記錄單元(61)、腦電存儲單元(62)、無線發射單元(63)和微控制單元(64)相連。
全文摘要
本發明公開了一種機上存儲實時通信與處理的多功能束帶式腦電信號采集器。它包括軟束帶、采集腦電信號的傳感干電極、外接電池盒、集成天線與參考電極的耳套、存儲和無線發射腦電信號的錄存發模塊和軟束帶扣；軟束帶上設有采集腦電信號的傳感干電極、無線發射腦電信號的錄存發模塊和軟束帶扣，無線發射腦電信號的錄存發模塊分別與采集腦電信號的傳感干電極、外接電池盒、集成天線與參考電極的耳套相連。本發明功能強大，信號采集穩定、干擾小，輕便，能夠長時間采集腦電信號，不干擾手腳的工作，并且能夠支持實時監測使用者腦電信號的功能，可以根據腦電信號的變化做出報警。
文檔編號A61B5/0476GK102871656SQ20121037260
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月29日 優先權日2012年9月29日
發明者趙侖, 馬慶國, 馬琳, 李海峰, 李嵩 申請人:趙侖, 馬慶國, 馬琳, 李海峰, 李嵩