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嵌入式256导联脑电图机系统设计

作　者: 张育俊
导　师: 杜玉晓
学　校: 广东工业大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 脑电图多通道同步采集 uIP 实时数据采集
分类号: TP368.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

脑电信号是脑神经细胞群电生理活动在大脑皮层的反应,包含大量的生理与病理信息。随着脑电信号研究的发展,脑电图机已经比较广泛地应用于临床医学和脑认知科学、生物医学,军事医学以及智能控制领域中的研究,特别是在临床脑部疾病诊断,如对癫痫的确诊、癫痫灶的定位以及癫痫治疗效果的评估有不可替代的作用。国内脑电图机相比国外普遍存在抗干扰能力不强、频带窄,波形失真的缺陷,高导联脑电图机的研究是当前国内外脑电生理设备研究的热点。本文以研制高性能脑电图机为目标,对采集系统设计、采集控制和网络数据传输进行了较深入的研究,论文的具体工作如下：(1)介绍并讨论了传统多通道数据采集原理和常用方法,在此基础上对并行多通道实时采集系统进行研究,通过对各种方案进行分析,设计了采用ARM+FPGA为架构的256导联脑电图机采集系统,所得结果对脑电信号采集技术的改进与实际应用有一定的现实意义。(2)利用FPGA的并行性,可多通道信号数据同时处理,提出了对高导联数、多AD并行转换控制的同步实时采集模块设计方案。该方案有效解决了多通道数据采集的控制难的问题。(3)使用开源的uIP协议栈,深入探讨了基于UDP传输协议的远程监控数据网络通信的实现。调试结果表明该方法充分满足在简单网络环境中高速数据传输的应用。脑电图机实际调试以及采集的波形分析结果表明本文提出的精密脑电图机系统设计方案能实现对256导联脑电信号高速同步实时采集,各项指标符合设计要求,内部噪音低,频带宽,抗干扰能力较强,采集波形真实,该设计方法对生物电信号多通道同步采集具有一定的指导意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-10
Contents  10-13
第一章绪论  13-18
  1.1 研究背景及研究意义  13-14
  1.2 脑电图机概述  14-15
  1.3 国内外研究现状  15-17
  1.4 论文主要内容  17-18
第二章 256导联脑电图机系统整体方案设计  18-23
  2.1 系统功能需求分析  18-19
  2.2 系统设计方案比较与分析  19-20
  2.3 256导联脑电图机同步采集系统整体方案设计  20-23
第三章放大器核心硬件电路设计  23-36
  3.1 放大器硬件系统框图  23-24
  3.2 信号放大调理模块硬件设计  24-25
    3.2.1 信号放大电路原理框图  24-25
    3.2.2 AD转换电路  25
  3.3 FPGA多通道采集模块硬件设计  25-27
    3.3.1 FPGA选型  25-26
    3.3.2 FPGA外围接口电路设计  26-27
  3.4 ARM主控制器模块  27-33
    3.4.1 主控制器选型  27-29
    3.4.2 数据并行传输接口设计  29-30
    3.4.3 LCD显示及其驱动电路  30-31
    3.4.4 嵌入式以太网接口电路  31-33
    3.4.5 其他外围电路  33
  3.5 放大器供电设计  33-35
  3.6 小结  35-36
第四章 256导联脑电图机采集控制与数据通信底层软件设计  36-57
  4.1 FPGA多通道并行采集程序设计  36-39
    4.1.1 多通道并行同步采集原理  36-37
    4.1.2 FPGA采集控制  37
    4.1.3 FPGA数据缓冲原理  37-38
    4.1.4 FPGA缓冲区数据发送  38-39
  4.2 uIP在LPC1788上的移植  39-50
    4.2.1 uIP协议栈简介  39-42
    4.2.2 uIP在LPC1788上的移植  42
    4.2.3 UDP数据发送程序在uIP中的实现  42-46
    4.2.4 UDP数据发送程序改进  46-50
  4.3 波形显示程序设计  50-51
  4.4 主控制器IAP自动升级程序实现  51-56
    4.4.1 LPC1788微控制器的IAP实现  52-54
    4.4.2 IAP升级方案软件设计  54-56
  4.5 小结  56-57
第五章系统调试结果与分析  57-63
  5.1 调试策略与方法  57-58
  5.2 以太网模块调试  58-59
  5.3 LCD显示模块调试分析  59-60
  5.4 FPGA采集模块调试  60-61
  5.5 调试结果分析  61-63
第六章总结与展望  63-66
  6.1 总结  63-64
  6.2 展望  64-66
参考文献  66-71
攻读硕士学位期间发表论文  71-74
致谢  74

嵌入式256导联脑电图机系统设计

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