基于A(yíng)DS1298與WiFi的腦電信號采集與傳輸系統設計

摘要：為了實(shí)現對人體腦電信號的實(shí)時(shí)采集，設計了一種基于ADS1298與WiFi的無(wú)線(xiàn)腦電信號采集與傳輸系統。該系統主要由ADS1298信號采集模塊、MSP430主控制模塊、GS1011處理發(fā)送模塊3部分組成。ADS1298對腦電信號進(jìn)行24位高精度的模／數轉換，并通過(guò)SPI發(fā)送給MSP430進(jìn)行分析處理，最后發(fā)送至GS1011進(jìn)行打包，并由WiFi發(fā)送給遠方的控制臺。在提高腦電信號采集精度的同時(shí)，又運用成熟的WiFi無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)，提高了傳輸速率和傳輸距離。該系統還具有體積小、便攜、超低功耗等特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：腦電信號；信號采集；無(wú)線(xiàn)傳輸；WiFi

0 引言
腦電信號(EEG)是由腦神經(jīng)活動(dòng)產(chǎn)生的一種電活動(dòng)，含有豐富的大腦活動(dòng)信息，廣泛應用于人的醫學(xué)病理診斷，尤其近年來(lái)在疲勞駕駛實(shí)時(shí)檢測、腦機接口(BCI)等領(lǐng)域的研究引起了越來(lái)越多的國內外學(xué)者的關(guān)注。目前商用的腦電信號采集設備雖然功能豐富，但是體積和功耗等一般比較大，而且數據傳輸大多采用有線(xiàn)方式，不便用于采集條件和環(huán)境經(jīng)常變化的場(chǎng)合。因此，便攜式無(wú)線(xiàn)腦電采集與傳輸系統成為一種研究熱點(diǎn)。由于腦電信號非常微弱，而且多通道的腦電波形數據量一般比較大，因此要求便攜式無(wú)線(xiàn)腦電信號采集與傳輸系統既要有很高的信號分辨靈敏度，又要有較高的數據傳輸速度，而且功耗高低也是制約其應用的重要指標。目前提高腦電信號分辨靈敏度的技術(shù)方案主要有
2種：采用精密放大濾波電路提高信號增益并抑制外界干擾，如文獻中采用三級放大電路、低通濾波器、高通濾波器和50 Hz雙T工頻濾波器對腦電信號進(jìn)行預處理，但是系統的功耗與體積均較大；采用高分辨率A／D轉換器，以降低對預處理電路的要求，如文獻中采用高精度的ADS12 58轉換器對腦電信號進(jìn)行模／數轉換。在無(wú)線(xiàn)數據傳輸方面，文獻中采用無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊CC2500，但其兼容性不強；文獻中采用無(wú)線(xiàn)收發(fā)器ADF 7020，但其為低IFISM頻段收發(fā)器，適用于無(wú)線(xiàn)遙感技術(shù)；文獻中采用藍牙模塊，但其通信速率較低，且傳輸距離較短。
本文設計的腦電信號采集與傳輸系統，在采用TI公司的一款高精度、低功耗、低噪聲的8通道24位模／數轉換器ADS1298直接對腦電信號進(jìn)行放大及模／數轉換的同時(shí)，又采用Gain Span公司的超低功耗無(wú)線(xiàn)芯片GS1011對腦電信號進(jìn)行遠距離WiFi無(wú)線(xiàn)傳輸，不僅減小了系統的體積，還能最大限度的降低功耗。

1 系統技術(shù)指標及硬件設計
1．1 系統技術(shù)指標
腦電信號是一種非常微弱的生理信號，其幅度一般為0．001～0．1 mV，頻率一般為0．5～40 Hz，被電極引出時(shí)還會(huì )帶有很多的噪聲，如肌電干擾、50 Hz工頻干擾等。所以要求系統具有高共模抑制比、高輸入阻抗，還能抑制工頻信號。
本系統的技術(shù)指標如下所示：
(1)采樣通道數目：8通道差分輸入；
(2)每通道A／D轉換速率：8 KSPS；
(3)ADC分辨率：24 b；
(4)傳輸速度>1 Mb／s。
1．2 系統結構
從本質(zhì)上講，本文設計的腦電信號無(wú)線(xiàn)采集與傳輸系統是一個(gè)網(wǎng)絡(luò )化的分布式嵌入式系統。該系統主要是由MSP430主控制模塊、GS1011處理發(fā)送模塊、ADS1298信號采集模塊3部分組成，其體系結構如圖1所示。

從上圖可以看出，MSP430主控制模塊負責整個(gè)信號采集與傳輸系統的運行與操作，并且存儲和處理接收到的數據；信號采集模塊負責實(shí)現腦電信號的濾波及模／數轉換；GS1011處理發(fā)送模塊負責對數字化的腦電信號進(jìn)行打包處理，并選擇相應的網(wǎng)絡(luò )傳輸協(xié)議，將數據包發(fā)送給附近的AP，再由AP發(fā)送給控制臺進(jìn)行分析處理。