微型化低功耗脑电信号采集与无线传输设备制造技术

本发明专利技术公开了一种微型化低功耗脑电信号采集与无线传输设备。该设备包括脑电信号采集模块、存储显示模块和无线充电模块；脑电信号采集模块通过针状电极单元采集脑电信号，将该脑电信号发送给信号调理电路单元进行放大和滤波处理，并将经过信号调理电路单元处理后的信号通过第一DA14580蓝牙无线传输单元输出至存储显示模块；存储显示模块通过第二DA14580蓝牙无线传输单元接收第一DA14580蓝牙无线传输单元输出的信号，将该信号存储到第一SD卡单元，并通过STM32F103RCT6微处理器单元对该信号进行数字滤波，以将经过数字滤波后的信号存储到第二SD卡单元，最后通过LCD显示屏单元显示出来。

Miniaturized low-power EEG acquisition and wireless transmission equipment

The invention discloses a miniaturized low-power EEG acquisition and wireless transmission device. The equipment includes the EEG signal acquisition module, storage display module and wireless charging module; EEG signal acquisition module through the needle electrode unit collects the EEG, the EEG signal is sent to the signal conditioning circuit unit for amplifying and filtering processing, and signal conditioning circuit unit after treated by the first DA14580 Bluetooth the wireless transmission unit is output to the display module storage; storage display module receives the first DA14580 signal output unit via Bluetooth wireless transmission second DA14580 Bluetooth wireless transmission unit, the signal is stored in the SD card through STM32F103RCT6 and the first unit, microprocessor unit for digital filtering of the signal, to digitally filtered signal stored in the SD card unit second finally, through the LCD display screen display unit.

【技术实现步骤摘要】
微型化低功耗脑电信号采集与无线传输设备
本专利技术涉及脑电信号采集技术，具体涉及一种微型化低功耗脑电信号采集与无线传输设备。
技术介绍
脑电信号EEG(Electroencephalogram)的采集和研究为人类获取脑部信息、治疗脑部疾病、帮助残障人士的日常生活等各个领域的研究提供依据和基础，而且对临床医学、认知神经科学、脑科学和信息学等各类学科也有着深远的意义和影响。采集和研究动物脑电信号是人们进行脑科学研究常用的手段，因此，针对于动物脑电信号采集设备一直以来也是人们研究的热点。脑电信号主要频率在0.5～100Hz，信号幅值范围为5～300μV。由于μV级脑电信号相当微弱，很容易被mV级外界干扰和内部噪声所淹没。因此，微弱脑电信号采集过程中要保证足够高的信号增益前提下有效地抑制外界干扰，而且对脑电采集设备体积、功耗和传输方式等方面也有很高的要求。随着人类对脑电信号的研究逐步加深，能够记录实验动物脑电信号的仪器仪表也越来越多。IyadObeid等人于2004年记录清醒状态下猕猴的单个神经元活动。目前生物脑电有线方式测量精度相对较高，但由于限制了动物的运动范围，测量过程中可能会发生导线缠绕或者被动物撕咬等情况。无线方式可使动物活动范围变大，但采集器受到了测量精度、带宽、体积、重量和电池供电时间等因素的制约。目前，国外脑电信号采集技术已经相当成熟，已生产多套完整的脑电采集系统。例如美国EGI公司、Neuroscan公司、德国BrainProducts公司等生产的脑电采集系统精度最高可达到24nV，共模抑制比高达110dB。但是它们的价格非常昂贵，都在30万人民币左右，而且体积和功耗都比较大。为了在保证系统高性能的前提下尽可能地降低功耗和体积，多年来各个研究团队或个人都在进行不懈的努力。例如Hoof团队在2006年设计了信号采集芯片，在单端3V供电时功耗大约为300μW。2011年该团队设计了一款应用在体征信号采集中的低电压、低功耗的连续时间Sigma-DeltaADC，芯片以1.4V供电，功耗仅为13.3μW，但是尚未集成无线传输的功能。
技术实现思路
在下文中给出了关于本专利技术的简要概述，以便提供关于本专利技术的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本专利技术的穷举性概述。它并不是意图确定本专利技术的关键或重要部分，也不是意图限定本专利技术的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。鉴于此，本专利技术提供了一种微型化低功耗脑电信号采集与无线传输设备，以至少解决现有的脑电信号采集技术存在的限制受测体活动范围、体积大和功耗大的问题。根据本专利技术的一个方面，提供了一种微型化低功耗脑电信号采集与无线传输设备，微型化低功耗脑电信号采集与无线传输设备包括脑电信号采集模块、存储显示模块和无线充电模块，无线充电模块用于对脑电信号采集模块和存储显示模块进行无线充电；脑电信号采集模块包括针状电极单元、信号调理电路单元、第一DA14580蓝牙无线传输单元和第一电源电路单元；存储显示模块包括STM32F103RCT6微处理器单元、第一SD卡单元、第二SD卡单元、第二DA14580蓝牙无线传输单元、LCD显示屏单元和第二电源电路单元；脑电信号采集模块用于通过针状电极单元采集脑电信号，将该脑电信号发送给信号调理电路单元进行放大和滤波处理，并将经过信号调理电路单元处理后的信号通过第一DA14580蓝牙无线传输单元输出至存储显示模块；其中，第一电源电路单元用于对信号调理电路单元和第一DA14580蓝牙无线传输单元供电；存储显示模块用于通过第二DA14580蓝牙无线传输单元接收第一DA14580蓝牙无线传输单元输出的信号，将该信号存储到第一SD卡单元，并通过STM32F103RCT6微处理器单元对该信号进行数字滤波，以将经过数字滤波后的信号存储到第二SD卡单元，通过LCD显示屏单元显示出来，其中，第二电源电路单元用于对STM32F103RCT6微处理器单元、第一SD卡单元、第二SD卡单元、第二DA14580蓝牙无线传输单元和LCD显示屏单元供电。进一步地，第一DA14580蓝牙无线传输单元和第二DA14580蓝牙无线传输单元的结构相同；其中，第一DA14580蓝牙无线传输单元采用DA14580芯片作为核心处理器件，DA14580芯片集成有ARMM0内核、A/D转换模块和蓝牙无线传输模块，其中，DA14580芯片的22脚接收来至信号调理电路单元处理过脑电信号，经过A/D之后通过自身集成的蓝牙无线传输模块传输至存储显示模块；DA14580芯片的35脚经由第二电感L2连接2.4G蓝牙天线及第一电容的一端，第一电容的另一端接地；DA14580芯片的35脚还与第二电容的一端相连接，第二电容的另一端接地；DA14580芯片的11脚和12脚外接一个32.768KHz的晶振来为DA14580芯片内部的实时时钟提供时钟频率；DA14580芯片的29脚和30脚外接16MHz高速晶振来为DA14580芯片提供时钟；DA14580芯片的17脚是该芯片的复位引脚，且复位引脚连接复位按键，复位按键连接在第六电容的两端，DA14580芯片的14脚连接第六电容的一端，第六电容的另一端连接第六电阻后接地；DA14580芯片的14脚还连接第七电阻的一端和第八电阻的一端，第七电阻的另一端连接DA14580芯片的27脚，而第八电阻的另一端连接DA14580芯片的28脚；第一电感和第七电容串联后连接于DA14580芯片的21脚与地之间；DA14580芯片的3脚连接USB_8P芯片的7脚，DA14580芯片的26脚连接USB_8P芯片的6脚，DA14580芯片的6脚连接USB_8P芯片的5脚，DA14580芯片的25脚连接USB_8P芯片的4脚，DA14580芯片的14脚连接USB_8P芯片的2脚，DA14580芯片的14脚和15脚连接第八电容的一端和第九电容的一端，第八电容的另一端和第九电容的另一端连接DA14580芯片的16脚并且接地。进一步地，信号调理电路单元包括电极状态检测电路、无源滤波电路、一级放大电路、二级放大电路、低通滤波电路、驱动电路、抑制工频干扰电路和电平抬升电路；电极状态检测电路用于对针状电极单元的连接状态的检测，电极状态检测电路包括有源低通滤波器，用于滤除针状电极单元采集到的脑电信号中的高频分量；无源滤波电路、一级放大电路、二级放大电路、低通滤波电路分别用于对脑电信号进行无源滤波、一级放大、二级放大以及低通滤波处理；驱动电路和抑制工频干扰电路用于对该脑电信号进行工频干扰抑制和去噪；电平抬升电路用于对发送给第一DA14580蓝牙无线传输单元的信号进行电平抬升，为使有效的信号能够全部进入到DA14580芯片(U1)内部的模数转换器。进一步地，一级放大电路采用INA102芯片实现1000倍的的放大倍率，其共模抑制比大于或等于90dB，输入阻抗达1010Ω；其中，INA102芯片的4脚连接7脚，5脚连接6脚；INA102芯片的14脚和15脚作为输入端，接收经过无源滤波电路处理过后的脑电信号；INA102芯片的12脚接+15V直流电压，9脚接-15V直流电压，10脚接地；INA102芯片的11脚连接第三电容的一端；第三电容的另一端作为输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
微型化低功耗脑电信号采集与无线传输设备，其特征在于，所述微型化低功耗脑电信号采集与无线传输设备包括脑电信号采集模块(1)、存储显示模块(2)和无线充电模块(3)，所述无线充电模块(3)用于对所述脑电信号采集模块(1)和所述存储显示模块(2)进行无线充电；所述脑电信号采集模块(1)包括针状电极单元(11)、信号调理电路单元(12)、第一DA14580蓝牙无线传输单元(13)和第一电源电路单元(14)；所述存储显示模块(2)包括STM32F103RCT6微处理器单元(21)、第一SD卡单元(22)、第二SD卡单元(23)、第二DA14580蓝牙无线传输单元(24)、LCD显示屏单元(25)和第二电源电路单元(26)；所述脑电信号采集模块(1)用于通过所述针状电极单元(11)采集脑电信号，将该脑电信号发送给所述信号调理电路单元(12)进行放大和滤波处理，并将经过所述信号调理电路单元(12)处理后的信号通过所述第一DA14580蓝牙无线传输单元(13)输出至存储显示模块(2)；其中，所述第一电源电路单元(14)用于对所述信号调理电路单元(12)和第一DA14580蓝牙无线传输单元(13)供电；所述存储显示模块(2)用于通过所述第二DA14580蓝牙无线传输单元(24)接收所述第一DA14580蓝牙无线传输单元(13)输出的信号，将该信号存储到第一SD卡单元(22)，并通过所述STM32F103RCT6微处理器单元(21)对该信号进行数字滤波，以将经过所述数字滤波后的信号存储到第二SD卡单元(23)，通过所述LCD显示屏单元(24)显示出来，其中，所述第二电源电路单元(26)用于对所述STM32F103RCT6微处理器单元(21)、所述第一SD卡单元(22)、第二SD卡单元(23)、所述第二DA14580蓝牙无线传输单元(24)和所述LCD显示屏单元(25)供电。...

【技术特征摘要】
1.微型化低功耗脑电信号采集与无线传输设备，其特征在于，所述微型化低功耗脑电信号采集与无线传输设备包括脑电信号采集模块(1)、存储显示模块(2)和无线充电模块(3)，所述无线充电模块(3)用于对所述脑电信号采集模块(1)和所述存储显示模块(2)进行无线充电；所述脑电信号采集模块(1)包括针状电极单元(11)、信号调理电路单元(12)、第一DA14580蓝牙无线传输单元(13)和第一电源电路单元(14)；所述存储显示模块(2)包括STM32F103RCT6微处理器单元(21)、第一SD卡单元(22)、第二SD卡单元(23)、第二DA14580蓝牙无线传输单元(24)、LCD显示屏单元(25)和第二电源电路单元(26)；所述脑电信号采集模块(1)用于通过所述针状电极单元(11)采集脑电信号，将该脑电信号发送给所述信号调理电路单元(12)进行放大和滤波处理，并将经过所述信号调理电路单元(12)处理后的信号通过所述第一DA14580蓝牙无线传输单元(13)输出至存储显示模块(2)；其中，所述第一电源电路单元(14)用于对所述信号调理电路单元(12)和第一DA14580蓝牙无线传输单元(13)供电；所述存储显示模块(2)用于通过所述第二DA14580蓝牙无线传输单元(24)接收所述第一DA14580蓝牙无线传输单元(13)输出的信号，将该信号存储到第一SD卡单元(22)，并通过所述STM32F103RCT6微处理器单元(21)对该信号进行数字滤波，以将经过所述数字滤波后的信号存储到第二SD卡单元(23)，通过所述LCD显示屏单元(24)显示出来，其中，所述第二电源电路单元(26)用于对所述STM32F103RCT6微处理器单元(21)、所述第一SD卡单元(22)、第二SD卡单元(23)、所述第二DA14580蓝牙无线传输单元(24)和所述LCD显示屏单元(25)供电。2.根据权利要求1所述的微型化低功耗脑电信号采集与无线传输设备，其特征在于，所述第一DA14580蓝牙无线传输单元(13)和所述第二DA14580蓝牙无线传输单元(24)的结构相同；其中，所述第一DA14580蓝牙无线传输单元(13)采用DA14580芯片(U1)作为核心处理器件，所述DA14580芯片(U1)集成有ARMM0内核、A/D转换模块和蓝牙无线传输模块，其中，所述DA14580芯片(U1)的35脚经由第二电感(L2)连接2.4G蓝牙天线(A1)及第一电容(C83)的一端，第一电容(C83)的另一端接地；所述DA14580芯片(U1)的35脚还与第二电容(C89)的一端相连接，所述第二电容(C89)的另一端接地；所述DA14580芯片(U1)的11脚和12脚外接一个32.768KHz的晶振(CRY2)来为所述DA14580芯片(U1)内部的实时时钟提供时钟频率；所述DA14580芯片(U1)的29脚和30脚外接16MHz高速晶振(CRY1)来为所述DA14580芯片(U1)提供时钟；所述DA14580芯片(U1)的22脚接收来至信号调理电路单元(12)处理过脑电信号，经过A/D之后通过自身集成的蓝牙无线传输模块传输至存储显示模块(2)；所述DA14580芯片(U1)的17脚是该芯片的复位引脚，且所述复位引脚连接复位按键，所述复位按键连接在第六电容(C4)的两端，所述DA14580芯片(U1)的14脚连接所述第六电容(C4)的一端，所述第六电容(C4)的另一端连接第六电阻(R14)后接地；所述DA14580芯片(U1)的14脚还连接第七电阻(R15)的一端和第八电阻(R16)的一端，所述第七电阻(R15)的另一端连接所述DA14580芯片(U1)的27脚，而所述第八电阻(R16)的另一端连接所述DA14580芯片(U1)的28脚；第一电感(L1)和第七电容(C14)串联后连接于所述DA14580芯片(U1)的21脚与地之间；所述DA14580芯片(U1)的3脚连接USB_8P芯片(U5)的7脚，所述DA14580芯片(U1)的26脚连接所述USB_8P芯片(U5)的6脚，所述DA14580芯片(U1)的6脚连接所述USB_8P芯片(U5)的5脚，所述DA14580芯片(U1)的25脚连接所述USB_8P芯片(U5)的4脚，所述DA14580芯片(U1)的14脚连接所述USB_8P芯片(U5)的2脚；所述DA14580芯片(U1)的14脚和15脚连接第八电容(C16)的一端和第九电容(C17)的一端，所述第八电容(C16)的另一端和所述第九电容(C17)的另一端连接所述DA14580芯片(U1)的16脚并且接地。3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏，景永豪，邵明磊，李琳琳，王慧，梁超，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23