基于DSP的神奇人腦心智鍛煉機

四. 硬件描述：

a) 頭皮電極用鍍銀電極，使用前用鹽水浸泡。

電極放置方法：按國際10-20 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，兩個參考電極分別放置在左、右耳垂處，兩信號電極分別放置在O1、O2 位置，DRL 電極可以接在人體任何位置。

b) 腦電放大器：采用現(xiàn)代高阻儀表放大器做輸入的，總增益約20KV/V，另加屏蔽驅(qū)動電路和右腳驅(qū)動電路抑制50Hz 干擾，通頻帶1-30Hz。

c) A/D 之前的抗混疊濾波器采用8 階橢圓低通開關(guān)電容濾波器，截止頻率由時鐘頻率控制，DSP 中的內(nèi)置兩通道、八路12 位分辨率ADC,可配置成兩通道兩路同時采樣，最高采樣率達1.66Msps，ADC內(nèi)部最大時鐘頻率5MHz,8.5 個時鐘頻率即可完成單次轉(zhuǎn)換，具備與DSP 內(nèi)部TIMER 模塊、PWM 模塊及外部信號同步觸發(fā)功能，本系統(tǒng)就是利用TIMER 模塊的TC2、TC3 定時中斷并觸發(fā)ADC，對1—30Hz 的腦電信號進行采樣，采樣頻率為250Hz TIMER 提供精確50%占空比3.5K 時鐘，R＝1.5。兩路EEG 信號從AN0、AN4 輸入。

d) MotorolaDSP56805 內(nèi)部有16 個定時/計數(shù)器，可對內(nèi)/外部事件計數(shù)，及對外部輸入信號進行計時等基本功能，其中包括定頻/變頻脈沖輸出，由于腦電信號經(jīng)EEG 放大器放大后，須進行帶限處理，利用TIMER 模塊的TC0、TC1 提供8 階橢圓低通開關(guān)電容濾波器3.5KHz 的工作時鐘，截止頻率由時鐘頻率控制。Timer D 模塊分別輸出變頻方波，調(diào)節(jié)聲、光節(jié)率。

e) 128*64 像素的LCD 顯示器負(fù)責(zé)顯示功能菜單和EEG 頻譜對稱性圖，LCD 通過DSP 外部存儲器跟DSP連接，另加4 條GPIO 控制腳。

f) 鍵盤只有兩個按鍵，按左鍵滾動菜單項，右鍵選擇項，分別接IRQA 和IRQB 外部中斷。

g) 805 片內(nèi)串行通訊接口(SPI)可方便地將各種DSP 產(chǎn)生的音效算法輸出到外部DAC。

h) 利用片內(nèi)串行通訊接口(SCI)通過紅外數(shù)據(jù)接口設(shè)備(IRDA)與家用PC 通信，安全方便。

系統(tǒng)原理圖

五. 軟件描述

a) 由于要求從原始腦電信號中提取出7 個頻段的信號功率，無相位要求，故采用以下指標(biāo)的7 個IIR數(shù)字帶通濾波器。

0.8 – 2.9 Hz, 通帶波紋1.0dB, 阻帶衰減 46dB。

3.2 – 5.0 Hz, 通帶波紋1.0dB, 阻帶衰減48dB

5.3 – 7.8 Hz, 通帶波紋1.0dB, 阻帶衰減48dB

8.2 – 10.8 Hz, 通帶波紋1.0dB, 阻帶衰減48dB

11.3 – 14.8 Hz, 通帶波紋0.5dB, 阻帶衰減48dB

15.3 – 18.0 Hz, 通帶波紋0.5dB, 阻帶衰減50dB

24.5 – 34.0 Hz, 通帶波紋0.1dB, 阻帶衰減44dB (53dB @ 50Hz)

b) 每通道128 點FFT 計算，并在LCD 上顯示左右腦半球的EEG 頻譜對比圖(即腦頻譜鏡),重疊比4:1,即每0.25 秒計算更新一次。

c) 在腦波反饋模式中(EEG)，電子儀器通過頭皮電極實時地拾取出腦波信號，并通過特殊的音效反饋給入靜者，使其通過自身的心理調(diào)整，更加接近目標(biāo)狀態(tài)。每通道獨立進行α、β、θ三頻段數(shù)字帶通濾波，濾波輸出后進行相應(yīng)的頻段幅度比計算，再根據(jù)相應(yīng)的比值控制可變頻方波發(fā)生器輸出，驅(qū)動音頻。

軟件描述

d) 在聲光模式時，通過用戶設(shè)定，儀器根據(jù)特定的生理節(jié)律，以音效、閃光的形式產(chǎn)生誘導(dǎo)刺激。通過一個8 段序列發(fā)生器，產(chǎn)生一個純正弦波和背景粉紅噪音，調(diào)制聲、光輸出。聲音基調(diào)、振動頻率、左右耳聲音強度、粉紅背景音強度、聲音段長度和時間段長度等都可由用戶自定義調(diào)節(jié)。每個預(yù)設(shè)值均有一個獨立的用戶可編程音調(diào)，而且增加了9 個預(yù)置節(jié)拍頻率值。本功能正是采用正弦調(diào)制信號以聲光形式對主體的腦電進行誘導(dǎo)，使之產(chǎn)生‘腦皮層共振’現(xiàn)象。

軟件描述

e) 在閉環(huán)牽引模式時，腦波反饋模式與聲光誘導(dǎo)模式，同時作用于受試者，使聲光誘導(dǎo)可根據(jù)腦波的狀態(tài)自動調(diào)節(jié)，大大緩和腦波狀態(tài)，自我調(diào)節(jié)更有效。是一種頻率牽引效應(yīng)，使受測者在知道自己狀態(tài)的同時，被引導(dǎo)仍向目標(biāo)頻率的腦波狀態(tài)靠近，且知道靠近了多少。反饋短促且間隔較長的音頻信號。從生物反饋技術(shù)來看，是把人腦不能感知的生理信號通過電子儀器提取、轉(zhuǎn)化為聲、光信號反饋給使用者，通過自身的心理調(diào)整，改變自身的生理狀態(tài)，其中，心理調(diào)整是依靠使用者心理有意識地、甚至強烈的愿望，然而，一些人，如兒童、小兒多動癥患者，精神渙散癥、精神、注意力難以集中、情緒易波動者等都需要借助有效機制的引導(dǎo)。以當(dāng)前的腦波信號根據(jù)所設(shè)目標(biāo)頻率，使調(diào)制光及聲響依照接近目標(biāo)的距離進行誘導(dǎo)，令受測者通過反饋信息不自覺地接近目標(biāo)。

軟件描述

程序初始化