基于ADS1298與WiFi的腦電信號(hào)采集與傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　1.5 GS1011處理器模塊

　　系統(tǒng)選用超低功耗片上系統(tǒng)GS1011作為腦電信號(hào)的處理與發(fā)送模塊。GS1011是美國(guó)GainSpan公司生產(chǎn)的一款高集成度，超低功耗無(wú)線SoC芯片，它包括一個(gè)無(wú)線802.11、媒體訪問控制器(MAC)、基帶處理器、片上閃存，SRAM和一個(gè)應(yīng)用處理器，全部在單一封裝內(nèi)。GS1011芯片中包括2個(gè)32 b的ARM7處理器，其中一個(gè)為WLAN處理器(WLAN CPU)負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的WI-FI收發(fā)，另外一個(gè)為應(yīng)用處理器(Application CPU)，負(fù)責(zé)面向用戶的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。GS1011的芯片結(jié)構(gòu)如圖4所示。

　　GS1011芯片內(nèi)部集成有2.45 GHz射頻發(fā)射器，通信范圍室內(nèi)為50～70 m，室外大于200 m，射頻功率為9 dBm.該射頻發(fā)射器有2種不同的模式即內(nèi)部功率放大器和外部功率放大器，考慮到能耗和總體設(shè)計(jì)的復(fù)雜性等方面，本設(shè)計(jì)運(yùn)用內(nèi)部功率放大器來驅(qū)動(dòng)射頻對(duì)RF信號(hào)進(jìn)行發(fā)送，這樣可以有效地減少無(wú)線通信對(duì)外部器件的需求量。

　　2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　該系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括GS1011內(nèi)部ARM7處理器的應(yīng)用程序和MSP430的控制程序。

　　2.1 GS1011模塊控制應(yīng)用程序設(shè)計(jì)

　　GS1011模塊提供了通過SPI口傳輸控制命令和數(shù)據(jù)的接口協(xié)議，其內(nèi)部應(yīng)用程序是基于Green Hills公司開發(fā)的μVelOSity多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)并結(jié)合Gain Span公司提供的GS1011芯片功能接口軟件庫(kù)實(shí)現(xiàn)的，其內(nèi)部應(yīng)用程序流程圖如圖5所示。

　　GS1011啟動(dòng)后，首先判斷是否與指定的AP關(guān)聯(lián)，若未關(guān)聯(lián)，則重新對(duì)周圍的AP進(jìn)行掃描、連接、認(rèn)證。若已與指定的AP關(guān)聯(lián)，則開始讀取來自MSP430的腦電信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行打包處理，然后通過UDP協(xié)議發(fā)送給AP. 2.2 MSP430的控制程序設(shè)計(jì)MSP430F5529的控制程序設(shè)計(jì)包括2部分：(1)對(duì)ADS1298進(jìn)行控制，完成對(duì)腦電信號(hào)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換;(2)對(duì)GS1011進(jìn)行控制，完成對(duì)腦電信號(hào)的無(wú)線發(fā)送。

　　MSP430F5529程序流程圖如圖6所示。

　　MSP430F5529啟動(dòng)后，首先對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行配置，使其滿足SPI通信的要求，該系統(tǒng)中將SPI通信時(shí)鐘設(shè)置為2 MHz;然后對(duì)SPI模塊的接口進(jìn)行配置，其中，GS1011與USCI A中的SPI接口配對(duì)，MSP430F5529與USCI_B中的SPI接口配對(duì);對(duì)ADS1298的初始化是通過設(shè)置其寄存器來實(shí)現(xiàn)的，在本系統(tǒng)中，VREFP設(shè)定為2.4 V，PGA設(shè)定為2，采樣轉(zhuǎn)換速率為8 KSPS，8通道差分輸入信號(hào);喚醒GS1011，使其與指定的AP關(guān)聯(lián)，然后等待接收數(shù)據(jù);啟動(dòng)ADS1298并打開中斷，當(dāng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成之后，產(chǎn)生一個(gè)中斷給MSP430F5529，MSP430F5529便通過SPI讀取ADS1298寄存器中的數(shù)據(jù)，再通過SPI將數(shù)據(jù)發(fā)送給GS1011，然后等待下一個(gè)中斷的到來。

　　3結(jié)語(yǔ)

　　本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種體積小、接入方便、超低功耗的腦電信號(hào)采集與無(wú)線傳輸系統(tǒng)，選用MSP430系列單片機(jī)MSP430F5529作為主控制器，利用其自身的2個(gè)SPI模塊分別對(duì)ADS1298，GS1011進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)腦電信號(hào)的高精度采集及遠(yuǎn)距離的WiFi無(wú)線傳輸。本系統(tǒng)具有可復(fù)用、便攜、低功耗、高集成度的特點(diǎn)，適用于采集環(huán)境和條件經(jīng)常變化的場(chǎng)合，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。