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开放式脑机接口应用软件平台设计

2020-12-08阅读(1038)

开放式脑机接口应用软件平台设计

论文摘要

脑-机接口（Brain-computer Interface,BCI）系统能够在不依赖大脑的正常输出通路的情况下,实现大脑与计算机或其它电子设备的实时交流和直接相互作用。随着计算机和信号处理等技术的进步,BCI系统已经取得了许多成果,在系统性能等各方面也有显著的提高。但是,目前在研的脑-机接口系统大多数都不是开放式的,对系统内部的部分处理方式无法进行单独修改,系统的耦合程度较高,独立性较差,为使用时的需求更改带来不便。基于这个现状,本论文设计的开放式脑-机接口应用软件平台能够很好地解决耦合性问题和兼容性问题,并且能给功能需求的更改带来便利。在该开放式脑-机接口应用软件平台上可以实现多种脑-机接口系统的搭建,本论文在该平台上搭建了基于运动起始视觉诱发电位和基于稳态视觉诱发电位的脑-机接口系统。本论文的应用软件平台主要由硬件部分和软件部分构成,硬件部分为便携式两通道脑电采集系统,软件部分为基于Simulink的模块化搭建和基于Qt的界面化设计相结合。硬件部分和软件部分之间使用蓝牙进行通信,软件内部采用TCP网络协议进行通信,使得整个系统具有很好的设备兼容性。其中硬件部分的设计包含了脑电信号采集电路的设计和采集软件的设计。软件部分的设计主要为基于Simulink的数据传输模块、信号预处理模块、特征提取模块和模式分类模块的设计应用,以及通过Qt界面化设计实现刺激和反馈界面、信号采集与传输。为了验证该软件平台的性能,本论文对硬件部分和软件部分分别设计了验证实验,实验结果表明该软件平台的所有功能能够满足脑-机接口系统的搭建所需。最后,基于该软件平台搭建了基于运动起始视觉诱发电位和基于稳态视觉诱发电位的脑-机接口系统,并对两个脑-机接口系统进行了试验测试,测试表明两个系统均能满足实验应用的需求。

论文目录

  • 摘要
  • abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 课题背景及研究意义
  •   1.2 脑-机接口概述
  •     1.2.1 脑-机接口系统的构成框架
  •     1.2.2 脑-机接口的类型
  •   1.3 Simulink概述
  •   1.4 脑-机接口系统的国内外研究进展及现状
  •   1.5 本论文的主要工作内容
  •   1.6 本论文的结构安排
  • 第二章 系统整体方案
  •   2.1 脑电信号的基本原理
  •   2.2 系统框架
  •     2.2.1 便携式两通道脑电采集系统
  •     2.2.2 开放式脑-机接口软件平台
  •   2.3 本章小结
  • 第三章 便携式两通道脑电采集系统硬件与软件设计
  •   3.1 脑电信号采集电路设计
  •     3.1.1 模拟电路设计
  •     3.1.2 模数转换电路设计
  •     3.1.3 MCU控制电路与蓝牙电路设计
  •     3.1.4 电源电路设计
  •     3.1.5 接收器电路设计
  •   3.2 脑电信号采集软件设计
  •   3.3 脑电采集系统性能测试
  •     3.3.1 放大倍数测试
  •     3.3.2 共模抑制比测试
  •     3.3.3 噪声测试
  •     3.3.4 带宽测试
  •     3.3.5 蓝牙传输距离测试
  •   3.4 本章小结
  • 第四章 开放式脑-机接口应用软件平台的软件设计
  •   4.1 基于Simulink的脑-机接口软件平台设计
  •     4.1.1 数据接收模块设计
  •     4.1.2 数据预处理子系统设计
  •     4.1.3 特征提取模块设计
  •     4.1.4 模式分类模块设计
  •     4.1.5 数据传送模块设计
  •   4.2 Qt上位机程序设计
  •     4.2.1 信号采集程序设计
  •     4.2.2 刺激界面程序设计
  •     4.2.3 TCP数据传输程序设计
  •   4.3 应用软件平台的功能验证
  •     4.3.1 基于Simulink软件平台模块验证
  •     4.3.2 基于Qt上位机程序验证
  •   4.4 本章小结
  • 第五章 基于开放式软件平台的脑-机接口系统设计
  •   5.1 mVEP脑-机接口系统设计
  •     5.1.1 mVEP-BCI在线系统
  •     5.1.2 mVEP-BCI离线系统
  •     5.1.3 mVEP-BCI系统测试
  •   5.2 SSVEP脑-机接口系统设计
  •     5.2.1 SSVEP-BCI在线系统
  •     5.2.2 SSVEP-BCI离线系统
  •     5.2.3 SSVEP-BCI系统测试
  •   5.3 本章小结
  • 第六章 结论与展望
  •   6.1 总结
  •   6.2 展望
  • 致谢
  • 参考文献

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 任艳莉

    导师: 刘铁军

    关键词: 开放式,脑机接口,软件平台设计,脑电信号

    来源: 电子科技大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,医药卫生科技,信息科技

    专业: 生物学,生物医学工程,计算机软件及计算机应用

    单位: 电子科技大学

    分类号: TP311.52;R318

    总页数: 69

    文件大小: 4024K

    下载量: 91

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