《便携式脑电信号采集存储系统设计及相关技术研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《便携式脑电信号采集存储系统设计及相关技术研究（106页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、沪%0 1 8 r 京理 匕 大学硕 尸学位沦文 本文研究了 便携式的 脑电 数 据采集和 存储系 统即 脑电H o tte r 的 数据采样存储 部分的 一 种 方案 及其 具体系 统软、 硬 件实现. 涉及 到以 下几点内 容: 本文 详细介绍了C F 卡的 接口 和 A T A命令及 其具体D S P 汇 编代码的 编写; 详 尽的 介绍了F A T 1 6 和F A T 3 2 文件系 统的具 体 结 构， 以 及N 下 F S 文件 系统的 理 念和基本结 构。 方 胆设想将F A T 3 2 和F A 下 1 6 文件系 统应 用 到便携式的数据存储系统中，并详 细介绍了基于T I
2、 公司的下 M S 3 2 0 L F 2 4 0 7 A芯片D S P汇 编语言 的支持F A T 3 2 文件系统的软件实现。 本文之 环 开 究并提出了 基于A D C采样数 据流的 数 据压缩和加密算法， 并将其应用到实际的 数据采集和存储系统中 本 文还简单介绍了 脑电 信 号 的 特点和脑电 信号的临床医疗的 相关处理方法、比 较了市场上常见的各种基于F L A S H存 储芯片的 存储卡系。 由于在系统的 硬件、 软件的 设计中均考虑到了便 携式系统的低功耗的 要 求， 使系统各种功能特别是系 统耗电 量的 性能指标 均达到并超过设计要求。 系 统的 方案设计相当 新颖; 系 统
3、的 控制软件 分层次、 模块 进行 介绍， 思路清楚条 理 清晰。 为 便携式的数据采集存储系统提供了一个成功的设计参考范例。 在脑电数据采集和存储系统的开发中， 笔者负责系统的整体方案设计、硬件电路设计、 D S P系统控制软件设计、 P C机上的 脑波显示和处理应用软件的 编写以 及整机的调试与 测 试。 关键词:脑电信号 信号采集存储 A T A F A T 3 2 N F T S D S P 北京理工大学硕士学位论文 ABST R ACT A f e a s i b le p o rt a b le a n d lo w p o w e r c o n s u mp t io n r
4、e a l- t ime E E G ( e le c t r o e n c e p h a l o g r a p h ) s i g n a l a c q u is it i o n a n d s t o r a g e s y s t e m is d e s ig n e d i n t h is p a p e r . T h i s p a p e r d e s c r i b e s h o w t o r e a l iz e t h e s o f t w a r e a n d h a r d w a r e o f t h i s p o rt a b le r
5、e a l- t i me s i g n a l a c q u is it io n a n d s t o r a g e s y s t e m i n d e t a i l . T h e h a r d in t e r f a c e o f C o mp a c t F la s h C a r d a n d A T A c o mm a n d i s i n t r o d u c e d i n t h is p a p e r i n m o r e d e t a il . T h e s t r u c t u r e s o f F A T 1 6 a n d
6、 F A T 3 2 f il e s y s t e m a r e in t r o d u c e d i n t h is p a p e r a s w e l l a s t h e c o n c e p t i o n a n d b a s ic s t r u c t u re o f N T F S f i le s y s t e m. T h i s p a p e r a l s o d e s c r i b e s h o w t o r e a l iz e t h e e mb e d d e d s o f t w a r e s u p p o rt i
7、 n g F A T 3 2 a n d F A T 1 6 f i le s y s t e m b a s e d o n T M S 3 2 0 L F 2 4 0 7 A c h i p u s e d f o r s t o r a g e s y s t e m in s t e p b y s t e p . C o mp re s s i o n a n d e n c ryp t io n me a n s u s e d f o r t h e d a t a o f A D C s a mp l in g a re a ls o r e s e a rc h e d i
8、n t h is p a p e r . T h is p a p e r c o mp a re s s e v e r a l lo w p o w e r c o n s u mp t io n F la s h m e m o ry s t o r a g e c a t e g o r i e s i n t h e m a r k e t , a n d t h e c h a ra c t e r s o f E E G a re a ls o t o u c h e d i n t h is p a p e r a s w e ll a s m e a n s o f s i
9、g n a l p r o c e s s io n f o r me d i c a l t r e a t me n t . T h e h a r d w a re d e s i g n o f t h is p o r t a b l e s ig n a l a c q u is it io n a n d s t o r a g e s y s t e m a r e q u it e n o v e l . T h e s o f t w a r e a n d fi r m w a re t o c o n t r o l t h e w h o le s y s t e m
10、 a r e in t r o d u c e d b y h ie r a r c h ie s a n d mo d u le s , s o it is s u r e t h a t r e a d e r s c a n fi n d a o b v io u s s t r u c t u re o f t h e p a p e r . I t h i n k d e v e lo p e r s c a n fi n d a g o o d d e s i g n re f e re n c e f o r a p o r t a b l e a n d lo w p o w
11、e r c o n s u mp t i o n re a l- t i m e s i g n a l a c q u is it i o n a n d s t o r a g e s y s t e m i n t h i s p a p e r . K e y Wo r d s : E E G , s ig n a l a c q u i s it i o n a n d s t o r a g e , A T A , F A T 3 2 , N F T S , D S P 北京理工大学硕士学位论文 第一章 绪论 1 . ，便携式脑电信号采集存储系统一一 脑F W H o ft e e
12、 的研究意义 据卫生部信急 中心公布的 分类数 据统计， 早在 1 9 9 4年我国 居民 心脑血管的发病率、 致 残率 和死亡率都超过恶幽中 瘤居于榜首。 其中， 关于脑 血管疾病的剿页 统计表明，它己成 为 城市居民 第一 位的死亡 原因 ( 每十万人口 中 有1 2 9 .5 8 人死于此疾病) 。即 使在农村，rv 曲 L 管 疾病也成为主要死亡的原因之一 ，( 每十万人口中有， 0 4 .5 3 人死于 此疾病) 居第三位。每年 发生脑卒中约1 5 0万 例， 死亡约1 0 0 万人， 其生存者 绝大多数有后遗症。 在对脑血管疾病病 人的 诊断和 监护中， 需 要刘 病人的 脑电 信
13、号 进行 长时间的 记录， 以 提 供描 床数 据和诊断依 据。 目 前临 床体电 信号 采集及 检 测医 疗仪器比 较常见的 是功能完备的 微 机系统， 其记 录载体 主要 用的是 纸张和 磁带， 虽然能 较快的分 析和处 理 采集到的 脑电 信号， 但往往只能被固定 在病 房 里使用而且需要消耗大量的一次性存储载体如 纸张， 在移动的情况下显得笨重和不便。 便携的脑电翎言 号采集存储医疗设备可以 方便的 被病人携带， 在不会影响病人的日 常生 活的情况下能实现长达至少2 4小时的长时间 脑电 记录， 这样就育 部 哆 极大方便病人的 使用和 并减小监 护医 疗费用。 在国 外虽然 有便 携
14、式 体电 信号 采集相关产品， 但价格非常昂 贵， 其 使 用及购买费用给病人和医疗单 位带来相当的 经济负担。因此，此课题具有很强的 科学性和实 用性。 便携式脑电 信号采集存储系统也就是脑电H o ft e r应该具备体 积小、功耗低、 操作简单、 能够 进行长时间 海量信号采集 存储并且能 够 通过 P C计算机方便的 进行数 据下载或数据交 换，主要由前 端刁 唁号放大 器、 A I D转换器、 系统控未 蜓理器、数据存储载体、 控制和工作 状态 显 示 等 部 分 组 成。 其 实 现 的 技 术难 点 是 系 统的 功耗 和体 积的 限 制， 与P C计 算肠奎 接的 数据接口和数
15、据采集的实时性。 1 . 2本课题研究的具体内 容和课题来源 本课题来 源于北京3 0 1 医院;便携式脑电 信号采集的 组成框图如图1 . 1 所示，主要由前 端模拟小信号放大器、 A D C转换、系统控制处理器、 海量存储载体及其它外围接口、 控制等 北京理工大学硕士学位论文 器件构成。 整个系 统的 设计及实 现的 难点 在于 便携式的要求， 低 功耗设 计思 想是 整个系 统实 现的灵魂。 L C D / 系统工 作状态显示 系统控制/ 人机交互 海量数据存 储载体 系统核心控 制处理器 小信号放大 与P C 连 接控制芯 片 R A州 数据缓冲区 F L ASH 系统控制程序 P C
16、计算机 模 $ ,gm u 立进迁些鲤分 图1 . 1脑电信号采集存储系统的组成基本框图 本沦文主要研究了图1 . 1 所示的数字电路部分的系统方案设计和具体实现，研究的主要 内 容有: 1 、系统硬件器件选择和方案设计及硬件电 路的实现: 2 , C F 卡接口 和A T A命令二 3 , F A T 1 6 , F A T 3 2 和N T F S文件系统具体结构，以及基于，T I 公司的D S P 汇编语言的 支持F A T 3 2 文件系统的软件实现; 实时采集系统的 控制软件的构架和具体实现， 及阳氏 系统功耗的 软件设计; 流数据的压缩和加密。 主要创新点有: 功耗、 2 , 设 计了 基于T I 公 司丁 M S 3 2 0 L F 2 4 0 7 A D S P 和C o m p a ct F la s h 卡的 便携 式、 低 容量可变脑电等信号采集系统方案，并验证了该方案的可行性。 划旦 的将F A T 3 2 和 A T 1 6
