基于混合脑机接口的学习评估系统研究

发布时间：2023-04-16 17:25

　　长久以来,在应试教育环境下,衡量一个学生学习效果的标准往往只有成绩,而注意力也是影响学生学习效果的重要因素,注意力不集中成为很多学生苦恼的问题。目前,在教育领域缺少可以反馈学生注意力的工具。将注意力检测技术应用到教育中,可以实时检测学习者注意力情况,为衡量学习效果提供了除成绩之外的第二种可靠维度。因此,本文设计了一种基于混合脑机接口的学习评估系统,该系统将注意力纳入学习效果评估中,主要包含了信号采集设备和英语单词学习系统两大部分。本文的主要工作如下:1)设计了单通道脑电信号采集设备,用于采集EEG和EOG信号,首先通过氯化银或水凝胶电极提取信号,其次进行仪表放大、低通滤波和后置放大,再通过ADC转换成为数字信号,最后由MCU对信号进行预处理并通过低功耗蓝牙发送到PC端。普通的信号采集设备体积过大难以携带,功耗过大造成可持续工作时间短。本文通过选用高度集成运放、内置2.4G无线收发器的MCU以及电路板多层布局,使该采集设备的大小仅为1.8cm×3.0cm,以低功耗蓝牙技术为通信协议,降低了设备的功耗,使设备可持续工作15.24小时。因此,该设备具有低成本、低功耗和便携性的优势。2)设计了...

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究的背景及意义
    1.2 国内外研究现状及挑战
        1.2.1 注意力检测国内外研究现状
        1.2.2 脑电采集装置国内外研究现状
    1.3 脑机接口系统介绍
        1.3.1 脑电信号概述
        1.3.2 脑机接口概述
    1.4 本文研究内容及创新点
第二章 基于混合脑机接口的学习评估系统理论研究
    2.1 学习评估系统结构和工作原理
    2.2 EEG信号处理方法
        2.2.1 预处理
        2.2.2 特征提取
        2.2.3 分类识别
    2.3 性能指标
        2.3.1 脑电采集主要性能指标
        2.3.2 系统性能指标
    2.4 本章小结
第三章 脑电信号采集装置的设计与实现
    3.1 整体硬件结构框图
    3.2 硬件电路设计
        3.2.1 电源电路设计
        3.2.2 USB和串口转换电路设计
        3.2.3 模拟电路设计
        3.2.4 微控制器电路设计
        3.2.5 天线设计
        3.2.6 系统板卡设计
    3.3 嵌入式软件设计
        3.3.1 无线协议选择与通信控制
        3.3.2 板卡I软件设计
        3.3.3 板卡II软件设计
    3.4 本章小结
第四章 PC端学习评估系统的设计与实现
    4.1 系统总体方案设计
        4.1.1 系统组成及功能介绍
        4.1.2 系统使用方法介绍
    4.2 系统实现
        4.2.1 图形用户界面设计
        4.2.2 系统软件设计
    4.3 系统方法
        4.3.1 刺激范式设计
        4.3.2 EOG信号检测
        4.3.3 注意力检测
        4.3.4 注意力样本评估
    4.4 本章小结
第五章 系统的测试及结果分析
    5.1 硬件性能参数测试及分析
        5.1.1 增益测试及结果分析
        5.1.2 共模抑制比测试及结果分析
        5.1.3 噪声测试及结果分析
        5.1.4 功耗测试及结果分析
        5.1.5 通信距离测试及结果分析
    5.2 系统实验设计
        5.2.1 实验一:EOG实验
        5.2.2 实验二:注意力检测实验
        5.2.3 实验三:系统性能测试实验
        5.2.4 实验四:可靠性实验
    5.3 实验结果及分析
        5.3.1 实验一:EOG实验结果
        5.3.2 实验二:注意力检测结果
        5.3.3 实验三:系统性能测试结果
        5.3.4 实验四:可靠性实验结果
    5.4 本章小结
总结与展望
    总结
    展望
攻读硕士学位期间取得的研究成果
参考文献
致谢
附件



本文编号：3791545