基于混合型脑-机接口的护理床与家电集成控制系统研究、设计及实现

发布时间：2017-08-30 14:06

  本文关键词：基于混合型脑-机接口的护理床与家电集成控制系统研究、设计及实现

  更多相关文章： 脑-机接口 混合型BCI SSVEP P300 集成控制系统

【摘要】：脑-机接口(Brain-computer interface,BCI)是建立在人脑和计算机或其他电子设备之间的直接交流和控制通道,整个过程没有外周神经和肌肉的参与。患有严重运动障碍的病人(如肌萎缩侧索硬化、脊髓损伤等)可以通过BCI方式来实现对外部电子设备的控制。多项研究表明,混合型BCI相比单一脑电信号的BCI性能要好,如检测准确率、速度等均有提高。通常,一种混合型BCI是由两种或两种以上的BCI组成。本文提出了一种基于混合型BCI的护理床与家电集成控制系统。具体地说,一个基于稳态视觉诱发电位(Steady-State Visual Evoked Potential,SSVEP)和P300的异步脑电开关被用来打开/关闭集成控制系统,而基于P300的BCI用来选择护理床和家电的操作。这里,SSVEP和P300的结合是为了提高脑开关的性能,家电包括三盏电灯、一台空调、以及一台电视机。本文首先介绍研究内容的相关背景知识和研究意义,并阐述BCI技术的相关理论知识。基于SSVEP的BCI和基于P300的BCI的理论研究为本系统的实现提供理论基础。接下来,对本系统的硬件电路和软件设计进行详细介绍。在硬件电路设计方面,分别实现了以微控制器STM32F103为控制核心的主控制器、电灯控制器、空调控制器、以及电视机控制器。软件设计方面主要包括用户图形界面、SSVEP和P300的检测算法、控制命令发送、以及控制执行程序,上位机与主控制器的通信是采用串口方式来实现的。最后,八名健康受试者被邀参加实验1和实验2验证本系统的性能,其实验结果说明了本系统的稳定性和可靠性。在未来的工作中,我们将进一步完善空调和电视机的控制功能,扩展该系统,实现对更多的家电控制,如电动窗帘、音乐播放器等的集成控制。我们还将本系统应用于卧床的病人来进一步验证系统有效性,根据病人的需要完善该系统,并最终为病人服务。
【关键词】：脑-机接口 混合型BCI SSVEP P300 集成控制系统
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273;TH789
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 课题研究背景及意义9
• 1.2 国内外研究现状9-11
• 1.2.1 护理床的研究现状9-10
• 1.2.2 脑-机接口的研究现状10-11
• 1.3 脑电信号研究11-13
• 1.3.1 脑电信号概述11-12
• 1.3.2 脑电信号的分类12-13
• 1.4 脑-机接口（BCI）介绍13-16
• 1.4.1 BCI系统的基本原理及结构14-15
• 1.4.2 BCI的分类及其特点15-16
• 1.5 本文研究内容及章节安排16-18
• 第二章 基于SSVEP和P300的BCI研究18-29
• 2.1 SSVEP-BCI系统18-22
• 2.1.1 SSVEP信号概述18-19
• 2.1.2 SSVEP视觉刺激器19-20
• 2.1.3 基于MEC的频率识别算法20-22
• 2.2 P300-BCI系统22-26
• 2.2.1 P300信号概述22-23
• 2.2.2 P300视觉诱发范式23-25
• 2.2.3 基于SVM的特征分类算法25-26
• 2.3 混合型BCI系统26-28
• 2.3.1 混合型BCI系统简介26-27
• 2.3.2 本课题的混合型BCI系统简述27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 系统概述及硬件电路设计29-46
• 3.1 系统概述29-30
• 3.2 处理器选型及介绍30-31
• 3.3 基础电路模块31-36
• 3.3.1 电源电路设计32-33
• 3.3.2 下载/调试接口设计33
• 3.3.3 复位电路设计33-34
• 3.3.4 时钟电路设计34-35
• 3.3.5 无线数据传输模块接口设计35-36
• 3.4 主控制器36-39
• 3.4.1 USB转UART口通信电路设计36-38
• 3.4.2 护理床控制电路设计38-39
• 3.5 家电控制器39-44
• 3.5.1 电灯控制器电路设计40-42
• 3.5.2 空调控制器电路设计42-44
• 3.5.3 电视机控制器电路设计44
• 3.6 PCB设计总结44-45
• 3.7 本章小结45-46
• 第四章 系统软件设计46-58
• 4.1 软件开发环境简述46
• 4.2 上位机程序设计46-52
• 4.2.1 GUI模块软件设计47-49
• 4.2.2 EEG数据处理算法49-51
• 4.2.3 控制命令发送51-52
• 4.3 基于STM32的程序设计52-57
• 4.3.1 主控器程序设计53-54
• 4.3.2 电灯控制器程序设计54-55
• 4.3.3 空调控制器程序设计55-56
• 4.3.4 电视机控制器程序设计56-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第五章 系统的实现及测试58-65
• 5.1 系统的控制机理58
• 5.2 EEG数据采集系统58-59
• 5.3 实验与结果59-64
• 5.3.1 实验 1：护理床控制61-62
• 5.3.2 实验 2：家电控制62-63
• 5.3.3 实验结果分析及讨论63-64
• 5.4 本章小结64-65
• 总结与展望65-67
• 总结65-66
• 展望66-67
• 参考文献67-72
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果72-73
• 致谢73-74
• 附件74

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本文编号：759719