【摘要】本项目是生物信息科学和电子学的有机结合，是生物医学电子学的热点研究领域，借助于生物学的理论和技术，综合应用电子学有关工程技术的理论和方法，着重对脑电信号的采集和信息处理进行深入的研究。通过放在人体头部的电极提取用户的脑电信号，并进行放大滤波和模数转换，采用现代数字信号处理技术对EEG信号进行预处理，提供给顶层应用一个比较理想的数字信号。
【关键词】脑电信号；放大滤波；模数转换；数字信号
脑机接口是在人脑与计算机或其它电子设备之间建立的直接的交流和控制通道，基于大脑功能的电生理测量，而不依赖于外周神经和肌肉组织这些常规的人脑信息输出通道，实现人与外界信息交流和控制的全新通讯系统，这可以有效增强身体严重残疾的患者与外界交流或控制外部环境的能力，以提高患者的生活质量。其次，脑机接口的研究将为这些思维正常但运动功能障碍的人提供一种新型的弥补功能和对外信息交流手段。增强他们的生活自理能力，提高他们的生活质量，降低社会成本，减轻家人和社会的负担。
本文设计的主要内容有如下几个方面：
（1）脑电信息检测
在生物信息检测系统的研究中，对微弱生物电信号的高保真采集，包括高灵敏度的脑电传感器的设计，信号的放大、滤波、模数转换。
（2）脑电信号处理
脑电信号的主要特点是随机性和噪声背景都比较强，非稳态时变信号，信号的统计特性随时间而变，而且具有随机性和非先验性。必须结合高效的处理算法对所采集到的信号进行辨认、分析、归类、解码、和存储，研究脑神经回路网络的特有结构，研究信息编码、整合、传递、调节和分析处理机制。
1.测量电路设计
测量电路由信号调理电路及二级放大电路两部分组成，信号调理电路主要是消除共模干扰，对微弱小信号进行滤波；二级放大电路主要是对微弱小信号进行放、电压抬升、信号传输。
1.1 信号调理电路的设计
信号调理电路主要包括一级放大，滤波（带通、50Hz陷波电路）
脑电信号频带主要集中在0.05Hz-100Hz，所以带通滤波器设计在0.03Hz-110Hz以滤除脑电信号频带以外的信号频带。带通滤波由高通滤波和低通滤波组成，电路采用OP系列运放芯片，具有低偏置电压，高开环增益，高精度低功耗等特点，电路如图1所示。
50Hz陷波电路由一个双运放低噪声，低输入的运算放大器构成，此电路对50Hz的工频有一定的衰减，其电路如图2所示。
一级放大电路如图3所示。
1.2 二级放大电路设计
这部分电路主要由电压抬升电路设计和AD转换电路组成。
二级放大电路的放大倍数为10，电压抬升电路由一个OP放大器和一个抬压基准构成，其电路如图4所示。
2.控制部分设计
2.1 控制器选型
系统控制芯片选用STM32F103系列32位基于ARM Cortex–M3内核的增强型微控制器，工作频率为72MHz，具有单周期乘法指令和硬件除法指令，内置高速存储器，丰富的增强I/O端口和链接到两条APB总线的外设。该内核是专为实现系统高性能与低功耗并存而设计的，同时它足够低廉的价格相当有竞争力。
2.2 软件设计
软件采用功能模块化设计方法，通过分析，可以得到控制系统主程序的软件流程图，如图5所示。
3.结束语
本文设计的对于脑机接口前端预处理系统，对帮助思维正常但运动功能障碍的人提供一种新型的弥补功能和对外信息交流有着非常重要的意义。经试验证明，文中设计的脑机接口前端预处理系统能够得到临床上有价值的数据，为脑电信号的后续处理提供了可靠的保证。
参考文献
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