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１１２· 《测控技术）２０１６年第 ３５卷第 ７期
基于 ＡＲＭ的脑机交互信号采集 系统设计
段 凯文 ，杨帮华 ，张 桃 ，张永怀
（１．上海大学 机 电工程 与 自动化学院 ，上海 ２０００７２；２．上海 申渭 电子科技有 限公 司 ，上海 ２００４４４）
摘要 ：在脑机交互（ＢＣＩ）中，基 于 ＡＲＭ 以太 网接 口设计 了脑 电信号采集 系统 ，主要 由以太 网控制 器、
ＡＲＭ 处理 器、ＬＣＤ液 晶触摸屏组 成。 以太网控 制器 实时接 收 ＥＥＧ信号处理 器通 过以 太网发 送来 的脑
电数据包 ，然后通过 ＳＰＩ接 口将数据 包送到 ＡＲＭ 处理器 内部，接收 完毕后 ＡＲＭ 处理器将 数据 包层层解
封 ，最终得到脑电数据 ，进而可对脑电数据进行进一步处理 ，同时通过 ＬＣＤ液晶屏 实时显示脑电图。相
对于以电脑为中心的传统脑机交互信号采集 系统 ，该 系统具有体积小、能耗低 、携 带方便和 实用化强等
优点。试验证明，脑 电信号的采集以及一些简单的信号处理可以在该 系统 中很好地 实现。更 多的信 号
处理正在进一步的试验 中。本设计将逐步代替 电脑 ，成为脑电信号采集和处理的中心，为脑机交互技术
的 实际应 用提供 可 能 ，促 进脑 机 交互研 究向 小型 化 ，产品 化 方向发展 。
关 键词 ：脑 机 交互 ；ＡＲＭ 处 理 器 ；以太 网控 制 器 ；ＴＣＰ／ＩＰ通 信协议 ；ＬＣＤ
中图分类号：ＴＰ３３６；ＴＰ３６８ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０００—８８２９（２０１６）０７—０１１２—０４
Ｓｉｇｎａｌ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｂｒａｉｎ Ｃｏｍ ｐｕｔｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＲＭ
ＤＵＡＮ Ｋａｉ—ｗｅｎ ，ＹＡＮＧ Ｂａｎｇ—ｈｕａ 一，ＺＨＡＮＧ Ｔａｏ ，ＺＨＡＮＧ Ｙｏｎｇ．ｈｕａｉ
（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｅｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００７２，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｓｈｅｎｗｅｉ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００４４４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ ａ ＢＣＩ（ｂｒａｉｎ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ），ａｎ ｅｌｅｃｔｒｏｅｎｃｅｐｈａｌｏｇｒａｍ （ＥＥＧ）ｓｉｇｎａｌ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ
ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＲＭ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｍａｉｎｌｙ ｃｏｎｓｉｓｔｓ ｏｆ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ＡＲＭ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ａｎｄ
ＬＣＤ ｔｏｕｃｈ—ｓｃｒｅｅｎ．Ｅｔｈｅｍ ｅｔ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｆｉｒｓｔｌｙ ｒｅｃｅｉｖｅｓ ａ ｐａｃｋｅｔ ｔｈａｔ ｃｏｎｔａｉｎｓ ｔｈｅ ＥＥＧ ｄａｔａ ｉｎ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｖｉａ ａ
ｎｅｔｗｏｒｋ ｃａｂｌｅ ｉｎ ＴＣＰ／ＩＰ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｆｏｒｍａｔ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｐａｃｋｅｔ ｗｉｌｌ ｂｅ ｓｅｎｔ ｔｏ ＡＲＭ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｔｈｒｏｕｇｈ ＳＰＩ．Ａｆｔｅｒ
ｔｈａｔ，ｉｔ ｗｉｌｌ ｒｅｏｐｅｎ ｔｈｅ ｐａｃｋｅｔ ｌａｙｅｒ ｂｙ ｌａｙｅｒ ｕｎｔｉｌ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｄ ＥＥＧ ｄａｔａ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ＥＥＧ ｄａｔａ
ｃａｎ ｂｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｄｉｓｐｌａｙｅｄ ｉｎ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｖｉａ ｔｈｅ ＬＣＤ ｓｃｒｅｅｎ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｓｉｇｎａｌ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ
ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ＢＣＩ，ｗｈｉｃｈ ｔａｋｅｓ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｓ ｔｈｅ ｃｅｎｔｅｒ，ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｓｍａｌｌ ｓｉｚｅ，ｌｏｗ
ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｅａｓｙ ｔｏ ｃａｒｒｙ ａｎｄ ｇｏｏｄ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈｅ ｓｉｇｎａｌ ａｃ·
ｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｏｍｅ ｓｉｇｎａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｃａｎ ｂｅ ｗｅｌｌ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ．Ｍｏｒｅ ｓｉｇｎａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｓ ｆｕｒｔｈｅｒ ｔｅｓｔ—
ｅｄ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｌｌ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｒｅｐｌａｃｅ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔｅｒ，ｂｅｃｏｍｅｓ ｔｈｅ ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ ｓｉｇｎａｌ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ
ＢＣＩ．Ｔｈ ｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｌｓｏ ｐｒｏｍｏｔｅｓ ＢＣＩ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｏ ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｂｒａｉｎ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ；ＡＲＭ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ；Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；ＴＣＰ／ＩＰ ｐｒｏｔｏｃｏｌ；ＬＣＤ
脑机交互（ＢＣＩ，ｂｒａｉｎ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）是一种全
新的人机接 口方式 ，是不依赖 于人脑正常输出通 路的
收稿 日期 ：２０１５—０７—０２
基金项 目：国家 自然科 学基 金 （３１１００７０９）；上 海市 浦江人 才计
划 （１４ＰＪ１４３１３００）；上海市 自然科 学基金项 目（１６ＺＲ１４２４２００）
作者简介 ：段凯文 （１９９１一 ），男，山东淄博人 ，硕 士研 究 生，主要
研究方向为脑机 接口、模 式识别与智能 系统；杨帮华 （１９７２一 ），
女 ，教授 ，博 士生导师，主要 研 究领域为脑机 接 口、模 式识别与
智能 系统 、信号 检 测与处理 。
脑 一机（计算机或控制设 备 ）通信系统…。ＢＣＩ是 由
人和机器构成的一个闭环系统 ，除人本身外 ，还包括脑
电信号（ＥＥＧ，ｅｌｅｃｔｒｏｅｎｃｅｐｈａｌｏｇｒａｍ）采集 、信号处理、接
口与控制设备三部分 。其 中，信号采集部分 负责收
集 ＥＥＧ信号并传送给 ＣＰＵ，是 ＢＣＩ系统 的首要环节 ，
也是本文研究 的重点 。信号处理部分完成脑电特征提
取 、特征选择和特征分类 ，这是 ＢＣＩ技术 的核心。
ＢＣＩ的出现 ，使得用人脑信号直接控制外部设备
的想法成为可能 ，它的一个重要用途是为那些 思维正
常但有严重运动障碍 的患者提供语言交流和环境控制
