潘杰

摘要：可穿戴電生物信號(hào)采集系統(tǒng)能夠采集身體不同部位的電生物信號(hào)，通過(guò)傳感器來(lái)獲取電生物信號(hào)，將采集的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在記憶卡中，并以ZigBee無(wú)線傳輸?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)器件與軟件的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。波形通過(guò)控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理在客戶端顯示出來(lái)，對(duì)身體不同部位信號(hào)進(jìn)行采集并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：無(wú)線通信;傳感器;生物信號(hào)

中圖分類(lèi)號(hào)：TN402? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）25-0273-03

Abstract： Wearable electro-biological signal acquisition system can collect electro-biological signals from different parts of the body， acquire electro-biological signals through sensors， store the collected data in memory card， and realize real-time data transmission between devices and software by ZigBee wireless transmission. The waveform is displayed on the client through the real-time data processing of the controller， and the signals of different parts of the body are collected and analyzed.

Key words： wireless communication; Sensor; Biological signal

1 引言

大腦中不同的部位控制不同的身體活動(dòng)，大腦的頂部和后部分別控制著四肢運(yùn)動(dòng)和看、聽(tīng)、學(xué)、說(shuō)相關(guān)區(qū)域。腦電波信號(hào)是大腦傳輸命令的基礎(chǔ)，科學(xué)家一直在研究腦電波信號(hào)和人體的一切活動(dòng)之間存在的聯(lián)系。如果這種關(guān)系能夠通過(guò)采集人的腦電波信號(hào)把這些對(duì)應(yīng)的信號(hào)與活動(dòng)解析出來(lái)，那么就可以通過(guò)大腦的腦電波信號(hào)來(lái)通過(guò)數(shù)據(jù)分析輕松地實(shí)現(xiàn)人對(duì)身體以外事物的控制與操作[1]。人類(lèi)很多的疾病，都是由腦部損傷或者非正常發(fā)育造成的，當(dāng)通過(guò)傳感器收集了正常人的腦部活動(dòng)的控制系統(tǒng)，就可以通過(guò)監(jiān)測(cè)腦部的腦電波信號(hào)對(duì)腦部疾病患者進(jìn)行診斷和治療[2]。

2 系統(tǒng)的原理

對(duì)于腦電波、心電肌肉、心電、姿勢(shì)或身體動(dòng)作等電生物信號(hào)的發(fā)現(xiàn)，是經(jīng)過(guò)很多科學(xué)研究才發(fā)現(xiàn)的。隨著科學(xué)的發(fā)展越來(lái)越多的技術(shù)應(yīng)用于提取生物電信號(hào)設(shè)備的研究，本文研究的可穿戴采集生物電信號(hào)設(shè)備的原理圖如圖1所示。

本設(shè)備通過(guò)傳感器模塊獲取電生物信號(hào)，將采集的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在記憶卡，然后通過(guò)ZigBee（2.45GHz的）TDMA無(wú)線傳輸?shù)姆绞捷敵龅娇刂破鳎?jīng)過(guò)控制器對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理在電腦端顯示出實(shí)時(shí)的波形[3]。傳感器：用于測(cè)量ECG / EEG 、心電圖、肌電圖信號(hào)、截取運(yùn)動(dòng)和姿勢(shì)的活動(dòng)，以及去除環(huán)境的電磁污染（ EMP）。存儲(chǔ)器安裝在傳感器上后，進(jìn)行離線生理信號(hào)記錄超過(guò)11小時(shí)的情況下，高質(zhì)量的數(shù)據(jù)通過(guò)RF傳輸不會(huì)降低，連接設(shè)備后數(shù)據(jù)通過(guò)控制器傳到電腦?？刂破鬟B接到計(jì)算機(jī)的USB端口，用于聯(lián)機(jī)或者脫機(jī)的生理信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸和電池充電雙按鈕（正，負(fù)）和4個(gè)LED為簡(jiǎn)單的標(biāo)記和事件標(biāo)記LIR2032可充電鈕扣電池，完全充電后通常有大于48小時(shí)的使用時(shí)間有低功耗的ZigBee（2.45GHz的）TDMA無(wú)線信號(hào)傳輸?shù)慕换ナ綍?huì)話支持多傳感器、多控制器、時(shí)間同步操作[4]，必須是傳感器、存儲(chǔ)器、控制器都連接好的狀態(tài)。

3 系統(tǒng)主要功能

系統(tǒng)能夠和網(wǎng)上的開(kāi)源軟件進(jìn)行連接展示數(shù)據(jù)，所以你可以自由地存取、分析，歸檔和共享您自己的生物信號(hào)數(shù)據(jù)。設(shè)備包括主要由3個(gè)部件組成，傳感器、存儲(chǔ)器和控制器，加上各種配件方便生物型號(hào)的測(cè)量。穿戴設(shè)備可在聯(lián)機(jī)狀態(tài)（生物信號(hào)監(jiān)測(cè)、生物反饋訓(xùn)練、游戲等）使用，也可以在脫機(jī)記錄狀態(tài)（睡眠、冥想、運(yùn)動(dòng)、視頻或音樂(lè)活動(dòng)等）使用或兩種狀態(tài)一起使用。腦電波應(yīng)用技術(shù)也可以為殘障人士服務(wù)，例如用腦電波控制的智能輪椅等，只需要一個(gè)想法便可以改變輪椅的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)[5];腦電波應(yīng)用可以用于保護(hù)個(gè)人隱私方面，例如越來(lái)越多的建筑使用玻璃幕墻，其中的人員隱私有時(shí)得不到保障，此時(shí)緊緊通過(guò)一個(gè)“念頭”變能改變玻璃幕墻的透明度等等[6]。此設(shè)備的能夠?qū)崿F(xiàn)電生物信號(hào)采集數(shù)據(jù)和控制器之間實(shí)時(shí)傳輸。并且運(yùn)用ZigBee（2.45GHz的）TDMA無(wú)線通信技術(shù)可以進(jìn)行多傳感器的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，對(duì)身體不同部位的生物信號(hào)進(jìn)行處理展示相應(yīng)的波形。

4 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試

利用電生物傳感器對(duì)人體的電生物信號(hào)進(jìn)行采集的研究還處于研究階段，還沒(méi)有相當(dāng)完整的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，不同的研究人員采用不同的方法來(lái)獲取人體的電生物信號(hào)包括入侵式和非入侵式，本設(shè)備收集電生物信號(hào)采用的是非入侵式，只需要把傳感器設(shè)備穿戴到人體表面指定的位置便可以獲取不同的電生物信號(hào)。本次實(shí)驗(yàn)對(duì)象是6個(gè)人。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模豪每纱┐髟O(shè)備系統(tǒng)研究腦電波、心電、肌肉等電生物信號(hào)以及人體的姿勢(shì)。結(jié)合數(shù)據(jù)分析本設(shè)備的采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。

實(shí)驗(yàn)對(duì)象：隨機(jī)選取了4個(gè)男士，2個(gè)女士進(jìn)行測(cè)試。該組受測(cè)人員的年齡在20～25周歲之間，生活習(xí)慣良好，沒(méi)有參加過(guò)類(lèi)似的穿戴產(chǎn)品信號(hào)采集實(shí)驗(yàn)。自愿參加本次測(cè)試，在測(cè)試前沒(méi)有對(duì)測(cè)試目的進(jìn)行了解，沒(méi)有心理干擾因素。

實(shí)驗(yàn)環(huán)境：室內(nèi)，空間絕對(duì)安靜，溫濕度正常。

實(shí)驗(yàn)時(shí)間：每天午后課余時(shí)間，精神狀態(tài)飽滿，身體狀態(tài)正常。

（1）加速度計(jì)功能（XYZ頻道）測(cè)試