21196

۲۱۱۹۶

طراحي دستگاه ثبت EEG با الكترود فعال

كارشناسي ارشد

سيستم هاي الكترونيك ديجيتال

۹۵-۹۸

۱۳۹۸/۰۴/۳۱

دكتر ستار ميرزا كوچكي

برق

الكتروانسفالوگرام (EEG) دستگاهي براي اندازه گيري و ثبت فعاليت الكتريكي مغز است. داده‌هاي سيگنال EEG به عنوان منبعي براي تحليل عملكرد مغز انسان مورد استفاده قرار مي‌گيرند. هدف از اين مطالعه طراحي يك سيستم چند كاناله (8كانال همزمان) EEG مبتني بر سيستم‌هاي نهفته است. در اين پروژه بر خلاف روش‌هاي مرسوم كه ابتدا به تقويت سيگنال مغزي پرداخته و سپس با يك ADC با تفكيك‌پذيري پايين از آن نمونه برداري مي‌كنند، از يك ADC با رزولوشن بالا استفاده شده است تا مشكلات ناشي از تقويت مانند اضافه شدن نويز تقويت‌كنندگي و غيره جلوگيري به عمل آيد. همچنين با توجه به ضعيف بودن سيگنال‌هاي مغزي، نيازمند پياده‌سازي چندين طبقه فيلتر در سخت افزار است تا تاثير عوامل محيطي نظير برق شهر بر روي سيگنال اصلي به حداقل برسد، اما با توجه به تلورانس قطعات و افت ايجاد شده توسط طبقات فيلتر، بايد از فيلتر فعال استفاده شود. با وجود مزاياي فيلتر فعال، هرچه طبقات بيشتر شود، همزمان با رسيدن به پاسخ فركانسي مطلوب‌تر، به دليل افزايش تعداد قطعات الكترونيكي نويز سيستم افزايش مي‌يابد. براي حل اين مشكل نيز راهكار جايگزين پيشنهادي در اين پروژه حذف مراحل فيلتر سخت‌افزاري و انتقال آن به حوزه نرم‌افزار است. براي داشتن تغذيه مناسب و پايدار، تمهيدات لازم نظير استفاده از رگولاتورهاي با PSRR بالا در نظر گرفته شده است. براي داشتن حاشيه نويز مناسب، مسائل مربوط به EMI و غيره برد اصلي چهار لايه طراحي شده است. ارتباط دستگاه از طريق پورت USB و به صورت همزمان بلوتوث برقرار مي شود. در رايانه يك نرم افزار طراحي شده كه داده جمع آوري شده را فيلتر، نمايش و ذخيره‌سازي مي‌كند. براي صحت سنجي عملكرد دستگاه تست نويز ورودي دستگاه و نويز تغذيه انجام شده است. به كمك طراحي اصولي و رعايت نكات لازم سطح نويز بسيار عالي 3/0 ميكرو ولت به دست آمده است. به منظور آزمايش دستگاه جهت ثبت سيگنال‌هاي حياتي، ابتدا سيگنال قلبي (ECG) ثبت و سپس در زمينه سيگنال EEG باند فركانسي آلفا و سيگنال‌هاي حركت چشمي ثبت شده اند. كليد واژه‌ : الكتروانسفالوگرام، واسط مغز و رايانه، EEG، BCI.

1398/07/29

Design of EEG Data Logger with Active Electrode

7/21/2020 12:00:00 AM

Abstract: An electroencephalogram (EEG) is a device for measuring and recording the electrical activity of brain. The EEG data of signal can be used as a source of analysis for human brain function. The purpose of this study is to design a multi-channel (8 channels simultaneously) EEG system based on embedded systems. Unlike conventional methods, which initially focused on amplifying signal and then sampling it with a low resolution ADC, This project will be used with a high - resolution ADC to prevent problems arising from the amplification, such as amplifying noise and etc. Also, due to the weakness of the brain signals, we need to implement several filter stages in the hardware to minimize the impact of environmental factors such as city electricity on the main signal, However, due to the tolerance of the components and the drop generated by the filter stages, an active filter should be used. With the benefits of an active filter, the number of stages increases, although the frequency response is more favorable, But due to the increased number of electronic components, more noise is added to the system. To solve this problem, the alternative solution proposed in this project is the removal of hardware filtering steps and transferring it to the software domain. For proper and stable supply, necessary arrangements such as the use of high PSRR regulators are considered. For proper noise margin, EMI issues and etc., the board is designed in 4 layers. The device is connected via a USB port and also Bluetooth. For device verification input noise test and power supply noise test are done. Thanks to the principled design and observance of the guidelines, an excellent noise level of 0.3 μV is obtained. In order to test the device for recording vital signals, an ECG was first recorded and then in the field of EEG, alpha frequency band and eye movement signals recorded. Keywords: Electroencephalogram, Brain and Computer Interface, EEG, BCI.