基于ADS1298與WiFi的腦電信號采集與傳輸系統設計
1.3 信號采集模塊
信號采集模塊由信號調理電路和ADS1298組成。圖2為信號調理電路,該部分由二階無源低通濾波和限幅電路組成,起到消除高頻干擾和過壓保護的作用。其中低通截止頻率為160 Hz,可通過電壓幅值范圍為±700 mV。本文引用地址:http://www.j9360.com/article/192777.htm
ADS1298芯片是TI公司設計的專門用于生物電位測量的低功耗、8通道、24位模擬前端。與普通的模/數轉換芯片相比,ADS1298更多的優勢在于其便攜性、緊湊性、低功耗性。該芯片的集成特性包括8路獨立的PGA和24 b ADC,右腿驅動電路以及電極檢測等,這些功能極大地方便了腦電信號和心電信號等生理信號采集系統的設計,使其所占用的組件數量與電路板尺寸比分立器件相比要降低95%,功耗也比分立器件降低95%左有,3 V供電時其最大功耗僅為9.5 mW。
ADS1298主要特性為:
(1)8個低噪音PGA和8個高分辨率ADC;
(2)采樣頻率為250 SPS~32 KSPS;
(3)可編程增益:1,2,3,4,6,8或者12;
(4)低功耗:每通道0.75 mW;
(5)串行外設接口(SPI)-兼容串口;
(6)內置右腿驅動放大器,檢測,WCT,PACE檢測,測試信號。
ADS1298的主要功能是通過控制其內部寄存器來實現的,如信號輸入模式、采樣速率、放大倍數等。在本系統中,ADS1298通過SPI與外部處理器進行通信,實現數據的同步收發。ADS1298的參考電壓可設置為2.4 V或4 V,因為它的分辨率為24 b,所以最低可分辨的電壓分別為0.286μF、0.477μF。而腦電信號的幅度一般為0.001~0.1 mV,所以在信號進入ADS1298之前不需要再經過放大處理,其自帶的放大模塊就能滿足要求,這樣就大大簡化了信號調理電路,極大地縮小了整體信號采集電路的面積和體積。
1.4 MSP430主控制模塊
系統選用MSP430F5529系列單片機作為主控制器。MSP430F5529具有比較豐富的片內外設,各個模塊運行完全是獨立的,包括定時器、輸入/輸出端口、看門狗、UART等都可以在主CPU休眠的狀態下獨立運行。
MSP430F5529含有2個通用串行通信接口(USCI)模塊,支持多種串行通信模式,如UART,IrDA,SPI,I2C。在本系統中,MSP430F5529利用SPI對ADS1298及GS1011進行控制以及數據的傳輸,控制電路如圖3所示。其中,MSP430工作于主模式下,ADS1298,GS1011均工作于從模式下。
1.5 GS1011處理器模塊
系統選用超低功耗片上系統GS1011作為腦電信號的處理與發送模塊。GS1011是美國GainSpan公司生產的一款高集成度,超低功耗無線SoC芯片,它包括一個無線802.11、媒體訪問控制器(MAC)、基帶處理器、片上閃存,SRAM和一個應用處理器,全部在單一封裝內。GS1011芯片中包括2個32 b的ARM7處理器,其中一個為WLAN處理器(WLAN CPU)負責網絡數據的WI-FI收發,另外一個為應用處理器(Application CPU),負責面向用戶的應用程序設計。GS1011的芯片結構如圖4所示。
GS1011芯片內部集成有2.45 GHz射頻發射器,通信范圍室內為50~70 m,室外大于200 m,射頻功率為9 dBm。該射頻發射器有2種不同的模式即內部功率放大器和外部功率放大器,考慮到能耗和總體設計的復雜性等方面,本設計運用內部功率放大器來驅動射頻對RF信號進行發送,這樣可以有效地減少無線通信對外部器件的需求量。
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