التخصص: الهندسة الكهربائية

التخصص الدقيق: Vehicular Safety

المستخلص: تخطيط كهربية الدماغ (EEG) هو الأساس للعديد من تطبيقات واجهة كمبيوتر الدماغ (BCI) ، حيث يتم التقاط موجات الدماغ وتصفيتها وتحويلها إلى شكل رقمي وتحليلها. في هذا البحث نقدم تقريرًا عن تصميمنا وتنفيذنا لدائرة اكتساب EEG مزدوجة القناة عريضة النطاق مناسبة لمختلف تطبيقات واجهة الكمبيوتر في الدماغ (BCI). تشمل مزايا النظام المصمم عرض نطاق عريض يغطي الترددات من 0.2 إلى 171 هرتز ، وقناة مزدوجة ، وتردد أخذ العينات 2 كيلو هرتز ، والتحويل التناظري إلى الرقمي (ADC) ، والبساطة والتكلفة المنخفضة. تم تصميم دائرة الاستحواذ EEG المصممة لنظام سلامة المركبات BCI والنوم العميق وتطبيقات اكتشاف النعاس التي تعتمد على تحليل نطاقات التردد المنخفضة. ومع ذلك ، تقدم دائرة اكتساب EEG نطاقًا تردديًا واسعًا يجعل من الممكن تحليل موجات الدماغ غاما المرتبطة بالحالات الروحية والتركيز العالي للدماغ. بالمقارنة مع دوائر اكتساب EEG الأخرى التي تقتصر على 46 و 100 هرتز ، يوفر تصميمنا نطاقًا تردديًا أكبر ودقة أكبر لموجات الدماغ عالية التردد ، والتي تتيح التحليل الدقيق لإشارات جاما. تشتمل الدائرة المصممة على ناقل حركة المستوى والمحدد و ADC ، والتي يتم تشغيلها بواسطة مصفوفات البوابة القابلة للبرمجة الميدانية (FPGA). تم إنجاز وحدة الواجهة مع FPGA باستخدام آلة الحالة المحدودة (FSM) ، التي تدفع شريحة ADC وتقرأ بيانات EEG الرقمية إلى FPGA. يتم ضبط تردد أخذ العينات على 2 كيلو هرتز ، مما يتيح تحقيق أنظمة BCI عالية الجودة بما في ذلك التطبيقات السريرية. من خلال استخدام FPGA ، توفر دائرة الاستحواذ EEG المصممة ميزات DSP مرنة وقابلة للبرمجة ، ومعالجة سريعة ، وتوقيت دقيق ، ومعدل أخذ عينات ثابت ، واستهلاك منخفض للطاقة. لغات وصف الأجهزة (HDL) مثل VHDL و Verilog هي وسيلة لبرمجة وبناء وحدات DSP مختلفة داخل FPGA. DSP المتقدم وخوارزميات التحكم التي سيتم تنفيذها باستخدام VHDL / Verilog ، تم محاكاتها وتوليفها على FPGA ، مخطط لها للعمل في المستقبل.

Abstract: Electroencephalography (EEG) is the basis for many Brain Computer Interface (BCI) applications, where brain waves are captured, filtered, converted to digital form and analysed. In this paper we report on our design and implementation of wide-band dual-channel EEG acquisition circuit that is suitable for various Brain Computer Interface (BCI) applications. The advantages of the designed system include wide bandwidth covering frequencies from 0.2 up to 171 Hz, dual channel, 2 kHz sampling frequency, Analogue-to-Digital Conversion (ADC), simplicity and low cost. The designed EEG acquisition circuit was designed for BCI vehicular safety system, deep sleep and drowsiness detection applications that rely on analysing the lower frequency bands. However, the EEG acquisition circuit offers a wide bandwidth that makes it possible to analyse gamma brain waves that are related to spiritual and high concentration states of the brain. Compared to other EEG acquisition circuits that are limited to 46 and 100 Hz, our design offers greater bandwidth and resolution for high-frequency brain waves, which enables precise analysis of gamma signals. The designed circuit includes level shifter, limiter and ADC, which is driven by Field Programmable Gate Arrays (FPGA). The interface module with FPGA has been accomplished using a Finite State Machine (FSM), which drives the ADC chip and reads digital EEG data into FPGA. The sampling frequency is set at 2 kHz, which enables high grade BCI systems to be realised including clinical applications. Through the use of FPGA, the designed EEG acquisition circuit provides flexible and programmable DSP features, fast processing, accurate timing, stable sampling rate, and low-power consumption. Hardware Description Languages (HDL) such as VHDL and Verilog are the means to program and build various DSP modules inside FPGA. Advanced DSP and control algorithms to be implemented with VHDL/Verilog, simulated and synthesised on FPGA are planned for future work.

الحالة: محكم ومنشور

جهة التحكيم: Islamic University of Medina Journal

دار النشر: Islamic University of Medina

سنة النشر: 2020