基于多模态生理信号的驾驶人脑力负荷评估

准确评估驾驶人脑力负荷状态对降低因驾驶人脑力负荷过载导致的交通事故具有重要意义．基于典型驾驶场景,结合N-back认知负荷次任务,设计不同难度的驾驶任务实验,研究驾驶人脑力负荷．实验收集驾驶人在任务完成过程中的多种模态生理信号（脑电、心电和皮电信号）及美国航空航天局任务负荷指数量表主观脑力负荷数据,提出基于多模态生理信号特征分析和模式识别的驾驶人脑力负荷分类模型,并比较不同模态生理信号及其组合在3种典型机器学习算法（随机森林、决策树和k最近邻模型）中的脑力负荷分类识别效果．研究表明,基于不同模态生理信号组合的脑力负荷分类模型具有不同的分类准确率．单一模态生理信号的分类模型中,基于皮电、心电和脑电信号的分类模型准确率依次增加;基于多模态生理信号的分类模型准确率普遍优于单一模态分类模型;基于脑电、心电及皮电3模态生理信号的随机森林分类模型具有最高的分类准确率．     

基于单片机的煤矿设备安全远程监控系统

针对目前煤矿设备存在的安全隐患问题,结合检测设备的信号以及传感器的特性,设计了一种基于MSP430单片机的煤矿设备安全远程监控系统,给出了系统的结构及软硬件设计方法.系统采用压力、速度及电流等传感器采集信号经GSM无线通信网络传给上位机或手机,通过上位机系统进行数据分析处理、存储、生成报表等功能.该系统可以对提升机、压缩机、水泵和通风机等矿井设备进行检测,试验样机多次测试验证了系统的可靠性和稳定性.     

基于上位机的步进电机无线控制系统设计

针对步进电机控制方式老化和操作不简便的问题,设计了一种基于上位机和无线收发器的电机自动控制系统。该系统由上位机模块和下位机模块组成,上位机模块通过无线发射器发送上位机的控制信号,下位机模块通过无线接收器接收信号并控制步进电机的工作。通过测试得出步进电机可以及时响应来自上位机的控制信号。该设计优化了控制方式并增强了控制效果具有一定应用价值。     

基于脑电信号的报警系统的设计

为有运动功能障碍的残疾人和老年人设计1款基于脑机接口技术的脑电报警系统,本设计通过TGAM内核采集模块对脑电信号进行采集,并编码得出脑电原始信号,经蓝牙HC-05将原始信号传输到微处理器STM32进行分析处理得到报警信号,通过LED灯的亮暗程度及蜂鸣器发出的声响进行报警。测试结果表明,该系统可以提取脑电波信息并控制报警系统。     

基于多模式EEG的脑-机接口虚拟键鼠系统设计

现有的脑-机接口系统大都只基于单模式的脑电特征,系统能实现的功能非常有限,从而制约了脑-机接口系统的应用。采用基于多种模式脑电信号(electroencephalogram,EEG)的脑-机接口技术来实现虚拟键鼠系统,使得被试可以利用自身的脑电信号控制鼠标和键盘的操作。研究了脑-机接口中常用的3种脑电信号,分别是P300波、alpha波以及稳态视觉诱发电位(steady state visual evoked potential,SSVEP),通过设计实验成功的诱发出了被试相应的特征脑电信号。利用SSVEP的脑电特征设计6频率LED闪烁刺激的虚拟鼠标系统,实现控制鼠标光标移动、单击左键和单击右键的任务;利用P300波的脑电特征设计6×6的字符矩阵虚拟键盘系统,实现字符输入的任务;利用被试自主闭眼增强alpha波的脑电特征,实现鼠标和键盘应用切换的任务。研究了适宜这3种脑电特征的最佳测量电极组合及模式识别算法,使得对3种脑电信号的识别正确率均达到了85%以上。测试结果显示,文中设计的基于多模式EEG的脑-机接口虚拟键鼠系统能有效地实现鼠标控制以及键盘输入的任务。     

地铁制动实验台PWM信号转换器的研制

针对地铁制动实验台8路400Hz~1000Hz的PWM信号,设计出基于MSP430F449的系统,进行信号采集、转换和处理,并通过USB接口上传给上位机;同时能接收上位机下达的命令输出所要求的PWM信号。经测试,系统能满足多路信号采集转换的实时性和高速性的要求,工作稳定、可靠。     

基于熟悉人脸范式的P300脑机接口字符输入系统的设计与实现

脑机接口系统是一种使大脑能够不依赖于外周神经和肌肉通道,与外部环境进行交互的系统。基于P300的脑机接口字符输入系统是脑机接口技术的一种典型应用。对基于传统范式的P300脑机接口系统进行改进,设计并实现了基于熟悉人脸范式的P300脑机接口字符输入系统。实验建立了基于熟悉人脸的P300脑机接口系统的信号采集与处理模型,对采集到的数据进行预处理、特征提取,并使用集成支持向量机算法对脑电信号进行分类。结果表明,除P300电位外,熟悉人脸范式诱发出了Vpp和N170电位。与以往传统范式80.6%的字符输入正确率相比,基于熟悉人脸范式的字符输入正确率达到93.5%,具有良好的发展前景。     

足底压力阵列分析系统的研究与开发

足底压力信息采集在临床医疗、康复训练、运动训练方案制订等领域有着重要参考价值,有助于糖尿病、中风后遗症等疾病的临床医疗诊断、效果评估、人工关节设计、假肢设计和评估体育训练。足底压力阵列分析系统采用阵列式电阻式柔性薄膜压力传感器,基于STM32单片机设计足底压力阵列分析采集电路,蓝牙无线传输信息到上位机。软件平台采用高效可移植性好的HAL库程序开发。应用标定实验和算法计算确保系统可行性、准确性、鲁棒性。     

不同管路元件流动声发射信号熵值量化分析方法

针对流体在流经不同管路元件时产生的噪声会造成管道损伤在线监测精准性下降的问题,引入了小波能量熵与时频熵两种熵值量化分析方法,通过计算流体流动声信号的熵值对流动过程中不同管路元件的流动状态进行量化,从而判断损伤是否发生以及损伤所处的管路元件部位.在此基础上,设计了管路流动声发射测试实验,采集了不同压力下直管、弯头入口、弯头出口、三通、变径管小头共5种管路元件的声发射信号,对所采集的声发射信号逐一采用时频熵及小波能量熵的方法分析计算.测试实验结果表明,时频熵与小波能量熵均能很好地区分不同管路元件的流动状态差异,且时频熵对同一管路元件压力变化时的流动状态有着较高的量化精度.     

基于MCU与虚拟仪器的脑电信号采集系统

针对人体表皮脑电信号特点提出了基于MCU与虚拟仪器的脑电信号采集系统。采用生物电信号前置放大电路、滤波电路、50Hz工频陷波电路、电平抬升电路有效滤除信号噪声并放大脑电信号,同时采用MSP430MCU高速采样技术和串口通信技术并结合LabVIEW开发上位机软件低成本地完成对脑电信号的数字化采集和实时波形显示。系统仿真和实验表明,系统能够有效地实时采集人体生物电信号,为脑机接口研究提供支持。     

心率变异性与驾驶疲劳相关性研究

为获取与驾驶疲劳程度相关性较高的、可以量化的、客观的心电指标,对10名成年男性司机在驾驶仿真平台上进行心率变异性(HRV)检测与眼动跟踪同步实验研究.对HRV信号指标与评估疲劳的客观指标——PER-CLOSp80值进行相关性分析.结果表明,在HRV信号的线性指标中,表征交感-副交感神经张力平衡状态的频谱低频与高频部分比值与PERCLOSp80值的相关程度最大,皮尔逊相关系数达到0.728,可以作为实时监测驾驶疲劳的量化心电指标.为进一步解释HRV信号的混沌特性,采用非线性动力学方法进行R-R间期C0复杂度计算,该非线性指标与疲劳累积过程相关,可以用来衡量驾驶员在遇到应急危险状况下的控制能力.     

基于卡尔曼滤波的ECoG信号去噪方法研究

脑电信号反映了生物体的大脑活动,在采集和处理过程中极易受到各种噪声的干扰,如眨眼、快速眼动、心电、肌电等,这些噪声给脑电信号的分析处理带来了很大的困难。本文提出了卡尔曼滤波模型和模型参数估计的方法,将其应用于脑电ECoG信号去噪预处理。实验所用的数据是公开的脑机接口竞赛实验数据（BCI Competition Ⅲ dataset Ⅰ）,分类正确率为92%。实验结果表明通过本方法去噪预处理后,分类正确率比竞赛第一名高,并且优于小波去噪与谱减法等预处理方法。     

大鼠嗅觉区脑电信号检测与处理技术研究

设计一种大鼠嗅觉诱发电位的脑电信号（Electroencephalogram,EEG）采集和处理系统,系统可以对受到嗅觉刺激时的大鼠诱发脑电信号进行处理和分析.系统的检测电极置于大鼠大脑的嗅前核区和海马区,信号采集预处理电路包括前级信号放大器、高通滤波器、低通滤波器、可变增益信号放大器、50Hz陷波器等.系统控制模块采用MSP430低功耗芯片,采用nRF24L01无线通信模块将采集到的信号传给上位机,然后上位机程序对大鼠的嗅觉诱发信号进行处理、分析、显示.实验表明,系统能够较好的获取大鼠嗅觉诱发脑电信号.数据处理结果显示,有刺激时的脑电信号和无刺激时的脑电信号相比,信号幅值增大、复杂度降低.所以此系统可用于对爆炸物的探测.     

火灾探测器性能评估试验台的测控系统设计

火灾探测器性能评估试验台用于对火灾探测器的综合性能进行定量评估,其中测控系统包括上位机和下位机两个部分。下位机对各种执行器和传感器进行控制检测,从而实现试验台测试段和模拟段的温度、湿度、风速等参数的测算控制,并进行记录处理。上位机与下位机实时通讯实现对实验数据的记录处理,并显示各执行器和传感器的工作情况和试验平台各个区段的环境数据。从实际上实现了人机交互,测控效果达到了实验平台要求。     

基于FPGA和嵌入式工控机的PC104主板检测系统

为检测PC104主板故障信息,设计一套基于FPGA开发板和嵌入式上位机的PC104主板检测系统。该系统主要由嵌入式工控机作为上位机,FPGA开发板作为检测设备,两者通过串口实时通信,可远程控制,并实时传递主板状态信息。实现了从主板上电到正常运行的检测工作,不仅可全面检测故障主板的具体故障部位,并能监测正常主板的当前工作状态等。本系统已经过反复测试,可检测主板的具体信息,检测结果达到了标准的性能指标。     

装甲车辆综合测试系统上位机平台设计

以装甲车辆野外实车动态试验为背景,基于整车综合测试系统,利用LabVIEW语言开发了集采集、显示、存储、分析为一体的新型上位机平台。针对车辆测试系统的功能要求,设计了试验任务配置、实时数据显示、离线数据回放、试验数据管理、试验数据分析5种功能,实现了系统功能的集成化。利用PXI平台构建了试验环境,对上位机平台的上述功能进行了试验验证。结果表明:所设计的上位机平台可以满足装甲车辆整车200多路信号的采集需求,同时其灵活的系统配置功能、良好的集成化设计以及友好的可视化界面,可以为车辆研制和改进过程中的实车动态测试提供便捷。     

智能动平衡机电测系统研究

介绍了一种单、双面平衡通用的智能动平衡机电测系统的实现方案。着重论述了动平衡机的力学原理、电测系统硬件结构及软件设计。该电测系统由下位机和上位机两部分组成。以微控制器为核心的下位机主要由智能前端信号处理电路、数据采集电路和微控制器组成；上位机即工控机系统，通过RS232口与微控制器的串口相连。该系统克服了以基于PCI／ISA插槽的AD采样卡为实现手段的电测系统的缺点，抗干扰性和实时性好。实验证明该电测系统操作简便，平衡精度比较高，能够满足生产实际中单、双面平衡测试的要求。     

仿射变换的二阶微分方程生命信号滤波算法

由于微小型嵌入式系统尺寸和计算能力的限制,在对生命体征信号进行检查时,往往较难实现实时与精确兼顾。为了解决该问题,本文提出了一种基于二阶微分方程与仿射变换理论结合的心电信号滤波算法(ATSDEF),并进行了与粒子滤波方法的滤波性能对比实验,证明了ATSDEF方法有较粒子滤波更好的滤波性能。通过微小型嵌入式心电测量系统对正常与异常心电信号进行在线滤波实验,验证了该算法可以有效的滤除心电信号的噪声,且能够保持心电信号中较为微弱的细节特征,从而保证了信号滤波后的精度,解决了微小型嵌入式系统的实时信号处理难题。     

基于经验模式分解和最小二乘支持向量机的胎儿心电信号提取

针对心电信号的非平稳特性,将非平稳信号处理方法与非线性估计方法相结合,提出一种从母体腹壁混合信号中提取胎儿心电信号的新方法。采用经验模式分解(EMD)方法将非平稳的母体心电信号分解为有限个本征模函数(IMF)和一个残差信号;母体腹壁混合信号中的母体心电成分为母体心电信号的非线性变换,采用最小二乘支持向量机(LSSVM)拟合这一非线性变换;将EMD分解所得的本征模函数和残差信号经由所拟合的非线性变换得到母体腹壁混合信号中母体心电成分的最优估计,从母体腹壁混合信号中减去该最优估计得到胎儿心电信号。引入基于特征值分析和基于互相关系数计算信噪比的方法,评估胎儿心电信号提取方法的性能。实验结果表明,在胎儿心电信号和母体心电信号QRS波分离或者重叠的情况下,通过本文提出的方法均可得到清晰的胎儿心电信号,且信噪比相对于传统方法有明显提高。实验结果验证了该方法的有效性。     

基于HHT的心电信号滤波算法的研究

针对心电信号具有非线性、非平稳弱信号的特点,借鉴小波滤波算法的思想,基于HHT变换,提出一种去除噪声对应尺度细节分量和阈值相结合的HHT心电滤波算法.并借助MATLAB仿真平台,采用同一阈值函数,对含噪心电信号分别运用小波滤波算法和基于HHT设计心电滤波算法进行滤波仿真比较.最后以MIT-BIH心律失常数据库中的提供的含噪心电信号作为数据源,进行仿真滤波实验,验证了HHT滤波算法对心电信号的基线漂移、工频噪声、肌电干扰去除的有效性.