基于單片機(jī)的無(wú)線便攜式動(dòng)物腦電遙測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2 無(wú)線單片機(jī)電路設(shè)計(jì)

由于無(wú)線采集部分背負(fù)在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物身上，考慮到體積和重量，本文選擇Nordic公司的2.4 GHz無(wú)線單片機(jī)NRF24LE1，如圖2(c)所示。該單片機(jī)具有如下特性：

(1)內(nèi)嵌2.4 GHz低功耗無(wú)線收發(fā)內(nèi)核NRF24L01P，250 kb/s、1 Mb/s、2 Mb/s空中速率。

(2)高性能51內(nèi)核,16 KB Flash，1 KB RAM，1 KB NV RAM。

(3)具有豐富的外設(shè)資源，內(nèi)置128 bit AES硬件加密，32 bit 硬件乘除協(xié)處理器，6 bit~12 bit ADC。

(4)提供QFN24、QFN32、QFN48多種封裝，可靈活應(yīng)用選擇。

2.3 電源電路設(shè)計(jì)

便攜式生物腦電信號(hào)采集系統(tǒng)中，無(wú)線發(fā)射部分供電電池只能采用可充電的鋰電池供電。由于鋰電池在使用過(guò)程中輸出電壓會(huì)下降，因此采用穩(wěn)壓芯片TPS71334 (輸入2.5 V~4.2 V)來(lái)實(shí)現(xiàn)3.3 V電壓輸出。前置放大器和運(yùn)放需要正負(fù)電源，采用外加電源反轉(zhuǎn)芯片MAX1697來(lái)實(shí)現(xiàn)-3.3 V輸出，且MAX1697最大輸出電流為60 mA。接收端供電來(lái)自PC機(jī)上USB口,利用電源芯片AMS1117將5 V電平轉(zhuǎn)換為3.3 V為NRF24LE1供電。電源具體電路可以參考電源芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括：發(fā)射端A/D采樣程序、發(fā)射端數(shù)據(jù)處理、發(fā)射端與接收端通信協(xié)議和顯示界面。

3.1 發(fā)射端程序設(shè)計(jì)

NRF24LE1為高性能51內(nèi)核，采用C語(yǔ)言編寫(xiě)代碼。為提高發(fā)射功率，設(shè)置空中速率為250 kb/s，A/D采樣的參考電壓為內(nèi)部1.22 V，采樣頻率為1 kHz，精度設(shè)置為12 bit，其中12 bit數(shù)據(jù)中的低8位存儲(chǔ)在ADCDATAL中，而高4位存儲(chǔ)在ADCDATAH的低4位中，ADCDATAH的高4位為地址，數(shù)據(jù)處理完成后進(jìn)行打包發(fā)送。每次發(fā)送完數(shù)據(jù)后進(jìn)行CRC校驗(yàn)，如果校驗(yàn)出錯(cuò)則重新發(fā)送數(shù)據(jù)。

3.2 接收端及顯示界面設(shè)計(jì)

在接收端設(shè)置16 bit的緩沖器(buffer)，將接收的數(shù)據(jù)存入緩沖器中，通過(guò)串口打印出來(lái)即可。顯示界面采用VC++6.0編寫(xiě)，調(diào)用MSCOMM控件實(shí)現(xiàn)Windows程序串口通信，接收端RS232串口送出AD采樣數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)激發(fā)OnComm事件，在處理函數(shù)中將新的數(shù)據(jù)加入顯示隊(duì)列，波特率設(shè)置為9 600 b/s,界面的橫坐標(biāo)為時(shí)間,縱坐標(biāo)為電壓。

4 實(shí)驗(yàn)方法及結(jié)果

4.1 手術(shù)方法及電極植入位置選擇

實(shí)驗(yàn)采用SD級(jí)雄性大鼠，體重350 g，手術(shù)前用9%水合氯醛(40 mg/kg，腹腔注射)對(duì)其進(jìn)行麻醉[7]并固定于腦立體定位儀上。根據(jù)大鼠腦圖譜[8]進(jìn)行電極植入，切開(kāi)表皮使其顱骨完全暴露后，用適量3%的雙氧水擦拭顱骨以去除表面油脂[9]，用高速顱鉆在顱骨上鉆開(kāi)0.7 mm的孔。將0.17 mm漆包線兩端刮掉涂層，一端纏繞在直徑0.72 mm不銹鋼螺釘上，另外一端焊接在2.54 mm母接線槽上，然后將螺釘固定在顱骨上，最后用牙科水泥將螺絲釘和接線槽固定在大鼠顱骨上。測(cè)量電極坐標(biāo)位置AP=-0.5 mm, ML=1.5 mm, DV=1.0 mm;參考電極坐標(biāo)位置AP=+1.5 mm, ML=1.0 mm, DV=1.0 mm;為提高系統(tǒng)抗干擾能力，在大鼠腦部后加入相連的地電極與儀器地線,坐標(biāo)位置AP=-8.5 mm, ML=0 mm, DV=1.0 mm。