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基于 TGAM 芯片的脑电控制小车
张敏强闫思成王贵生王希佳
（沈阳理工大学自动化与电气工程学院，辽宁沈阳110159）
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摘要：TGAM对脑电信号进行提取分新后，经蓝牙对数据进行传输，交给主控芯片后，主控芯片将接收的数据筛选，得到脑电的数据，最终通过对脑电数据地分析，得到最终的控制信号专注度(Atention)的值对小车进行控制专注度值越高小车车速越快。实现脑电控制小车。
关键词：TGAM；脑电控制；车速
随着社会的发展，传统意义上的玩具越来越满足不了玩家的需求，遇控玩具千篇一律的控制方法已经不能很好的吸引消费者。随着科技水品的不断提高，意念控制正吸引着大多数人的眼球。在国外，意念控制也在火热研究中，有脑电控制飞机航向，有脑电控制机械伸展等，但在国内对脑电的研究的却不是很多，因此用脑电信号控制的遥控小车的设计与实现有着巨大的研究意义。
1脑电信号的采集和分析
1.1TGAM简介。TGAM(ThinkGearAM)是美国神念科技所开
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发的对脑电信号进行提取处理的模块，利用一个干式电极，他可以从人的大脑中检测微弱的脑电信号，并同时过滤掉周围的噪音及其他电力干扰，最后转化为数字信号进行控制。
1.2脑电信号的采集。在大脑活动时，脑皮质细胞群之间形成电位差，从而在大脑皮质的细胞外产生电流。它记录大脑活动时的电波变化，是脑神经细胞的电生理活动在大脑皮层或头皮表面的总体映。通过以TGAM为核心的脑电采集设备MindReader对前额皮肤的实时电压进行采集放大
原始数据rawdata和电压之间的关系为：实时电压=rawdata*（1.8/4096）/2000：放大后电压=实时电压*2000：
1.3对脑电信号分析。通过对脑电的采集可以得到原始数据 rawdata，再对原始数据rawdata进行处理可以计算出xxHigh和 xxLow，他们之间的关系如下：
rawdata = (xxHigh << 8) 1 xxLow; if(rawdata > 32768)[ raw-data=65536;
通过烧录在TGAM里的C#程序对数据进行解析，该程序同时计算出了专注度Attention，放松度Meditation的值。这些数据以数据包的形式发送，每秒大约发送513个数据包，发送的包分为大包和小包两种，其中小包512个用于数据校验，数据校验后符合要求则保留，不符合要求则舍弃，丢包率在10%以下是不会对结果造成影响的。大包一个，为最后TGAM解析计算出的有直接用于的数据，包括信号强度Signal，专注度Attention和放松度Meditation等，两种包格式为
小包:AA AA 04 80 02 xxHigh xxLow xxCheckSum, xxCheck-Sum为校验和
大包:AAAA2002C88318xxxx（共24个数据)0400
(专注度)0500(放松度)F4 1.4数据采集结果
通过串口接收到的数据如图1所示。接收的脑电波的波形显示如图2所示。 2脑电信号对小车的调速控制
2.1主控制器STM32F103vet6。STM32F103vet6使用高性能的 ARM?CortexM-M332位的RISC内核，工作额率为72MHz，内置高速存储器，丰富的增强I/O端口和联接到两条APB总线的外设。包含3个12位的ADC、4个通用16位定时器和2个PWM定时器等叫。由于需要对TGAM传输来的信号进行高速的处理，音通的51 单片机主频很低，不能胜任这个工作，所以选择了STM32F103vet6。
2.2脑电信号对小车的控制过程。脑电控制小车的整体架构图如图3所示。
首先，用MindReader耳机将人脑前额的电信号采集出来，再经
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图1TGAM解析出的数据
图2脑电波的波形
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图3脑电控制小车的整体架构图
过TGAM将脑电原始的电信号量化，在对数据分析处理将专注度的值解析出来，通过蓝牙发送给装在小车上的主控芯片，主控芯片筛选到大包，将信号强度、专注度等提取出来，专注度值越高，放松度值越低小车速度越快，最终脑电波对小车速度的控制。
2.3脑电控制小车的程序设计。在控制过程中较难实现的是对脑电信号的提取和滤波的过程，由于每秒主控芯片接收的数据很庞大，对其处理起来就比较麻烦，而且在数据传输过程中存在其他干扰，需要对其进行滤波。在数据处理完后，需要用STM32的USART 来接收脑电信号并对小车车速实现平稳调速，则需配置STM32的 USART，配置定时器输出4路PWM对四个电机进行控制，并对脑电信号做平滑处理。最终实现脑电控制小车。
3结论
这是一种新型的基于脑电控制小车系统，在控制渠道上新增了脑电控制。通过采集用户专注时的脑电信号，通过蓝牙传输技术，小车主控芯片对脑电信号处理，提取其中的特征信号与相应的速度值进行匹配，进而实现人脑对小车的控制。
参考文献
[1]李额洁,邱意弘,朱贻盛等.脑电信号分析方法及其应用[M].北京：科学出版社，2009，2
[2]对火良等.STM32库开发实战指南[M].北京机械工业出版社， 2014,9:92106
*本论文为辽宁省教育科学“十二五"规划项目，沈阳理工大学国家级大创项目项目编号：20151044002阶段性成果。
作者简介：张敏强，男，沈阳理工大学自动化与电气工程学院自动化专业2013级本科生。万方数据