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2.2 无线单片机电路设计

由于无线采集部分背负在实验动物身上，考虑到体积和重量，本文选择Nordic公司的2.4 GHz无线单片机NRF24LE1，如图2(c)所示。该单片机具有如下特性：

(1)内嵌2.4 GHz低功耗无线收发内核NRF24L01P，250 kb/s、1 Mb/s、2 Mb/s空中速率。

(2)高性能51内核,16 KB Flash，1 KB RAM，1 KB NV RAM。

(3)具有丰富的外设资源，内置128 bit AES硬件加密，32 bit 硬件乘除协处理器，6 bit~12 bit ADC。

(4)提供QFN24、QFN32、QFN48多种封装，可灵活应用选择。

2.3 电源电路设计

便携式生物脑电信号采集系统中，无线发射部分供电电池只能采用可充电的锂电池供电。由于锂电池在使用过程中输出电压会下降，因此采用稳压芯片TPS71334 (输入2.5 V~4.2 V)来实现3.3 V电压输出。前置放大器和运放需要正负电源，采用外加电源反转芯片MAX1697来实现-3.3 V输出，且MAX1697最大输出电流为60 mA。接收端供电来自PC机上USB口,利用电源芯片AMS1117将5 V电平转换为3.3 V为NRF24LE1供电。电源具体电路可以参考电源芯片的数据手册。

3 系统软件设计

系统软件设计包括：发射端A/D采样程序、发射端数据处理、发射端与接收端通信协议和显示界面。

3.1 发射端程序设计

NRF24LE1为高性能51内核，采用C语言编写代码。为提高发射功率，设置空中速率为250 kb/s，A/D采样的参考电压为内部1.22 V，采样频率为1 kHz，精度设置为12 bit，其中12 bit数据中的低8位存储在ADCDATAL中，而高4位存储在ADCDATAH的低4位中，ADCDATAH的高4位为地址，数据处理完成后进行打包发送。每次发送完数据后进行CRC校验，如果校验出错则重新发送数据。

3.2 接收端及显示界面设计

在接收端设置16 bit的缓冲器(buffer)，将接收的数据存入缓冲器中，通过串口打印出来即可。显示界面采用VC++6.0编写，调用MSCOMM控件实现Windows程序串口通信，接收端RS232串口送出AD采样数据时会激发OnComm事件，在处理函数中将新的数据加入显示队列，波特率设置为9 600 b/s,界面的横坐标为时间,纵坐标为电压。

4 实验方法及结果

4.1 手术方法及电极植入位置选择

实验采用SD级雄性大鼠，体重350 g，手术前用9%水合氯醛(40 mg/kg，腹腔注射)对其进行麻醉[7]并固定于脑立体定位仪上。根据大鼠脑图谱[8]进行电极植入，切开表皮使其颅骨完全暴露后，用适量3%的双氧水擦拭颅骨以去除表面油脂[9]，用高速颅钻在颅骨上钻开0.7 mm的孔。将0.17 mm漆包线两端刮掉涂层，一端缠绕在直径0.72 mm不锈钢螺钉上，另外一端焊接在2.54 mm母接线槽上，然后将螺钉固定在颅骨上，最后用牙科水泥将螺丝钉和接线槽固定在大鼠颅骨上。测量电极坐标位置AP=-0.5 mm, ML=1.5 mm, DV=1.0 mm;参考电极坐标位置AP=+1.5 mm, ML=1.0 mm, DV=1.0 mm;为提高系统抗干扰能力，在大鼠脑部后加入相连的地电极与仪器地线,坐标位置AP=-8.5 mm, ML=0 mm, DV=1.0 mm。

关键词： 脑电 系统 设计 动物 便携式 单片机 无线 基于