Upload
others
View
2
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
Wstęp
Teoria
Praktyka
CeDeROMBCI
Przyszłość
CeDeROM Brain Computer Interface
Tomasz Bolesław CEDROStudenckie Koło Naukowe Cybernetyki
Opiekun projektu:prof. nzw. dr hab. inż. Antoni GRZANKA
Zespół Aparatury BiocybernetycznejInstytut Systemów Elektronicznych
Wydział Elektroniki i Technik InformacyjnychPolitechnika Warszawska
Konferencja Kół Naukowych PW EiTI12.X.2010
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
Wstęp
Teoria
Praktyka
CeDeROMBCI
Przyszłość
Plan prezentacji
1 Wstęp
2 Teoria
3 Praktyka
4 CeDeROM BCI
5 Przyszłość
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
WstępCzym jestBrainComputerInterface?Przykładyistniejącychrozwiązań
Teoria
Praktyka
CeDeROMBCI
Przyszłość
Wstęp
1 WstępCzym jest Brain Computer Interface?Przykłady istniejących rozwiązań
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
WstępCzym jestBrainComputerInterface?Przykładyistniejącychrozwiązań
Teoria
Praktyka
CeDeROMBCI
Przyszłość
Czym jest Brain Computer Interface?
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
WstępCzym jestBrainComputerInterface?Przykładyistniejącychrozwiązań
Teoria
Praktyka
CeDeROMBCI
Przyszłość
Czym jest Brain Computer Interface?
To nowatorskie rozwiązanie z dziedziny aparaturybiomedycznej, którego zadaniem jest interakcjatechnicznego sprzętu komputerowego z biologicznymużytkownikiem bazujac na pomiarze aktywności mózgu.Jest to urządzenie rodem z filmów science-fiction dziękiktóremu możliwe będzie sterowanie urządzeniami zapomocą „siły myśli”.Wstępne badania naukowe prowadzone już w różnychośrodkach badawczych na całym świecie, dają nadzieję nafaktyczne wykorzystanie wielkiego potencjału ukrytego wtego typu urządzeniach.My też prowadzimy tego typu badania.. tyle, że namniejszą skalę ;-)
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
WstępCzym jestBrainComputerInterface?Przykładyistniejącychrozwiązań
Teoria
Praktyka
CeDeROMBCI
Przyszłość
Czym jest Brain Computer Interface?
W chwili obecnej badawcze ośrodki uniwersyteckiewykorzystują gotowe komercyjne rozwiązania sprzętowe,często o zamkniętej architekturze zarówno programowej jaki sprzętowej. Z tego powodu brak jest jednego wspólnegostandardu akwizycji, komunikacji i przechowywania danych.Prezentowane rozwiązanie ma na celu stworzenie otwartegosystemu akwizycji i przetwarzania danych biomedycznych,który z pewnością znajdzie zastosowanie także w innychprojektach badawczych z dziedziny inżynierii biomedycznej,a byćmoże przyśpieszy ich rozwój wprowadzając pewnąsystematykę i otwarty standard badań na poziomie sprzętui protokołów pomiędzy współpracującymi grupaminaukowymi.
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
WstępCzym jestBrainComputerInterface?Przykładyistniejącychrozwiązań
Teoria
Praktyka
CeDeROMBCI
Przyszłość
BrainGate1
Prywatna firma amerykańska skupiająca się na inwazyjnychinterfejsach neuronowych (ang. Neural Interface) mającychpomóc głównie osobom niepełnosprawnym.
Posiada szereg patentów związanych z działalnościąkomercyjną i badawczą.Wykupuje rozwiązania, patenty i firmy z branży.Rosnący gigant cybernetyki?
1http://www.braingate.com/
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
WstępCzym jestBrainComputerInterface?Przykładyistniejącychrozwiązań
Teoria
Praktyka
CeDeROMBCI
Przyszłość
Rodzina urządzeń g.Tec Guger Technologies2
Austracka firma założona w 1999 roku oferuje w sprzedażycałą gamę urządzeń biomedycznych przeznaczoną donieinwazyjnego odbioru, generacji, wizualizacji iprzetwarzania w czasie rzeczywistym sygnałówbioelektrycznych.
Systemy g.Tec od przyjęły się jako sprzęt referencyjnywśród grup badających zjawiska wyższego poziomu, tj.przetwarzanie sygnałów, algorytmy, wizualizacje, itp.Są to bardzo drogie urządzenia (powyżej 80kEUR).Staramy się uzyskać do nich dostęp.
2http://www.gtec.at/
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
WstępCzym jestBrainComputerInterface?Przykładyistniejącychrozwiązań
Teoria
Praktyka
CeDeROMBCI
Przyszłość
Grupy Naukowe
Intelligent Systems Division3, oraz Robotics Group at JetPropulsion Laboratory4, NASA, USA.Microsystem Technology Office, Defense AdvancedResearch Projects Agency5, USA.Cybernetic Intelligence Research Group, University ofReading, UK – prof. Kevin Warwick6.Advanced Brain Signal Processing, RIKEN Brain ScienceInstitute, Japonia – prof. Andrzej Cichocki7.Zakład Fizyki Biomedycznej, Wydział Fizyki, UniwersytetWarszawski – dr hab. Piotr Jerzy Durka8.wiele innych...
3http://ti.arc.nasa.gov/tech4http://www-robotics.jpl.nasa.gov/people/Michael_Wolf5http://www.darpa.mil/mto/personnel/judy_j.html6http://www.reading.ac.uk/sse/about/staff/k-warwick.aspx7http://www.bsp.brain.riken.jp/ cia8http://brain.fuw.edu.pl/ durka
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
Wstęp
TeoriaCzłowiek jakozłożonysystembiologicznySterowanie wsystemachbiologicznychBudowamózgu isygnał EEG
Praktyka
CeDeROMBCI
Przyszłość
Teoria
2 TeoriaCzłowiek jako złożony system biologicznySterowanie w systemach biologicznychBudowa mózgu i sygnał EEG
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
Wstęp
TeoriaCzłowiek jakozłożonysystembiologicznySterowanie wsystemachbiologicznychBudowamózgu isygnał EEG
Praktyka
CeDeROMBCI
Przyszłość
Człowiek jako złożony system biologiczny
Człowiek jest złożonym systemem biologicznym, w którymposzczególne funkcje realizują wyspecjalizowane częściorganizmu.Organy i zjawiska mogą być reprezentowane przez „czarneskrzynki” z wejściami i wyjściami, których dokładnecharakterystyki badają poszczególne gałęzie medycyny,biologii, chemii i innich nauk.
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
Wstęp
TeoriaCzłowiek jakozłożonysystembiologicznySterowanie wsystemachbiologicznychBudowamózgu isygnał EEG
Praktyka
CeDeROMBCI
Przyszłość
Sterowanie w systemach biologicznych
Organizm ludzki działa dzięki skoordynowanemuwspółdziałaniu ze sobą wielu różnych narządówodpowiedzialnych za poszczególne funkcje. Informacjapomiędzy „podsystemami” organizmu wymieniana jestbiochemicznie lub elektrochemicznie a za przepływinformacji odpowiadają:
1 System nerwowy stanowiący skomplikowaną siećneuronową oplatającą wewnątrz nasz organizm.
2 System hormonalny stanowiący biochemiczną drogęprzekazywania informacji do narządów.
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
Wstęp
TeoriaCzłowiek jakozłożonysystembiologicznySterowanie wsystemachbiologicznychBudowamózgu isygnał EEG
Praktyka
CeDeROMBCI
Przyszłość
Pomiar sygnałów bioelektrycznych
Pomiar i analiza sterowania sprowadza się do badaniapewnego czynnika biologicznego, którego wartośćzamieniana jest na wielkość elektryczną, poddawaną dalszejobróbce numerycznej.Czynnikiem biologicznym może być:
1 Temperatura2 Skład chemiczny substancji3 Potencjał elektryczny
Znając mechanizm działania systemu biologicznego możnawykorzystywać zjawiska w nim zachodzące do pośredniegopomiaru pewnych wielkości... na przykład potencjału polaelektrycznego generowanego przez komórki siecineuronowej.
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
Wstęp
TeoriaCzłowiek jakozłożonysystembiologicznySterowanie wsystemachbiologicznychBudowamózgu isygnał EEG
Praktyka
CeDeROMBCI
Przyszłość
Budowa mózgu
W mózgu jest około 1012 neuronów, tworzących do 104
połączeń każdy...
Komórki kory tworzą warstwę grubości około 5mm i sązorientowane równolegle do siebie.Dzięki synchronizacji w populacjach liczących milionyneuronów, potencjał elektryczny może być rejestrowany napowierzchni głowy (EEG).
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
Wstęp
Teoria
PraktykaRodzajeinterfejsówBCISygnał EEGNeuroFeedbackWyzwania iproblemy
CeDeROMBCI
Przyszłość
Praktyka
3 PraktykaRodzaje interfejsów BCISygnał EEGNeuroFeedbackWyzwania i problemy
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
Wstęp
Teoria
PraktykaRodzajeinterfejsówBCISygnał EEGNeuroFeedbackWyzwania iproblemy
CeDeROMBCI
Przyszłość
Rodzaje interfejsów BCI
Informacja o aktywności kory mózgowej (potencjałelektryczny) może być odczytana inwazyjnie lubnieinwazyjne za pomocą specjalnych elektrod.
Każda z metod pomiaru ma swoje zalety i wady, pociągaza sobą konsekwencje i wyzwania zarówno dlakonstruktorów jak i użytkowników tego typu systemów.
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
Wstęp
Teoria
PraktykaRodzajeinterfejsówBCISygnał EEGNeuroFeedbackWyzwania iproblemy
CeDeROMBCI
Przyszłość
Pomiar sygnału EEG
Zasada działania jest zawsze zbliżona, niezależnie odmetody pomiaru i technologii w jakiej zrealizowane jesturządzenie.
Aktywność pewnego organu lub obszaru organizmuzamieniana jest za pomocą specjalizowanych sensorów nasygnał elektryczny, który odpowiednio wzmocnionypoddawany jest dalszej obróbce i analizie.
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
Wstęp
Teoria
PraktykaRodzajeinterfejsówBCISygnał EEGNeuroFeedbackWyzwania iproblemy
CeDeROMBCI
Przyszłość
Neuro–Feedback
Wprowadzenie pętli sprzężenia zwrotnego wraz zkontrolowanym czynnikiem pobudzającym daje możliwośćinterakcji „na żywo”.
Organizm biologiczny jest zaledwie jednym z kilku ogniwsystemu sterowania, ale w zasadniczy sposób kształtujeinformację w nim wędrującą.
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
Wstęp
Teoria
PraktykaRodzajeinterfejsówBCISygnał EEGNeuroFeedbackWyzwania iproblemy
CeDeROMBCI
Przyszłość
Wyzwania i problemy
W rzeczywistości konstruktorzy mają do pokonania wielebardzo trudnych problemów niekoniecznie czystotechnicznych, nad którymi pracują często całeinterdyscyplinarne zespoły inżynierów, medyków, itp.
1 Akwizycja sygnału o niesłychanie małej amplitudzie (µV )2 Dostępność metod i środków pomiarowych (inwazyjne)3 Wydobycie interesującego sygnału z oceanu informacji
(model, zakłócenia, szumy)4 Przetwarzanie w czasie rzeczywistym (RTOS, moc
obliczeniowa, opóźnienia, procesy fizjologiczne)5 Subiektywność odczytów (trenowanie urządzenia)6 Dostępność i wygoda użytkowania (elektrody)7 ...
W przypadku inżynierów, problemem jest zbudowaniesystemu elektronicznego o odpowiednio uniwersalnejarchitekturze łączącej wiele standardów w jedną spójnącałość.
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
Wstęp
Teoria
Praktyka
CeDeROMBCIOpis systemuCechysystemuEtapinżynierskiWnioskiEtapMagisterski
Przyszłość
CeDeROM BCI
4 CeDeROM BCIOpis systemuCechy systemuEtap inżynierskiWnioskiEtap Magisterski
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
Wstęp
Teoria
Praktyka
CeDeROMBCIOpis systemuCechysystemuEtapinżynierskiWnioskiEtapMagisterski
Przyszłość
Opis systemu
CeDeROM BCI to projekt, którego celem jest stworzenieod podstaw platformy akwizycji i przetwarzania sygnałówbiologicznych, w szczególności sygnałów elektrycznejaktywności mózgu.
W realizacji projektu wykorzystane są jedynie niedrogieelementy elektroniczne COTS, oraz darmowe narzędziaprogramistyczne Open–Source GNU i BSD.
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
Wstęp
Teoria
Praktyka
CeDeROMBCIOpis systemuCechysystemuEtapinżynierskiWnioskiEtapMagisterski
Przyszłość
Cechy systemu
System charakteryzuje budowa modularna – poszczególnebloki funkcjonalne umieszczone są na osobnych płytkachdrukowanych połączonych wspólną magistralą.
Założenia konstrukcyjne:1 łatwość rozbudowy i pracy konstruktora/developera2 możliwość parametryzacji poszczególnych bloków i
komponentów systemu3 możliwość zbudowania dedykowanego rozwiązania z
istniejących bloków4 współpraca z podobnymi systemami lub ich elementami
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
Wstęp
Teoria
Praktyka
CeDeROMBCIOpis systemuCechysystemuEtapinżynierskiWnioskiEtapMagisterski
Przyszłość
Plan prac etapu inżynierskiego:
Plan prac:Rozpoznanie SDK systemów wbudowanych (GNU ARMTOOLCHAIN + JTAG + OpenOCD)Zapoznanie z architekturą mikrokontrolerów ARMRozpoznanie mikrosystemów operacyjnych czasurzeczywistego (FreeRTOS)Rozpoznanie kanału komunikacji USB 2.0 włącznie zblokiem sprzętowym mikrokontrolera i stosemprogramowym (libusb)Ustalenie standardu komunikacji (BCI Open Protocol)Rozpoznanie importu danych do środowiskaprogramistycznego, w którym będzie mieć miejsce dalszaobróbka numeryczna sygnałów (Matlab, Octave, SciLab)Rozpoznanie przetworników ADC wysokiej rozdzielczości
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
Wstęp
Teoria
Praktyka
CeDeROMBCIOpis systemuCechysystemuEtapinżynierskiWnioskiEtapMagisterski
Przyszłość
SDK Systemów Wbudowanych
GNU ARM TOOLCHAIN jest darmowym zestawemnarzędzi programistycznych o otwartym kodzie źródłowym(licencja GNU). Narzędzia (binutils, gcc, gdb, make)pozwalają na kompilację i konsolidację kodu źródłowegojęzyka C lub/i asemblera do postaci obrazu (*.bin lub*.hex) programu wgrywanego do pamięci systemuwbudowanego (w tym przypadku mikrokontrolera ARM7).OpenOCD to darmowy program o otwartym kodzieźródłowym, dzięki któremu możliwe jest programowaniesystemu wbudowanego oraz śledzenie jego pracy przezinterfejs JTAG.Zestaw narzędzi jest darmowy, nie ma ograniczeń nawielkość produkowanego programu i działa na różnychplatformach, choć nie jest tak łatwy i szybki w użyciu jakkomercyjne SDK dla Win32.
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
Wstęp
Teoria
Praktyka
CeDeROMBCIOpis systemuCechysystemuEtapinżynierskiWnioskiEtapMagisterski
Przyszłość
Mikroprocesor ARM i system FreeRTOS
Sercem systemu jest Moduł Procesora (CPU Module)oparty o 32-bitowy mikrokontroler LPC2148 produkcji NXP(dawny Philips) z rdzeniem ARM7TDMI.
Struktura układu zawiera: 512kB FLASH i 32kB RAM,USB 2.0 Full Speed Device + DMA, JTAG ICE/Debug,DAC, ADC, GPIO, PWM, RTC, VIC, SPI, I2C, UART,PLL, obudowę LQFP-64.Na mikrokontrolerze uruchomiony jest mikrosystem czasurzeczywistego FreeRTOS posiadający port dla rodzinyLPC2000 i dostosowany do sprzętu ewaluacyjnegoZL9ARM produkcji BTC. Duża część programu urządzeniawykorzystuje kod dostępny publicznie w internecie (licencjaGNU).
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
Wstęp
Teoria
Praktyka
CeDeROMBCIOpis systemuCechysystemuEtapinżynierskiWnioskiEtapMagisterski
Przyszłość
USB 2.0
Universal Serial Bus 2.0 to obecnie najbardziej znany standardwymiany informacji w systemach komputerowych, zapewniającydużą prędkość transmisji danych (12Mbit/s Full-Speed,480Mbit/s High-Speed).
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
Wstęp
Teoria
Praktyka
CeDeROMBCIOpis systemuCechysystemuEtapinżynierskiWnioskiEtapMagisterski
Przyszłość
USB 2.0
Mikrokontroler LPC2148 posiada wbudowany sprzętowy blokstanowiący urządzenie USB Full-Speed obsługujący ramkowaniei buforowanie transmisji. Funkcja urządzenia - a więc typ,rodzaj i prarametry urzadzenia widzianego przez komputer -zależy od oprogramowania zarzadzającego blokiem sprzętowym(LPCUSB), oraz konfiguracji za pomocą odpowiednioskonstruowanych deskryptorów.
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
Wstęp
Teoria
Praktyka
CeDeROMBCIOpis systemuCechysystemuEtapinżynierskiWnioskiEtapMagisterski
Przyszłość
BCIOP: Brain Computer Interface Open Protocol9
BCIOP to propozycja kompaktowego standardu wymianyinformacji pomiędzy urzadzeniami klasy BCI lub innymsprzętem medycznym a komputerem sterującym.Pakiet zbudowany jest na zasadzie TLV (Tag LengthValue), tj. pierwzy oktet (T) mówi o przeznaczeniupakietu, drugi oktet (L) mówi o długości danych, a kolejneoktety (V) zawierają transportowany ładunek informacyjnyo długości L*8bit.
Pakiety podzielone są na dwa typy – sterujące urządzeniemi transportujące dane. Pakiet o L=0 to zapytanie, pakiet oL!=0 to odpowiedź na wcześniejsze zapytanie.
9http://bciop.sf.net
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
Wstęp
Teoria
Praktyka
CeDeROMBCIOpis systemuCechysystemuEtapinżynierskiWnioskiEtapMagisterski
Przyszłość
Import danych do środowiska Matlab
Praca z sygnałami pochodzącymi z urządzenia polegaćbędzie w dużej mierze na obróbce numerycznej.Autorskie urządzenie, które nie ma zaimplementowanegostandardowego protokołu (np. GPIB), napotyka naproblem wczytywania danych bez użycia komercyjnychToolbox’ów. Co gorsza takie Toolbox’y nie istnieją, trzebaje więc stworzyć samemu!Odkryłem więc sprytną metodę na wykonanie takiegozadania – dane mogą zostać przetransportowane dośrodowiska Matlab z użyciem mechanizmów bibliotekdynamicznych – funkcje obsługujące urządzenie możnaopakować w plik *.so lub *.dll tworząc własny sterownikurządzenia. Dane zwracane przez funkcje mogą byćwynikami pomiarów lub rezultatem wykonania poleceńprzez urządzenie.
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
Wstęp
Teoria
Praktyka
CeDeROMBCIOpis systemuCechysystemuEtapinżynierskiWnioskiEtapMagisterski
Przyszłość
Import danych do środowiska Matlab
Plik nagłowkowy test.h:char* test();char* test2();int test_add(int a, int b);
Plik źródłowy test.c:#include "test.h"char* test(){
return "test function 1 result\n";}char* test2(){
return "test function 2 result\n";}int test_add(int a, int b){
return a+b;}
Kompilacja:gcc -shared -o test.so test.c
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
Wstęp
Teoria
Praktyka
CeDeROMBCIOpis systemuCechysystemuEtapinżynierskiWnioskiEtapMagisterski
Przyszłość
Import danych do środowiska Matlab
Uruchomienie przykładu w Matlab:>> loadlibrary test.so test.h
>> calllib(’test’, ’test’)ans =test function 1 result
>> calllib(’test’, ’test2’)ans =test function 2 result
>> calllib(’test’, ’test_add’)??? Error using ==> calllibNo method with matching signature.
>> calllib(’test’, ’test_add’, 1, 2)ans =
3
>> unloadlibrary test
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
Wstęp
Teoria
Praktyka
CeDeROMBCIOpis systemuCechysystemuEtapinżynierskiWnioskiEtapMagisterski
Przyszłość
Przetwornik ADC Sigma–Delta
Zaprojektowany przeze mnie w programie Eagle10 modułprzetwornika analogowo-cyfrowego ADS1278 firmy TexasInstruments11 zawiera układ przetwornika wraz zniezbędnymi do jego pracy elementami – stabilizatorynapięcia, źródła napięcia odniesienia, własne źródłosygnału zegarowego itp.Cechy zastosowanego przetwornika: osiem niezależnychprzetworników SD, wejścia różnicowe, szeregowe wyjściedanych, protokół SPI lub Frame Relay, osiem wyjść danychlub jedno TDMA, brak bufora FIFO danych!
10http://www.cadsoft.de/11http://www.ti.com
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
Wstęp
Teoria
Praktyka
CeDeROMBCIOpis systemuCechysystemuEtapinżynierskiWnioskiEtapMagisterski
Przyszłość
Przetwornik ADC Sigma–Delta
Należy zaznaczyć, że moduł przetwornika jest niezależnyod modułu sensora czy wzmacniaczy analogowych, cozwiększa możliwość zmiany lub rekonfiguracji systemu wtrakcie badań.
Brak bufora FIFO znacznie obciąża główny procesorurządzenia nawet przy wykorzystaniu tylko jednego kanału24–bit!!!
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
Wstęp
Teoria
Praktyka
CeDeROMBCIOpis systemuCechysystemuEtapinżynierskiWnioskiEtapMagisterski
Przyszłość
Przetwornik ADC Sigma–Delta
Wykonanie w domu płytki z tak czułym przyrządempomiarowym, zwłaszcza przy tak dużej liczbie przelotek itylko dwustronnym laminacie, nie miało na celu stworzeniaprecyzyjnego układu, a jedynie wersję testową doprzećwiczenia komunikacji CPU–ADC.
Płytkę wykonałem metodą fotochemiczną, która miłozaskoczyła mnie łatwością i wysoką precyzją.
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
Wstęp
Teoria
Praktyka
CeDeROMBCIOpis systemuCechysystemuEtapinżynierskiWnioskiEtapMagisterski
Przyszłość
USB: Prosty klient libusb
Urządzenie posiadać może kilka interfejsów funkcjonalnychkorzystających z jednego fizycznego połączenia USB.Istnieje możliwość zmiany konfiguracji urządzenia iprzełączenia systemu w zupełnie inny tryb pracy.
Przykładowy program klienta USB, napisany dla systemuLinuks, łączy się z urządzeniem, uruchamia przetwornik iwyświetla przychodzące dane na standardowym wyjściu,więc można je swobodnie przekierować do pliku.
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
Wstęp
Teoria
Praktyka
CeDeROMBCIOpis systemuCechysystemuEtapinżynierskiWnioskiEtapMagisterski
Przyszłość
CLI: Command Line Interface
Urządzenie zostało wyposażone w wiersz poleceń sterującypracą komponentów systemu. CLI dostępne jest jakowirtualny port szeregowy modemowy, więc działa wnowych systemach nawet bez dodatkowego sterownika.
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
Wstęp
Teoria
Praktyka
CeDeROMBCIOpis systemuCechysystemuEtapinżynierskiWnioskiEtapMagisterski
Przyszłość
USB: Wady
Magistrala USB nie jest najlepszym rozwiązaniem doprototypowania i badań – różnice w implementacjisystemów operacyjnych, a nawet libusb w zależności odwersji i systemu operacyjnego.
Słaby stos USB w mikrokontrolerze i ograniczeniaprzepustowości libusb (tylko tryb Bulk) nie potrafiływykorzystać nawet przepustowości 12MBit/s.Podobna funkcjonalność może być osiągnięta przezEthernet, a znacznie mniejszym nakładem pracy i czasu.
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
Wstęp
Teoria
Praktyka
CeDeROMBCIOpis systemuCechysystemuEtapinżynierskiWnioskiEtapMagisterski
Przyszłość
Zadania oczekujące na realizację
Zadania, które planuję wykonać w ramach pracy magisterskiej:Stworzenie prototypu wersji przenośnej urządzeniarejestrującego EEG (ARM-Cortex/Stm32Primer2).Stworzenie prototypu wersji laboratoryjnej opartej o układFPGA zawierający wbudowany mikrokontroler (IP Core) zsystemem RTOS, oraz dedykowanym blokiem filtracjicyfrowej (DSP) w czasie rzeczywistym (Xilinx Spartan3A-DSP).Platforma demonstracyjna działanie systemu CeDeROMBCI – sterowanie grą na komputer Atari, oraz gra PONG wpełni zrealizowana na układzie FPGA (bez komputera).Opracowanie bazy teoretycznej z zakresu neuroanatomii ineurofizjologii.Dokładniejsze zestawienie i porównanie istniejącychrozwiązań BCI.
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
Wstęp
Teoria
Praktyka
CeDeROMBCIOpis systemuCechysystemuEtapinżynierskiWnioskiEtapMagisterski
Przyszłość
Zadania oczekujące na realizację
Aby zaprogramować zestaw Stm32Primer2 używającnarzędzi Open–Source, należy najpierw zaimplementowaćmagistralę SWD (Serial Wire Debug, alternatywa JTAG) wprogramach OpenOCD i UrJTAG, nad czym od niedawnapracuję12.
12http://stm32primer2swd.sf.net
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
Wstęp
Teoria
Praktyka
CeDeROMBCIOpis systemuCechysystemuEtapinżynierskiWnioskiEtapMagisterski
Przyszłość
Zadania oczekujące na realizację
Na układzie FPGA Xilinx zaimplementowałem już prostągrę PONG.
Należy opracować płytkę ADC pasującą do złącz isygnałów modułu FPGA.
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
Wstęp
Teoria
Praktyka
CeDeROMBCIOpis systemuCechysystemuEtapinżynierskiWnioskiEtapMagisterski
Przyszłość
Zadania oczekujące na realizację
Do testów wykorzystam wzmacniacz sygnałówbiologicznych ze znanego projektu OpenEEG.
Jeśli wystarczy czasu będę mógł wykonać i przetestowaćwłasne koncepcje wzmacniaczy sygnałów biologicznych.
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
Wstęp
Teoria
Praktyka
CeDeROMBCI
Przyszłość
Przyszłość
Istnieje potrzeba zbadania różnych koncepcji i konstrukcjiwielokanałowych wzmacniaczy sygnałów biologicznych orazprzetworników ADC, ich parametryzacji i w pewnym sensienormalizacji lub porównania względem istniejącychrozwiązań.Poszukiwanie metod pozyskiwania sygnału użytecznego itworzenie modeli zjawisk.Poszukiwanie metod i technik wizualizacji/sterowania wprocesie NeuroFeedback.
CeDeROMBrain
ComputerInterface
TomaszBolesławCEDRO
StudenckieKoło
NaukoweCybernetyki
Wstęp
Teoria
Praktyka
CeDeROMBCI
Przyszłość
Zapraszamy do współpracy!
Dziękuję za uwagę!Zapraszam na stronę internetową Koła Naukowego Cybernetykihttp://cyber.ise.pw.edu.pl