تصميم نظام تحصيل بيانات بالاعتماد على متحكم صغري ومرشحات رقمية ذات استجابة إهليلجية Elliptic Response قابل للاستخدام في إلغاء الضجيج المرافق لإشارات التخطيط الكهربائي للدماغ EEG

Abstract

Since Electroencephalogram (EEG) signals have very small magnitude, it's very hard to capture these signals without having noise (produced by surrounding artifacts) affect the real EEG signals, so it is necessary to use Filters to remove noise. This work proposes a design of an electronic circuit using a microcontroller, an instrumentation amplifier and an operational amplifier able to capture EEG signals, convert the captured signals from analog state to digital one and send the converted signal (digital signal) to a group of three digital filters. This paper gives a design of three digital elliptic filters ready to be used in real time filtering of EEG signals (which preliminary represents the condition of the brain) making the software part which complements the hardware part in the EEG signals capturing system. Finally we are going to show the way of using the designed electronic circuit with the three designed digital filters, demonstrate and discuss the results of this work. We have used Eagle 6.6 software to design and draw the circuit, CodeVision AVR 3.12 software to write the program downloaded on the microcontroller, Mathworks MATLAB 2014a software to design the three digital filters and Mathworks MATLAB 2014a Simulink tool to make the appropriate experiments and get the results. إنّ كَون مطال إشارات التخطيط الكهربائي للدماغ EEG شديد الصّغر يجعل من الصعب التقاطها بدون التقاط الكثير من إشارات الضجيج (الناتجة عن العوامل الموجودة في الوسط المحيط) التي تؤثّر على إشارة تخطيط الدماغ الأصلية، ولذلك سيكون استخدام المرشحات ضرورة حتمية لحذف الضجيج والحصول على إشارة صحيحة وواضحة. سنتطرق في هذه الدراسة لتصميم دارة إلكترونية بالاعتماد على متحكم صغري ومضخم تجهيزي Instrumentation Amplifier ومضخم عملياتي Operational Amplifier تقوم بثلاث عمليات أساسية، هي استقبال إشارات تخطيط كهربائي من رأس (دماغ) المريض ثم تحويلها من الشكل التشابهي إلى الشكل الرقمي، ثم إرسال الإشارة الرقمية الناتجة إلى مجموعة مكونة من ثلاثة مرشحات رقمية. كما سنتطرق لتصميم ثلاثة مرشحات رقمية ذات استجابة إهليلجية Elliptic Response قابلة للاستخدام في الزمن الحقيقي للمساهمة في عملية ترشيح الضجيج المتراكب مع إشارات تخطيط الدماغ الكهربائية (التي تُظهِر حالة دماغ المريض) لتكون ضمن الجزء البرمجي المتمّم للجزء الداراتي في نظام التقاط هذه الإشارات. وفي النهاية سنقوم بعرض طريقة استخدام الدارة الإلكترونية المصمّمة مع المرشحات الرقمية الثلاثة المصممّة وعرض النتائج ومناقشتها. تم استخدام البرنامج Eagle 6.6 لتصميم ورسم الدارة الإلكترونية، والبرنامج CodeVision AVR 3.12 لكتابة البرنامج المثبَّت على المتحكم الصغري، كما تم استخدام البرنامج Mathworks MATLAB 2014a لتصميم المرشحات الرقمية والأداة Mathworks MATLAB 2014a Simulink لإجراء التجارب والحصول على النتائج.