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网络游戏脑疲劳检测的微电子系统设计

作　者: 何国松
导　师: 李文石
学　校: 苏州大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 网络游戏脑疲劳额颞耳穴近红外信号超低频小波熵算法 FPGA 低功耗分析微电子系统
分类号: TP274.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 40次
引　用: 1次
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内容摘要

背景:打网络游戏容易导致人脑疲劳,甚至诱导网民罹患网络成瘾症。目标:(1)学习论述脑疲劳的原理与检测方法;(2)寻找超低频小波熵算法特征,基于已知PC机信息采集系统;(3)为了验证该算法特征,构造基于FPGA的微电子系统,链接串行ADC;(4)比较PC机平台和FPGA实验系统的测试效果。算法:人脑的中枢疲劳或生理疲劳可通过脑电、肌电或磁共振技术加以检测,缺点是探头数量多且设备复杂。根据脑耳映射理论,采集额颞耳穴的近红外信号,提取刻画超低频特征,可以间接表征脑化学信息的涨落,例如小波熵特征具备明确的脑生理学意义。集成:得力于PC机耳穴信息识别系统的预研积累,脑疲劳检测微电子系统研制的出发点是方便家庭应用。基于FPGA统领信号传感、带通滤波、串行ADC、数据管理和LCD显示,设计寻优针对保证功能实现(时序和时延)前提下的:资源利用(面积因素)、功耗分析和调试要点。比较分析两种平台(PC/FPGA)的测试结果。结果:网络游戏脑疲劳检测微电子系统的设计技术优点是:测试有效率较高(67%);近似特征节约资源利用率(90%);状态机编码优化功耗(45%);实验样机体积小(10 cm*5 cm*5 cm)。缺点是:集成度有待提高,例如实验考虑ASIC设计优化。

全文目录

中文摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-14
  1.1 网瘾与脑疲劳概念  8
  1.2 国内外研究述评  8-10
  1.3 网瘾机制  10-13
    1.3.1 认知—行为模型  10-12
    1.3.2 脑内奖励环路模型  12-13
  1.4 研究工作与创新点  13-14
第二章脑疲劳检测算法研究  14-23
  2.1 脑疲劳检测依据  14-18
    2.1.1 脑功能分区  15-16
    2.1.2 额颞耳穴映射  16-17
    2.1.3 近红外光吸收  17-18
  2.2 小波分析及熵理论  18-22
    2.2.1 小波分析原理  18-19
    2.2.2 熵函数生理意义  19-21
    2.2.3 小波熵特征值算法  21-22
  2.3 本章小结  22-23
第三章检测微电子系统总体设计  23-39
  3.1 系统工作原理  23-24
  3.2 系统硬件设计  24-26
  3.3 硬件模块设计  26-36
    3.3.1 信号采集模块  26-29
    3.3.2 信号预处理模块  29-31
    3.3.3 A/D 转换模块  31-33
    3.3.4 特征显示模块  33-36
  3.4 完整硬件结构  36-38
  3.5 本章小结  38-39
第四章算法实现优化与调试  39-54
  4.1 代码仿真与调试  39-47
    4.1.1 FPGA 设计流程  39-41
    4.1.2 顶层模块仿真  41-43
    4.1.3 分模块仿真  43-46
    4.1.4 调试技术要点  46-47
  4.2 特征值算法的硬件实现  47-50
    4.2.1 Matlab 计算超低频小波熵  47-48
    4.2.2 FPGA 内建超低频小波熵  48-50
  4.3 系统优化与功耗分析  50-53
    4.3.1 系统优化  50-52
    4.3.2 功耗分析  52-53
  4.4 本章小结  53-54
第五章检测微电子系统实验数据分析  54-61
  5.1 实验条件设定  54
  5.2 基于PC 系统的检测结果  54-57
  5.3 基于自制FPGA 微电子系统的检测结果  57-60
  5.4 本章小结  60-61
第六章总结与展望  61-63
  6.1 总结  61-62
  6.2 展望  62-63
参考文献  63-67
攻读学位期间公开发表的论文  67-68
致谢  68-69

网络游戏脑疲劳检测的微电子系统设计

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