开源神经捕获系统（含防缠绕IMU 传导版）

前段时间有一个需求给到了这边，我是写算法的，大概就是做生物学实验的时候，动物的运动能力太强了，会让信号线缠绕。原理很简单就是监测动物的旋转量驱动线材同步转。有三个方案，一种是基于外力牵引的，看着是非常不靠谱的一种，还有基于 IMU 和图像处理的。

我这边就选择了基于 IMU 的，肯定不是自己原创的做了，就找了找相关的算法，其实我自己写了一个来着，但是算起来很复杂，现在研究完了开源的组件，发现是我搞复杂了。直接 IMU融合 解算出 4 元数，求出相对于 XOY 的旋转角就完事了。

但是文章没有特别详细的写这个算法，项目结了再写。但是是要分享一下这个采集系统的，很棒！有空一定复现。

首先是给小老鼠头上的这个采集系统，集成度很高，原件也很密集，有着采集，刺激，转换，姿态解算等很多功能。

而且也用了 8 层板

然后是通过了一个 TI 的串转并的 chip 转换成差分将所有的信号传出去

这个方案很有意思，值得学习

就一根线就水灵灵的出去了

这个是板子的一些参数，可以看到还有 LED，那是给定义使用的

信号就通过这样的一根细线出去了

详细的样子，还是密度很高

然后小老鼠下面是一个板对板的接口，给把脑电信号传出去

示意图

组件图

BNO055 9 轴 IMU，用于实时 3D 方向跟踪，里面解算是用的这一刻，为了体积考虑，这颗 IMU 非常的厉害， 有磁测量，可以给出绝对位置。

看特性

以及还是一个 SIP 系统，里面有一个 MCU

可以通过窗口通讯

IIC

还带有一个高精度的晶振

其实也没有什么算法，就是一些函数

我把控制寄存器的写出来了

• Calibration: 校准状态字节 (byte)
• SystemCalibrated: 系统校准标志 (bool)
• AccelerometerCalibrated: 加速度计校准标志 (bool)
• GyroscopeCalibrated: 陀螺仪校准标志 (bool)
• MagnitometerCalibrated: 磁力计校准标志 (bool)
• Temperature: 温度值 (byte)
• Quaternion: 四元数姿态 (Mat)
• LinearAcceleration: 线性加速度 (Mat)
• GravityVector: 重力向量 (Mat)
• Euler: 欧拉角 (Mat)

私有辅助函数

• GetEuler(ushort[] sample, int begin)：
  • 从原始数据帧中提取欧拉角数据。
  • 将原始数据按比例转换为角度值。
  • 返回包含欧拉角数据的 Mat 对象。
• GetAcceleration(ushort[] sample, int begin)：
  • 从原始数据帧中提取加速度数据。
  • 将原始数据按比例转换为加速度值。
  • 返回包含加速度数据的 Mat 对象。
• GetQuat(ushort[] sample, int begin)：
  • 从原始数据帧中提取四元数数据。
  • 将原始数据按比例转换为四元数。
  • 返回包含四元数数据的 Mat 对象。

这段就是对设备的注册

很简单

采集是使用的 FPGA 和 PCI-E

现成的板子

组件图

高速的采集器

使用 FMC 接口，做了一个载板

就是上面这样子

这个是接口

可以看到很漂亮，我圈住的地方是来做同步的

使用这个协议来多个子设备同步时间

还有控制的按键

这个是特性，输出是 DAC 搞刺激的恒流源

同样也是 8 层

在接收的时候就是后面芯片了，串转并

原理图也说了这一点

看，解码的信号线，很多 12bit 的

这个是里面的 DAC

系统集成度很高，围绕 intan64 这个芯片辅以多个传感器设计出了一个强大的采集平台，在传输过程中使用了抗干扰的串并转方案，后端也是为了灵活性使用了自己设计 PIC-E 协议，又灵活又搞笑，扩展性也好。

https://www.cf-hw.org/harp

https://github.com/open-ephys/onix-fmc-host

https://www.iwavesystems.com/product/fmc-loopback-test-module/

https://numato.com/product/nereid-kintex-7-pci-express-fpga-development-board/

https://numato.com/docs/nereid-kintex-7-pci-express-development-board/

https://github.com/open-ephys/onix-headstage-64

https://numato.com/help/wp-content/uploads/2018/01/Nereid4.2.1Sch.pdf