近红外实验设计（一）

Posted 2023-03-27

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首先，我们思考下，前人大牛在fMRI实验设计中说过的一句话。

在fNIRS实验设计中同样适用，我们对大脑的活动的变化，就是通过这些神经影像来客观反映的，那我们的实验该如何呈现使大脑活动变化更能说明问题，这就是我们更要思考的。

在fNIRS近红外脑成像技术中来说，我们前期做实验设计要注意的三点：

（1）对大脑探测区域的锁定（比如，现在常见的做认知领域——前额叶；运动领域——运动区）

（2）对激活信号的预期特性

（3）研究的具体假设

以上涉及具体选择何种实验设计？Block design or Event-related (ER) design ?

主要的设计类型有Block design and Event-related (ER) design.这两种是在近红外实验设计中最常见的设计方法。

Block design

这种设计总体来说出来的统计效力好，比较容易出效应结果，这也是一般做基础实验常用的方法。但是这种也会存在小瑕疵，估计的血流响应时间不是很准确，做多次重复实验后受试者容易产生反应定势，实验条件越多，所需要做的实验时长越长。

Event-related (ER) design

这种实验设计有比较好的Estimation，特别对于实验过程中产生的motion artifacts非常有效，因为这是非常明显的，在后期的数据分析中，有利于剔除。但是这种实验设计也会存在缺点 ——poor detection power ，因为在实验条件上，往往因为trial数不够，造成数据的不足。

当然，现在的实验设计更多的是以研究的具体假设来设计，但最基础的往往离不开以上两种常规的设计，可以有变式，在实验中加Jitter等，但遵循的规律是大同小异的。今天就浅谈到这里，我们后面再慢慢深入探讨相关具体的实验设计，小问题，大学问，还有很多小细节值得我们深思。

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声控红外实验

一、实验简介

个人学习制作的一个小实验，功能为用一块板子的语音和红外功能去控制另一块板子的LED灯亮灭以及蜂鸣器响应。

二、所用模块

1.STM32F4系列板子2个

2.LD3320语音识别模块1个

3.红外收发模块2个（自带NEC编码、解码）

4.蜂鸣器模块1个

5.供电模块1个（5V、3.3V）

三、实验原理

1.STM32与LD3320采用SPI通讯控制

2.STM32与红外模块采用USART串口通讯控制

四、实验操作

1.将LD3320代码移植到第一块F4板子；

2.将一个红外模块连接到第一块F4板子；

3.将一个红外模块和蜂鸣器模块连接到第二块F4板子。

注：操作都比较简单，就省略细节。整个实验唯一比较麻烦的地方在于语音模块的代码移植。厂家配套的LD3320程序为F1系列板子的程序，移植到F4系列板子需要花一定时间和精力，且容易出错。

五、实验现象

1.我设置了6个指令，分别是

#define CODE_KHD      1	 /*打开黄灯*/
#define CODE_GDHD	  2	 /*关掉黄灯*/
#define CODE_KLD	  3	 /*打开蓝灯*/
#define CODE_GDLD	  4	 /*关掉蓝灯*/
#define CODE_KFMQ	  5	 /*开蜂鸣器*/
#define CODE_GDFMQ	  6	 /*关掉蜂鸣器*/

2.说出响应指令，第一块板子识别之后，发出相应的红外指令，第二块板子接收识别后，执行响应指令。

六、实验总结

1.移植与调试方面

整个实验花时间最多的地方就是LD3320模块代码的移植和调试。搞硬件的东西，有时候很神奇，完全不知道错在哪里，是代码？还是硬件？还是供电？直到找出问题所在之前，都需要一个一个排查。看起来简单的东西，可能要花不少时间。

①如果不想在这里耗太久，有一个需要注意的事项，就是买模块，要先看看有没有配套资料、资料齐不齐全等，因为一般情况下淘宝店家也不会提供技术支持，买来的模块如果需要自己修改驱动，很头大的，对能力要求也比较高。像这块LD3320，就不需要动驱动，移植到F4板子只需要修改一些宏定义、引脚、GPIO配置等比较简单的东西，SPI时序都是不需要碰的。

②我刚入门，只用过几个模块，我发现它们的程序都是基于F1系列的板子写的，我由此推测网上很多模块的资料例程都是基于F1系列的，所以拿F1系列的板子去用这些模块，会省不少麻烦。回头想这也正常，因为网上流行的教程也多用F1的板子，一般情况下F1板子也完全够用了。但是有一点好处，就是跨板子型号的移植，会让你学得更好。

2.供电方面

关于供电问题的教训。

我买了两个几块钱的那种5伏/3.3伏的供电模块。我调好的代码隔了一段时间重新使用，发现语音功能不正常了，我以为是我不知什么时候缺心眼改过代码，又怀疑硬件连接有问题，或是有些杜邦线坏了，整来整去，最后用ADC功能测试供电，才发现是供电的问题。我丢掉了第一个供电模块，然后用了第二个。之前出现的语音问题解决了，整个的运行也正常了一下下，然后红外出问题了。因为语音问题解决了，所以我没立马怀疑供电。倒来倒去，怀疑可能是红外模块坏掉了。当时已经把新的红外模块加入购物车，最后抱着尝试的心理把红外的5V供电让串口CH340来承担，然后······然后就正常了。

七、LD3320指令修改

1.修改 LDCChip.c 中的数组。

uint8 LD_AsrAddFixed(void)
{
	uint8 k, flag;
	uint8 nAsrAddLength;
	#define DATE_A 6    /*数组二维数值*/  /* 对应6条指令 */
	#define DATE_B 40		/*数组一维数值*/  /* 每条指令长度上限 */
	 uint8  sRecog[DATE_A][DATE_B] = {
	 											"da kai huang deng",\\    /* 指令的拼音 */
												"guan diao huang deng",\\
												"da kai lan deng",\\
												"guan diao lan deng",\\
												"kai feng ming qi",\\
												"guan diao feng ming qi"
															};	/*添加关键词，用户修改*/
	 uint8  pCode[DATE_A] = {
	 															CODE_KHD,\\
																CODE_GDHD,\\
																CODE_KLD,\\
																CODE_GDLD,\\
																CODE_KFMQ,\\
																CODE_GDFMQ\\
															};	/*添加识别码，用户修改*/

2.修改 LDChip.h 中的宏定义。

//识别码（客户修改处）
#define CODE_KHD      1	 /*打开黄灯*/
#define CODE_GDHD	  2	 /*关掉黄灯*/
#define CODE_KLD	  3	 /*打开蓝灯*/
#define CODE_GDLD	  4	 /*关掉蓝灯*/
#define CODE_KFMQ	  5	 /*开蜂鸣器*/
#define CODE_GDFMQ	  6	 /*关掉蜂鸣器*/

3.修改 LD3320_main.c 中的case语句，与上述宏定义对应。

							 switch(nAsrRes)		   /*对结果执行相关操作,客户修改*/
						                    {
									  case CODE_KHD:			/*命令“开黄灯”*/
															
									  YELLOW_LED_ON();  /* 发送打开黄灯的红外指令 */
													  
				Usart_SendString(USART1,"“打开黄灯”命令识别成功\\r\\n"); /*发送提示到电脑*/
																						 														break;																			  
									case CODE_GDHD:	 /*命令“关掉黄灯”*/
															
									YELLOW_LED_OFF();
														
			    Usart_SendString(USART1,"“关掉黄灯”命令识别成功\\r\\n"); /*text.....*/
																						 														break;
																					
									case CODE_KLD:		/*命令“开蓝灯”*/
															
									BLUE_LED_ON();
														
				Usart_SendString(USART1,"“打开蓝灯”命令识别成功\\r\\n"); /*text.....*/
																																				break;																									
														
									case CODE_GDLD:		/*命令“关掉蓝灯”*/
															
									BLUE_LED_OFF();
														
				Usart_SendString(USART1,"“关掉蓝灯”命令识别成功\\r\\n"); /*text.....*/
																																				break;		
														
									case CODE_KFMQ:		/*命令“开蜂鸣器”*/
															
									BEEP_ON();
														
				Usart_SendString(USART1,"“开蜂鸣器”命令识别成功\\r\\n"); /*text.....*/
														
														    																					break;	
														
									case CODE_GDFMQ:		/*命令“全灭”*/
												
									BEEP_OFF();	
														
				Usart_SendString(USART1,"“关掉蜂鸣器”命令识别成功\\r\\n"); /*text.....*/
																																				break;
																			
														default:break;
													}	

八、实验图像

1.实验全图

2.LD3320语音模块

3.红外收发模块

注①：有需要的话，去我的主页可以下载配套资料“LD3320、红外资料.zip”，代码都在里面（标准库）。
注②：视频演示链接：https://www.bilibili.com/video/BV1Rq4y1P7Ai?from=search&seid=15995230125716490857&spm_id_from=333.337.0.0