近几年,随着虚拟现实技术的成熟,科学家能够在虚拟现实场景下构建传统实验室无法创造的沉浸式、交互式体验。实验环境的创新使得心理学家欲在情绪识别领域进行更多的研究。因此,在头戴显示器上使用可穿戴传感设备采集生理信号研究情绪引起了学界高度关注,并成为了新的科研热点。虽然科研人员迫切开展实验,但目前业界仍缺乏支持相关研究的硬软件集成工具和平台。研究者苦恼于传统生理监测仪的线缆繁琐,准备冗长,数据不同步等问题。因此,本文依托于虚拟现实下情绪识别的背景和技术现状,提出了“一体化”“标准化”“可视化”3点需求,研发了称之为“情绪生理感知头盔交互界面”的可穿戴生理信号检测系统。该系统由在面部前端实时感知生理信号的柔性板、后端处理信号的板卡、蓝牙适配器和图形显示终端组成,其生物电采集通道底噪约1.2μVpp,共模抑制比基本保持80 d B以上,续航长达23 h。经过采集验证,各信号采集质量较好,有助于科学家在虚拟现实场景中开展各种情绪实验。结构上,本系统遵循人机工学和人因工程,创新性地与头戴显示器进行了一体化设计。其中,贴附在面部垫圈上的信号感知前端柔性板呈独特的椭圆环形,并参照功能需求和放置规范,部署了脑电、眼电、皮肤电生物电电极以及温度、脉搏波、加速度传感器。通过Type-C,前端柔性板垂直地连接至信号的处理板卡,板卡用外壳固定,并紧贴头戴显示器的塑料平面上侧。整个下位机通过蓝牙与计算机通信。硬件上,系统的设计集中于处理板卡部分。板卡的模拟前端调理电路基于ADS1299-4芯片和分立运放搭建,部分电路通过Simscape仿真进行了验证。数字部分由MOS管开关控制、n RF 52832低功耗蓝牙主控单元与电源管理模块构成。整个下位机的数字部分与模拟部分在靠近AD转换处进行单点磁珠分割。软件上,设计了下位机的52832控制程序,它驱动芯片,同步数据并组包向蓝牙适配器进行无线通信。适配器程序接收来自下位机的蓝牙数据包,转为面向通用计算机的UART数据。之后,计算机上的Python程序借助QT,pyserial等开源库实现了具有数据解码、实时解算与滤波、离线存储与波形显示的图形用户界面。本文引用JJG 1043-2008标准测量了系统的生物电信号计量性能指标。同时,测试了系统的功耗,软件功能和通信质量。最后,通过静息实验、皮肤电试验和脉搏波信号质量评估,验证了本系统采集相关的生理信号的有效性。