表面肌电信号检测与分析硬件部分(附件)
近几年，伴随科学技术的高速发展，越来越多的人开始从事对表面肌电信号的探究，而且将其运用在肌肉生理、肌肉代谢、康复医学及体育运动等方面的研究和神经肌肉疾病诊断。 本次设计的目的是如何采集分析人体表面肌电信号。为了实现表面肌电信号的采集分析功能，所采用的硬件电路大致包括制作电极、放大电路、滤波电路、A/D转换电路、接口电路等。通过以单片机C8051F320为主板，通过AD620AR，LM324AD，AD8672AR几个放大器，MAX660稳压器，以及通过电容电阻组成的滤波电路。设计出可以实现最终输出肌电信号的振幅在0-5000μV，频率在0-1000Hz的电路。 本毕业设计详细阐述了表面肌电信号采集系统的硬件部分，包括各个硬件器材以及其原理和最终显示的结果。关键词 肌电信号，单片机电路，采集与分析目录
1 引言 1
1.1 课题的研究意义 1
1.2 国内外研究现状 1
2 肌电信号采集系统的设计 2
2.1 肌电信号采集系统的特点及其设计思路 2
2.2 论文的主要研究内容 3
2.3 本研究要解决的主要问题 3
2.4 表面肌电信号采集电极 3
2.5 表面肌电信号前置放大电路 4
2.6 表面肌电信号高通滤波电路 5
2.7 低通滤波器设计 7
2.8 工频陷波器设计 7
2.9 电平抬高电路设计 8
2.10 电源设计 9
3 单片机 10
3.1 单片机的主要特点 10
3.2 单片机的主要特点 11
3.3 单片机的引脚及封装 11
4 印制电路板抗干扰设计 12
4.1 地线，电源线的布线 12
4.2 元器件的布局及信号线布线 12
5 电路性能评价和实物图 13
5.1 性能评价 13
5.2 实物图 14
结论 16
致谢 17
参考文献 18
附录 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
装 11
4 印制电路板抗干扰设计 12
4.1 地线，电源线的布线 12
4.2 元器件的布局及信号线布线 12
5 电路性能评价和实物图 13
5.1 性能评价 13
5.2 实物图 14
结论 16
致谢 17
参考文献 18
附录A总电路图 19 1 引言
本章将sEMG有关的知识和它在诸多领域的运用进行了介绍，包含sEMG是如何产生的生理学基础以及它的检测方式，和目前国内外的应用领域和应用远景。sEMG已经被在临床诊断、康复工程、运动医学等领域上得到普遍利用[1-3]，国内外大量数据和文献资料表明，sEMG的幅值范围一般是10~ 5000μV，当肌肉收缩60 ~ 300 V时，弛豫时间约为20 ~ 30 V[4]。此外，通过电极获取sEMG往往有很多干扰信号，包括人体表面心电信号、电极接触噪声、电磁场干扰、工频干扰等。国外肌电采集系统已发展多年，由于表面肌电信号弱的特点和复杂的硬件电路的干扰，肌电信号放大和提取的问题得到了较好的解决，但价格高、信号量高，不能直接修改底层代码添加算法，不便于研究应用。本文设计的肌电信号采集系统，主要用于人体佩戴便携式采集仪，要求小型和轻便。
1.1课题的研究意义
表面肌电信号是肌肉收缩时伴有的电气信号，是由肌肉兴奋的运动单位的皮肤覆盖的动态小信号表面顺序动作电位的募集，英文名称sEMG，在临床医学，肌电测试已经成为某些神经肌肉疾病诊断的一个有力的技术措施。在野外体能训练和运动生物学，sEMG已经成为运动员和其他人员的分析的基础上。因此，对表面肌电信号的检测与分析也被人们关注。
近年来,由于科学技术水平的发展,更多的人开始入手下手sEMG的研究,在肌肉的生理、肌肉的代谢、康复医学及体育运动等方面的研究调查和神经肌肉疾病诊断并将其运用。同时,因为生物电信号的微薄性,如何有效获得肌电信号亦是一项拥有挑战性的研究。
1.2国内外研究现状
自1791年伽伐尼证明了肌肉的收缩和电有着紧密的联系以来, 1851年法国的杜波依斯一雷蒙德是第一个检测到人体的肌肉进行随意收缩时能够产生电信号, 1922加塞和厄兰格用阴极射线示波器代替传统的振镜看肌电图后，从而获得1944诺贝尔奖。加拿大公司被认为是世界领先的制造的表面肌电信号范畴的领军厂商，通过30年的发展，表面肌电图的提取，分析，技术培训已成为全世界公认的最高标准。其专利的数字传感器技术，原始信号的有效回收，多通道肌电图，心电图，脑电图等生理参数的数据分析。提供多种功能，并支持完整的数据分析，细分分析，实时分析，和开放的数据输出到电脑，SPSS，MATLAB。肌电信号的采集系统，可以实现对外国公司的肌电信号的采样，但由于价格昂贵、兼容性差，和可移植性差，所以我们的康复工程，不便肢体人工控制。
而国内肌电信号采集技术已经有很多年的技术累积。因此很多专家开始了以超越国外医学研究水平为目标的课题实施。然而，基于微机革命生物医学工程的研究是80年代初。国内近几年来肌电信号采集放大系统的发展快速。南京大学的信号研究中心研究中心可以收集原始肌电信号，可以消除噪声的影响。对Pclab生物信号采集与处理部分主要完成各种生物信号的采集和非生物信号的硬件，然后进行调整，放大，和A / D转换，使得它进入电脑。中国已经发展出了采集系统，更好地实现表面肌电信号的提取，但对假肢控制的未来还是会由于繁琐的配置量带来不便。
2肌电信号采集系统的设计
2.1肌电信号采集系统的特点及其设计思路
振幅和肌电信号的能量很小，且振幅μV～mV，所以肌电信号放大满足AD采集单元的要求。因为人体自己就是个导电体，所以体外的电场，磁场感应以及身体外部的电场都会在人体内产成一种名叫测量噪声的噪声[5]，从而影响和干扰是肌电信号的检测，因此，信号的滤波和放大电路的电路已成为研究的重点，下图2.1就是典型微小信号放大电路的组成的结构。
图2.1肌电信号采集框图
根据图2.1，肌电信号采集电路主要包括以下几部分：收集电极，低噪声前置放大器，高通滤波器，50Hz陷波和低通电路，AD转换电路等。
2.2论文的主要研究内容
这次设计主要研究的内容是sEMG采集分析系统的硬件部分。硬件包括表面电极，预调理电路，数字转换模拟和传输电路，和电脑。通过本系统可以在采集，分析，显示达到人体表面肌电信号，帮助研究者发现人类的肌电信号和身体的动作发出的关系，从而进一步研究搭建平台。
构建一套完整的仪器设备，首先要分析对象的特点，开展研究。其次，确定数据的采集，存储过程，数据处理的标准化；
1采集肌电信号和放大信号。
2.肌电信号的采集过程中程序编写与调试。
3.肌电信号的显示并最终保存显示结果。
2.3本研究要解决的主要问题
对于这次研究，其中有很多问题，于我而言，最主要包括一下两点问题：
1. 肌电信号本身很微弱。为了收集和检测的表面肌电信号，最重要的是考虑噪声干扰，降低噪声，提高信号的保真度。
2. 还有在肌电信号采集过程中各种噪声，由于肌电信号的实际精度不高，所以可以通过一些仿真软件考虑继续设计更复杂、更优良的滤波电路。
2.4表面肌电信号采集电极
对于人体的肌肤电的检测
1 引言 1
1.1 课题的研究意义 1
1.2 国内外研究现状 1
2 肌电信号采集系统的设计 2
2.1 肌电信号采集系统的特点及其设计思路 2
2.2 论文的主要研究内容 3
2.3 本研究要解决的主要问题 3
2.4 表面肌电信号采集电极 3
2.5 表面肌电信号前置放大电路 4
2.6 表面肌电信号高通滤波电路 5
2.7 低通滤波器设计 7
2.8 工频陷波器设计 7
2.9 电平抬高电路设计 8
2.10 电源设计 9
3 单片机 10
3.1 单片机的主要特点 10
3.2 单片机的主要特点 11
3.3 单片机的引脚及封装 11
4 印制电路板抗干扰设计 12
4.1 地线，电源线的布线 12
4.2 元器件的布局及信号线布线 12
5 电路性能评价和实物图 13
5.1 性能评价 13
5.2 实物图 14
结论 16
致谢 17
参考文献 18
附录 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
装 11
4 印制电路板抗干扰设计 12
4.1 地线，电源线的布线 12
4.2 元器件的布局及信号线布线 12
5 电路性能评价和实物图 13
5.1 性能评价 13
5.2 实物图 14
结论 16
致谢 17
参考文献 18
附录A总电路图 19 1 引言
本章将sEMG有关的知识和它在诸多领域的运用进行了介绍，包含sEMG是如何产生的生理学基础以及它的检测方式，和目前国内外的应用领域和应用远景。sEMG已经被在临床诊断、康复工程、运动医学等领域上得到普遍利用[1-3]，国内外大量数据和文献资料表明，sEMG的幅值范围一般是10~ 5000μV，当肌肉收缩60 ~ 300 V时，弛豫时间约为20 ~ 30 V[4]。此外，通过电极获取sEMG往往有很多干扰信号，包括人体表面心电信号、电极接触噪声、电磁场干扰、工频干扰等。国外肌电采集系统已发展多年，由于表面肌电信号弱的特点和复杂的硬件电路的干扰，肌电信号放大和提取的问题得到了较好的解决，但价格高、信号量高，不能直接修改底层代码添加算法，不便于研究应用。本文设计的肌电信号采集系统，主要用于人体佩戴便携式采集仪，要求小型和轻便。
1.1课题的研究意义
表面肌电信号是肌肉收缩时伴有的电气信号，是由肌肉兴奋的运动单位的皮肤覆盖的动态小信号表面顺序动作电位的募集，英文名称sEMG，在临床医学，肌电测试已经成为某些神经肌肉疾病诊断的一个有力的技术措施。在野外体能训练和运动生物学，sEMG已经成为运动员和其他人员的分析的基础上。因此，对表面肌电信号的检测与分析也被人们关注。
近年来,由于科学技术水平的发展,更多的人开始入手下手sEMG的研究,在肌肉的生理、肌肉的代谢、康复医学及体育运动等方面的研究调查和神经肌肉疾病诊断并将其运用。同时,因为生物电信号的微薄性,如何有效获得肌电信号亦是一项拥有挑战性的研究。
1.2国内外研究现状
自1791年伽伐尼证明了肌肉的收缩和电有着紧密的联系以来, 1851年法国的杜波依斯一雷蒙德是第一个检测到人体的肌肉进行随意收缩时能够产生电信号, 1922加塞和厄兰格用阴极射线示波器代替传统的振镜看肌电图后，从而获得1944诺贝尔奖。加拿大公司被认为是世界领先的制造的表面肌电信号范畴的领军厂商，通过30年的发展，表面肌电图的提取，分析，技术培训已成为全世界公认的最高标准。其专利的数字传感器技术，原始信号的有效回收，多通道肌电图，心电图，脑电图等生理参数的数据分析。提供多种功能，并支持完整的数据分析，细分分析，实时分析，和开放的数据输出到电脑，SPSS，MATLAB。肌电信号的采集系统，可以实现对外国公司的肌电信号的采样，但由于价格昂贵、兼容性差，和可移植性差，所以我们的康复工程，不便肢体人工控制。
而国内肌电信号采集技术已经有很多年的技术累积。因此很多专家开始了以超越国外医学研究水平为目标的课题实施。然而，基于微机革命生物医学工程的研究是80年代初。国内近几年来肌电信号采集放大系统的发展快速。南京大学的信号研究中心研究中心可以收集原始肌电信号，可以消除噪声的影响。对Pclab生物信号采集与处理部分主要完成各种生物信号的采集和非生物信号的硬件，然后进行调整，放大，和A / D转换，使得它进入电脑。中国已经发展出了采集系统，更好地实现表面肌电信号的提取，但对假肢控制的未来还是会由于繁琐的配置量带来不便。
2肌电信号采集系统的设计
2.1肌电信号采集系统的特点及其设计思路
振幅和肌电信号的能量很小，且振幅μV～mV，所以肌电信号放大满足AD采集单元的要求。因为人体自己就是个导电体，所以体外的电场，磁场感应以及身体外部的电场都会在人体内产成一种名叫测量噪声的噪声[5]，从而影响和干扰是肌电信号的检测，因此，信号的滤波和放大电路的电路已成为研究的重点，下图2.1就是典型微小信号放大电路的组成的结构。
图2.1肌电信号采集框图
根据图2.1，肌电信号采集电路主要包括以下几部分：收集电极，低噪声前置放大器，高通滤波器，50Hz陷波和低通电路，AD转换电路等。
2.2论文的主要研究内容
这次设计主要研究的内容是sEMG采集分析系统的硬件部分。硬件包括表面电极，预调理电路，数字转换模拟和传输电路，和电脑。通过本系统可以在采集，分析，显示达到人体表面肌电信号，帮助研究者发现人类的肌电信号和身体的动作发出的关系，从而进一步研究搭建平台。
构建一套完整的仪器设备，首先要分析对象的特点，开展研究。其次，确定数据的采集，存储过程，数据处理的标准化；
1采集肌电信号和放大信号。
2.肌电信号的采集过程中程序编写与调试。
3.肌电信号的显示并最终保存显示结果。
2.3本研究要解决的主要问题
对于这次研究，其中有很多问题，于我而言，最主要包括一下两点问题：
1. 肌电信号本身很微弱。为了收集和检测的表面肌电信号，最重要的是考虑噪声干扰，降低噪声，提高信号的保真度。
2. 还有在肌电信号采集过程中各种噪声，由于肌电信号的实际精度不高，所以可以通过一些仿真软件考虑继续设计更复杂、更优良的滤波电路。
2.4表面肌电信号采集电极
对于人体的肌肤电的检测
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/dzkxyjs/2024.html
