時分復用表面肌電信號采集器的設計課件

指導教師：時分復用表面肌電信號

采集器的設計班級：學生：學號：論文的主要結構PPT的結構和主要內容背景

表面肌電信號(sEMG)是一種復雜的表皮下肌肉電活動在皮膚表面處的時間和空間上的綜合的結果。由于肌電信號是來源于人自身的電信號，因此肌電信號具有直接、自然的特點，如今利用肌電信號這一重要的信息量，可以用來進行肌肉運動、肌肉損傷診斷、康復醫(yī)學以及運動體育等方面的研究。通常，從動作的肌肉表面皮膚處所測取的多通道EMG信號，即可為提供一個安全、非侵入的肌電信號提取方式，由此可用于人類運動和生物機械的研究?？尚行?/p>

基于對體表肌電解碼實現多功能假肢控制。南京大學微弱信號研究中心研制的HB-851系統(tǒng)能采集到原始的肌電信號，能夠比較好的消除噪聲的影響。硬件主要完成對各種生物電信號（如：心電、肌電、腦電）的采集，并對采集到的信號進行調理、放大，進而對信號進行模/數（A/D）轉換，使之進入計算機。

論文的背景、可行性及意義意義

肌電信號實時控制虛擬假肢可以用于截止患者假肢的康復訓練，能減輕殘疾人患者康復訓練過程中生理及心理上的壓力及康復費用，對截肢患者有較大意義。表面肌電信號在運動醫(yī)學中也發(fā)揮重要作用，通過檢測運動員運動時的表面肌電信號，能及時反映出肌肉的疲勞和興奮狀態(tài)，有助于建立正確的訓練方法。

論文的背景、可行性及意義

論文的背景、可行性及意義目前肌電信號檢測設備十分昂貴，大多在十萬元左右，且不易攜帶。如果設計出一種小型的可穿戴設備將大大減小檢測成本。截圖來自阿里巴巴網站一、肌電信號產生機理、特點、應用肌電信號的產生原理肌電信號發(fā)源于作為中樞神經一部分的脊髓中的運動神經元。運動神經元的細胞體處在其中，其軸突伸展到肌纖維處，經終板區(qū)（哺乳類神經肌肉接頭為板狀接頭，故稱終板或稱運動終板motorendplate）與肌纖維耦合（是生化過程性質的耦合）。與每個神經元聯(lián)系著的肌纖維不只一條。這些部分合在一起，構成所謂運動單位，如圖所示。

肌電信號原理

各肌纖維在檢測點間引起電位的總和構成運動單元的動作電位（MUAP）。由于軸突上的電發(fā)放是脈沖序列，因此檢測點間引起的也是動作電位的序列（MUAPT）。

肌電信號特點

資料表明，表面肌電信號是一種非常微弱的生物電信號，其正常人的幅值往往在100～5000μV，其峰―峰值一般在0～6mV，均方根在0～1.5mV，一般有用的信號頻率成分位于0～500Hz范圍內，其中主要能量集中在50～150Hz范圍內，如波士頓大學神經肌肉研究中心發(fā)現利用雙極型模型得到的肌電頻譜分布在20～500Hz，絕大部分頻譜集中在50～150Hz之間。典型特征：（1） 微弱性：肌電信號是一種微弱的電信號，峰峰值一般在0~5mV左右，肌肉收縮時為60~300μV；放松時約為20~30μV，而且一般不會超過噪音水平；（2） 交變性：肌電信號是交流電壓信號，它在幅值上與肌力大致成比例；（3） 低頻性：采用表面電極時，肌電信號能量主要集中在1KHz以下。一般有用的信號頻率位于0~500Hz內，其中絕大部分頻譜集中在50~150Hz之間；（4） 頻域參數比時域參數更能反映肌電特征。因為當肌力大小稍有變化時，其時域波形變化較大，而頻域特征變化不是很大；（5） 同一塊肌肉在不同動作時，幅頻特性曲線形狀在一定程度上很相似。

肌電信號的應用

1.運動員的訓練2.人機工程學設計3.康復工程4.神經病人的治療5.基礎理論研究二采集電路的設計思路

1、采集電路板思路2、控制電路板思路3、濾波電路的設計4、陷波器選用原因二采集電路的設計思路

肌電電極位置采集握拳all、中指彎曲middle、食指彎曲ring、手腕內側wrist,完全放松relax，電極黏貼位置如圖。實驗：圖中通道1為尺側腕屈肌、通道2為肱橈肌、通道3為橈側腕伸肌、通道4為指伸肌。人體前臂肌肉圖相對于其他地方的肌肉上臂的信號容易采集、幅度大小比較適合前置放大電路為什么要差分放大器？50Hz工頻陷波放大電路為什么要陷波器？低通濾波電路為什么要低通濾波？控制電路部分主要元器件穩(wěn)壓元器件：7805、7905（±5V穩(wěn)壓）單片機：STC12C5A60S2(51系列單片機）TLC5615:提供階梯信號CD4051：模擬開關（實現時分復用）音頻接口：3F07雙聲道音頻接口排針:提供杜邦線接口采集電路部分主要元器件INA128：差分放大器F42N50：50Hz工頻陷波器LM358：運算放大器3296系列：滑動變阻器W104W202階梯電壓效果圖測試電路連通性階梯電壓效果圖采集電路板正弦波測試階梯電壓效果圖采集電路板正弦波測試階梯電壓效果圖采用CD4051產生的階梯如下圖所示放大倍數效果圖采用INA128和F42N50的二級放大效果圖階梯電壓效果圖采集到的肌電信號如下圖所示

由于時間和經驗的限制，在設計的過程中還存在很多不足的地方，有待于在今后的工作中進行進一步的完善和解決。下面列出一些需要改進的地方：1.肌電信號微弱，如何更有效的抑制干擾信號，提高表面肌電信號的質量，始終是肌電信號檢測電路的重要研究內容。本文的抑噪電路還有待于進一步完善。2.在數據處理和人體運動的模式識別方面