便攜式表面肌電采集系統(tǒng)研發(fā).pdf

1、肌電信號是伴隨肌肉纖維收縮而產(chǎn)生的生理電信號?？臻g上相近的幾塊肌肉，其肌電信號通過人體組織、皮膚傳輸?shù)襟w表，即成為表面肌電信號（sEMG）。表面肌電信號機理與應(yīng)用是當前生機電一體化領(lǐng)域研究的熱點問題，通過sEMG特征提取和模式識別，可以判別人體動作，進而應(yīng)用于手寫識別、假肢控制、游戲娛樂輸入等。表面肌電信號具有幅值小、易受干擾的特點，且在研究和應(yīng)用中，通常需要多通道、高精度、長時間、戶外采集 sEMG。sEMG的這些特點和應(yīng)用需求，決定

2、了其采集方案要滿足高精度、高抗干擾性、便攜、低功耗、倍數(shù)穩(wěn)定、多通道等要求。
　　本課題針對國內(nèi)中高端表面肌電采集系統(tǒng)空缺的問題，結(jié)合sEMG采集儀的應(yīng)用需求，開發(fā)了一套便攜式表面肌電采集系統(tǒng)（Portable surface electromyography acquisition system，簡稱EMGAS）。性能、應(yīng)用對比實驗表明，其性能指標達到國際主流水準。本文講述了EMGAS研發(fā)過程中的設(shè)計思路、實現(xiàn)方法、性能計算、實

3、驗驗證。
　　EMGAS由表面肌電信號調(diào)理線（surface EMG signal conditioning wire，簡稱EMGCW）、肌電采集儀（EMG acquisition instrument，簡稱EMGAI）、管理軟件（命名為EMGWIN）三部分組成，實現(xiàn)了sEMG的脫機采集、聯(lián)機采集、實驗管理、特征分析功能。
　　EMGCW用于將sEMG轉(zhuǎn)化為便于處理的伏特級別信號。它通過Ag/AgCl參比電極片從體表拾取sE

4、MG，針對sEMG幅值較小的特點，利用多級放大，實現(xiàn)了穩(wěn)定的放大倍數(shù)；調(diào)理電路的增益頻帶上下限設(shè)定，綜合考慮了sEMG的主要能量頻帶和噪聲分布；對常見的噪聲來源，設(shè)置了針對性的降噪方式；并且對調(diào)理電路進行小尺寸、輕質(zhì)量、低功耗優(yōu)化，進行全屏蔽封裝。
　　EMGAI用于對EMGCW產(chǎn)生的信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換、存儲、上傳。它采用以ARM9為核心的 S3C2440芯片作為運算核心，主頻為500MHz，運算能力強；移植了嵌入式Linux系統(tǒng)，

5、并建立了QT圖形庫環(huán)境，支持多種應(yīng)用功能，可以方便的更新嵌入式應(yīng)用程序；支持U盤，USB無線網(wǎng)卡，全觸摸屏操作；可以通過USB連接到電腦；帶有CAN接口，數(shù)字輸入輸出接口，可以和其他設(shè)備進行連接。采用鋰電池供電，可以連續(xù)工作8小時以上。
　　EMGWIN具有實驗管理、sEMG采集、sEMG數(shù)據(jù)分析三種功能。實驗管理功能細分為受試者管理、實驗方案管理、實驗記錄管理，使得sEMG采集實驗系統(tǒng)化；實驗方案管理功能中，可以圖形化的記錄電極