1、LOGO指导教师：时分复用表面肌电信号时分复用表面肌电信号采集器的设计采集器的设计n班班级级：n学学生：生：n学号学号：LOGO论文的主要结构论文的主要结构时分复用表面肌电信号采集器的设计LOGOPPT的结构和主要内容的结构和主要内容第一部分第二部分第三部分u背景 表面肌电信号表面肌电信号(sEMG)是一种复杂的表皮下肌肉电活动在皮肤表是一种复杂的表皮下肌肉电活动在皮肤表面处的时间和空间上的综合的结果。由于肌电信号是来源于人自身的面处的时间和空间上的综合的结果。由于肌电信号是来源于人自身的电信号，因此肌电信号具有直接、自然的特点，如今利用肌电信号这电信号，因此肌电信号具有直接、自然的特点，如今
2、利用肌电信号这一重要的信息量，可以用来进行肌肉运动、肌肉损伤诊断、康复医学一重要的信息量，可以用来进行肌肉运动、肌肉损伤诊断、康复医学以及运动体育等方面的研究。通常，从动作的肌肉表面皮肤处所测取以及运动体育等方面的研究。通常，从动作的肌肉表面皮肤处所测取的多通道的多通道EMG信号，即可为提供一个安全、非侵入的肌电信号提取信号，即可为提供一个安全、非侵入的肌电信号提取方式，由此可用于人类运动和生物机械的研究。方式，由此可用于人类运动和生物机械的研究。u可行性 基于对体表肌电解码实现多功能假肢控制。南京大学微弱信号研基于对体表肌电解码实现多功能假肢控制。南京大学微弱信号研究中心研制的究中心研制的
3、HB-851 系统能采集到原始的肌电信号，能够比较好系统能采集到原始的肌电信号，能够比较好的消除噪声的影响。硬件主要完成对各种生物电信号（如：心电、肌的消除噪声的影响。硬件主要完成对各种生物电信号（如：心电、肌电、脑电）的采集，并对采集到的信号进行调理、放大，进而对信号电、脑电）的采集，并对采集到的信号进行调理、放大，进而对信号进行模进行模/数（数（A/D）转换，使之进入计算机。）转换，使之进入计算机。 论文的背景、可行性及意义论文的背景、可行性及意义u意义 肌电信号实时控制虚拟假肢可以用于截止患者假肢的康复训练，能减轻肌电信号实时控制虚拟假肢可以用于截止患者假肢的康复训练，能减轻残疾人患者康
4、复训练过程中生理及心理上的压力及康复费用，对截肢患者有残疾人患者康复训练过程中生理及心理上的压力及康复费用，对截肢患者有较大意义。较大意义。 表面肌电信号在运动医学中也发挥重要作用，通过检测运动员运动时的表面肌电信号在运动医学中也发挥重要作用，通过检测运动员运动时的表面肌电信号，能及时反映出肌肉的疲劳和兴奋状态，有助于建立正确的训表面肌电信号，能及时反映出肌肉的疲劳和兴奋状态，有助于建立正确的训练方法。练方法。 论文的背景、可行性及意义论文的背景、可行性及意义 论文的背景、可行性及意义论文的背景、可行性及意义 目前肌电信号检测设备十分昂贵，大多在十万元左右，且不易携带。如果设计出一种小型的可穿
5、戴设备将大大减小检测成本。截图来自阿里巴巴网站一、一、肌电信号的产生原理肌电信号的产生原理 肌电信号发源于作为中枢神经一部分的脊髓中的运动神经元。运动神肌电信号发源于作为中枢神经一部分的脊髓中的运动神经元。运动神经元的细胞体处在其中，其轴突伸展到肌纤维处，经终板区（哺乳类神经元的细胞体处在其中，其轴突伸展到肌纤维处，经终板区（哺乳类神经肌肉接头为板状接头，故称终板或称运动终板经肌肉接头为板状接头，故称终板或称运动终板motor endplate）与）与肌纤维耦合（是生化过程性质的耦合）。与每个神经元联系着的肌纤维肌纤维耦合（是生化过程性质的耦合）。与每个神经元联系着的肌纤维不只一条。这些部分合
6、在一起，构成所谓运动单位，如图所示。不只一条。这些部分合在一起，构成所谓运动单位，如图所示。 肌电信号原理肌电信号原理 各肌纤维在检测点间引起电位的总和构成运动单元的动各肌纤维在检测点间引起电位的总和构成运动单元的动作电位（作电位（MUAP）。由于轴突上的电发放是脉冲序列，因）。由于轴突上的电发放是脉冲序列，因此检测点间引起的也是动作电位的序列（此检测点间引起的也是动作电位的序列（MUAPT）。）。 肌电信号特点肌电信号特点 资料表明，表面肌电信号是一种非常微弱的生物电信号，其正常人的幅资料表明，表面肌电信号是一种非常微弱的生物电信号，其正常人的幅值往往在值往往在1005000V，其峰，其峰峰
7、值一般在峰值一般在06mV，均方根在，均方根在01.5mV，一般有用的信号频率成分位于，一般有用的信号频率成分位于0500Hz 范围内，范围内， 其中主要能其中主要能量集中在量集中在50150Hz 范围内，如波士顿大学神经肌肉研究中心发现利用双范围内，如波士顿大学神经肌肉研究中心发现利用双极型模型得到的肌电频谱分布在极型模型得到的肌电频谱分布在20500Hz，绝大部分频谱集中在，绝大部分频谱集中在50150Hz 之间。之间。典型特征：典型特征：（1）微弱性：肌电信号是一种微弱的电信号，峰峰值一般在微弱性：肌电信号是一种微弱的电信号，峰峰值一般在05mV 左右左右，肌肉收缩时为，肌肉收缩时为60
8、300V；放松时约为；放松时约为2030V，而且一般不会超过，而且一般不会超过噪音水平；噪音水平；（2）交变性：肌电信号是交流电压信号，它在幅值上与肌力大致成比例；交变性：肌电信号是交流电压信号，它在幅值上与肌力大致成比例；（3）低频性：采用表面电极时，肌电信号能量主要集中在低频性：采用表面电极时，肌电信号能量主要集中在1KHz 以下。一以下。一般有用的信号频率位于般有用的信号频率位于0500Hz 内，其中绝大部分频谱集中在内，其中绝大部分频谱集中在50150Hz 之间；之间；（4）频域参数比时域参数更能反映肌电特征。因为当肌力大小稍有变化时频域参数比时域参数更能反映肌电特征。因为当肌力大小稍
9、有变化时，其时域波形变化较大，而频域特征变化不是很大；，其时域波形变化较大，而频域特征变化不是很大；（5）同一块肌肉在不同动作时，幅频特性曲线形状在一定程度上很相似。同一块肌肉在不同动作时，幅频特性曲线形状在一定程度上很相似。 肌电信号的应用肌电信号的应用 1.运动员的训练2.人机工程学设计3.康复工程4.神经病人的治疗5.基础理论研究二二 采集电路的设计思路采集电路的设计思路 1、采集电路板思路2、控制电路板思路3、滤波电路的设计4、陷波器选用原因二二 采集电路的设计思路采集电路的设计思路 肌电电极位置肌电电极位置u 采集握拳采集握拳all、中指弯曲、中指弯曲middle、食指弯曲、食指弯曲
10、ring、手腕内侧、手腕内侧wrist,完全放松完全放松relax，电极黏贴位置如图。，电极黏贴位置如图。实验：图中通道实验：图中通道1 1为尺侧腕屈肌、为尺侧腕屈肌、通道通道2 2为肱桡肌、通道为肱桡肌、通道3 3为桡侧腕伸为桡侧腕伸肌、通道肌、通道4 4为指伸肌。为指伸肌。 人体前臂肌肉图人体前臂肌肉图相对于其他地方的肌肉上臂的信号容易采集、幅度大小比较适合前置放大电路前置放大电路为什么要差分放大器？50Hz工频陷波放大电路工频陷波放大电路为什么要陷波器？低通滤波电路低通滤波电路为什么要低通滤波？控制电路部分控制电路部分主要元器件稳压元器件：7805、7905（5V稳压）单片机：STC12
11、C5A60S2(51系列单片机）TLC5615:提供阶梯信号CD4051：模拟开关（实现时分复用）音频接口：3F07双声道音频接口排针:提供杜邦线接口采集电路部分采集电路部分主要元器件INA128：差分放大器F42N50：50Hz工频陷波 器LM358：运算放大器3296系列：滑动变阻器 W104 W202阶梯电压效果图阶梯电压效果图测试电路连通性测试电路连通性阶梯电压效果图阶梯电压效果图 采集电路板正弦波测试采集电路板正弦波测试阶梯电压效果图阶梯电压效果图采集电路板正弦波测试采集电路板正弦波测试阶梯电压效果图阶梯电压效果图u 采用采用CD4051产生的阶梯如下图所示产生的阶梯如下图所示放大倍
12、数效果图放大倍数效果图u 采用采用INA128和和F42N50的二级放大效果图的二级放大效果图阶梯电压效果图阶梯电压效果图u 采集到的肌电信号如下图所示采集到的肌电信号如下图所示 由于时间和经验的限制，在设计的过程中还存在很多由于时间和经验的限制，在设计的过程中还存在很多不足的地方，有待于在今后的工作中进行进一步的完善和不足的地方，有待于在今后的工作中进行进一步的完善和解决。下面列出一些需要改进的地方：解决。下面列出一些需要改进的地方： 1.肌电信号微弱，如何更有效的抑制干扰信号，提高表肌电信号微弱，如何更有效的抑制干扰信号，提高表面肌电信号的质量，始终是肌电信号检测电路的重要研究面肌电信号的
13、质量，始终是肌电信号检测电路的重要研究内容。本文的抑噪电路还有待于进一步完善。内容。本文的抑噪电路还有待于进一步完善。 2.在数据处理和人体运动的模式识别方面，本文还需要在数据处理和人体运动的模式识别方面，本文还需要进一步深入的研究。进一步深入的研究。 3.数据的采集还是需要依靠计算机，设计一种可以实现数据的采集还是需要依靠计算机，设计一种可以实现无线数据传输的肌电信号采集系统，可以使得肌电信号数无线数据传输的肌电信号采集系统，可以使得肌电信号数据采集更加及时和方便。据采集更加及时和方便。 这是本次毕业设计的遗憾之处。这是本次毕业设计的遗憾之处。 三、存在不足之处及展望三、存在不足之处及展望Thank you! 谢谢观看谢谢观看！ THE END.
