单片机肌电信号开题报告

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常州大学

毕业设计（论文）开题报告

（2014届）

题目基于单片机的肌电信号监测系统设计

学生孙振

学院信息科学与工程学院专业班级自动化 101 校内指导教师吕继东专业技术职务讲师

二○一四年三月

系统成本，以便使应用得到较高的性价比。本课题对肌电信号的采集、特征提取可以用来控制假肢，手势识别和分析肌肉疲劳程度等。

设计框图：

单元电路设计：

1．电极：近年来，随着检测技术和信号处理手段的进步，研究如何用表面EMG 信号代替针电极EMG 进行全面临床无损诊断，已经成为医学和生物医学界研究的恶热点之

一。表面电极测量一般会带来比较明显的工频干扰，一般用工频陷波器来滤除。本设计电极采用Ag ／AgCl 表面电极，它的极化电压很小，能很快稳定下来，有利于肌电信号的检测。

2．高频滤波电路：

3．前级保护电路：

保护电路要求在输入出现高压时不

会损毁电路，二极管选用低漏电的微型二极管

1N4148，其最大允许通过的瞬时电流为100mA 。

它在干扰电极的冲击下，一旦电压过大就会阻

隔，使得仪器本身不会被破坏。

4．前级放大电路（右腿驱动）：

本部分电路包括并联输入差分放大，高通滤波，仪用仪器（三运放）以及右腿驱动电路组成。电路开始选择双运放放大，增益为3，图中R3=R4=20K 。这样既可以提高差模电压，也不会加大极化电压的影响。 fC

R π21=

然后是高通滤波，选择截止频率为10赫兹。根据取 R5=R6=10K，

C2=1. 59μF 在R5与R6之间加跟随器构成共模驱动，消除共模信号的影响。

右腿驱动电路，电路参数如图所示，该电路可以有效抑制共模干扰的能力。电容的作用是使是驱动电路工作稳定。

由于肌电信号的幅值在0.02~5mV之间，因此放大器的总增益为1200~3000。仪用放大器的增益选为200.根据A=1+50K/Rg,得Rg=250Ω.我选用了低噪声的集成仪用放大器MAX4194作为放大器的核心元件来抑制放大器本身的噪声。同时，最大限度地提高肌电信号前置放大器的增益。不仅可以有效地抑制电子器件的噪声，还能提高电路的共模抑制比。MAX4194利用2.5~7.5V的单电源或+-1.35~3.75V的双电源工作,静态电流仅约为93μA.MAX4194为满摆幅输入和输出放大器,摆幅范围为V e e+0．2v～V c c—1．1v。放大器的输入失调电压V o s仅约±50μv，失调电压输入失调电流I o s典型值为±1．0μA，失调电压输入偏置电流I，典型值为6n A。失调电压MAX4194是一种可变增益放大器.放大器的应用领域比较广泛,其中包括医疗设备,热电偶放大器,4~20mA环路发射器,数据采集系统,流量传感器,桥式放大器,传感器/换能器接口,电池供电的便携式设备等.

下面是MAX4194的管脚图和内部结构图。

2.2.2信号采集

肌电信号采集系统的特点及其设计思路肌电信号的幅值和能量是非常微弱，幅值只有μV～mV数量级，所以为了采集出肌电信号需要对微弱的肌电信号信号进行相应的放大处理，才能达到AD采集单元的要求。由于人体本身就是一个导电体，外界的工频干扰及体外的电场、磁场感应都会在人体内形成测量噪声，干扰和影响肌电信息的检测，所以信号的滤波和电路的屏蔽就成为了放大电路研究的重点。

肌电信号的采集电路包括以下几部分：输入电极、前置放大、低通电路、50Hz工频滤波电路、高通电路、可变增益放大电路、有效值电路等针对表面肌电信号这一对象，考虑应用中所遇到的数据采样环节的种种情况，对表面肌电信号数据采集系统的设计都会有如下一些要求：

1）能够完成多路数据采集，而且能够保证同步采集，本实验系统要求6路同步采集；2）有效的表面肌电信号一般为5~500Hz，根据采样定理，每路信号的采样频率需要达到1KHz以上，对于肌电信号，为了保证不失真我们需要取4倍于有效信号的频率，约2KHz；3）具有较高的采样精度；

4）具有丰富的接口，可以方便的与PC机通讯；

5）在能够实现技术指标的前提下尽量选用低成本的方案。根据对象的要求，本文设计的系统主要应用于对人体表面肌电信号的提取和分析，用于后续表面肌电信号模式分类研究，同时提供给实验者一个便于监测和管理的友好界面。完成波形显示、波形分析、数据存储、信号处理等功能，系统框图

数据采集系统在开发研制过程中，经过对现行技术的分析研究，在系统的关键部分都采用了热点技术完成开发，使得本系统比同类数据采集设备更具有完善的功能，高速实时，高精度，高性价比，良好的人机交互界面等特点。系统软硬件在整体开发完成后，需要不断调试整合并进行了一系列 sEMG 信号的采集实验以验证系统的整体性能。主要仪器：电脑编程软件单片机示波器、表面肌电电极、信号放大模块、信号调理模块

三、作者已进行的准备及资料搜集情况

1）对单片机的工作原理和使用方法有所认识；

2）收集了关于单片机的应用实例；

3）了解了肌电信号采集的工作原理和实际应用。

四、阶段性工作计划与预期研究成果

阶段性工作计划：

周次工作内容预定目标

第1-3周翻译外文资料，撰写开题报告完成外文资料的翻译开题报告

第4-6周学习单片机熟悉单片机