前臂表面肌电信号调理采集电路

《电子技术》课程设计报告

课题：前臂表面肌电信号调理采集电路

班级电科1121班学号16

学生姓名吴天驰

专业电子科学与技术

系别电子与电气工程学院

指导教师电子技术课程设计指导小组

淮阴工学院

电子与电气工程学院

2014年6月

1 设计目的

a)培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力。

b)学习较复杂的电子系统设计的一般方法，了解和掌握模拟、数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题的能力，由学生自行设计、自行制作和自行调试。

c)进行基本技术技能训练，如基本仪器仪表的使用，常用元器件的识别、测量、熟练运用的能力，掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用仿真软件、实验设备进行调试和数据处理等。

d)培养学生的创新能力。

2 设计要求

表面肌电信号是一种微伏级的微弱信号。频率范围为5-500Hz 。采集过程包括：拾取、放大、调理、模数转换等环节。

3 总体设计

银/氯化银 数字输出 电极

图1 前臂表面肌电调理采集电路框图

总体设计框图

图3-1为前臂表面肌电调理采集电路框图。该前臂表面肌电调理采集电路由以下几部分组成：（1）初级放大电路（2）50Hz 模拟陷波电路（3）10Hz 高通滤波电路（4）50Hz 低通滤波电路 （5）绝对值放大电路（6）A/D 转换电路 电路组成图及工作原理

初步放大

模数转换

陷波-滤波-放大

图2 初级放大电路

100Hz模拟陷波电路 100Hz高通滤波电路

图3

100Hz低通滤波电路绝对值放大电路

图4

采集电路工作原理

考虑到表面肌电信号是一种μV 级微弱信号,为了提高信号的信噪比,电极拾取的信号须经过初级放大。初级放大电路和拾电电极共同封装成表面肌电信号传感头,并通过低噪声信号线外部引线接到后续处理电路中。由于表面肌电信号传感器空间十分有限,所以初级放大电路要求尽量简单。初级放大电路采用差分式设计,电路图如图 2 所示,其中,节点 MIDGND 为+;R2,R4,C2 组成一个简易的低通滤波器;C3,R5,R6,C4 则是一个高通滤波器。高倍放大前的低通滤波可滤除部分噪声,高通滤波则可滤除直流信号,以防在高倍放大时使运放达到饱和状态。调理电路工作原理

从残臂表面采集的表面肌电信号微弱(一般 0~6mv),易受到残臂肌肉自身、信号采集系统、肢体所处的外界环境等诸多因素的干扰。设计信号调理电路对采集表面肌电信号进行工频去噪、高通滤波及低通滤波等处理,以获得较干净的表面肌电信号,为后期的肢体运动模式识别做好准备。不同人或相同人不同时间下的肌肉表面采集的信号会有幅值的不稳定性,为后期的动作识别带来一定的系统误差,因此为尽量消除幅值的差异性,绝对值电路设为增益可调的放大电路,将采集的表面肌电信号调整到特定的阈值区间内进行运动模式识别。表面肌电信号是假手进行伸腕、屈腕、展权、握拳等动作的运动控制源信号,该信号的有效处理是必要的。

各框图的功能和实现该功能的可选电路及特点

1) 初级放大电路：表面肌电信号是一种μV 级微弱信号,为了提高信号的信噪比,电极拾取的信号须经过初级放大。

2)信号调理电路：设计信号调理电路对采集的表面肌电信号进行工频去噪、高通滤波及低通滤波等处理,以获得较干净的表面肌电信号,为后期的肢体运动模式识别做好准备。

3)A/D转换电路：能将模拟量转换成数字量的电子电路,简称ADC或A/D。模数转换器是利用数字系统分析、处理。

4）银/氯化银电极：由表面覆盖有氯化银的多孔金属银浸在含Cl⁻的溶液中构成的电极，电势稳定，重现性很好，是常用的参比电极。它的标准电极电势为+(25℃)。优点是在升温的情况下比甘汞电极稳定。

电路制作所需的工具

工具名称工具数量

电烙铁 1

万用表 1

剪刀 1

镊子 1

钳子 1 元器件列表

元件名称元件数量

TL084 2

TL082 1

AD574 1

AT89S52 1 MAX232 1 36MHz晶体谐振器 1

510电阻 1 1K电阻 2

2K电阻 5

电阻 1

10K电阻8 20K电阻 4

30K电阻 1

51K电阻 2

68K电阻 2

82K电阻 1

100K电阻 1

300K电阻 2

1M电阻 2

电阻 1

电容 1

200pF电容 1

电容 4

电容 2

电容 2

电容 2

钽电容 1

4 单元电路设计

TL084芯片

·宽共模（向上到Vcc+）和微分电路（VOLTAGERANGE）

·低输入偏置电流和偏置电流

·输出短路保护

·具有结型场效应管（J-FET）高输入阻抗

·内部频率补偿

·锁存的自由操作

·高压摆率：16V/μs（典型值）

描述说明：

该TL084，TL084A 和TL084B 是四输入运算放大器与高速J – FET（结型场效应管）的结合良好的匹配，高电压的J - FET 和双极晶体管电路在一个单片回路范围。

这些器件具有高转换率，低输入偏置和偏置电流，低失调电压温度系数。

图5 TL084引脚图

1号引脚：输出端1 14号引脚：输出端4

2号引脚：反相输入端1 13号引脚：反相输入端4 3号引脚：正相输入端3 12号引脚：正相输入端4