CN106037728A - 表面肌信号采集器 - Google Patents
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Abstract
本发明所述表面肌信号采集器，包括中央处理器和与中央处理器连接的信号调理电路、电压检测电路、信号转换电路及存储器，所述信号调理电路与EMG采集电极连接，所述信号转换电路还与USB接口连接。本发明所述表面肌信号采集器，大大降低了肌电信号的干扰源，提高了装置的使用便利性，使用方便灵活，采集的肌电信号干扰小。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路领域，具体地，涉及一种表面肌信号采集器。
背景技术
肌电信号（EMG）是众多肌纤维中运动单元动作电位（MUAP）在时间和空间上的叠加。表面肌电信号（SEMG）是浅层肌肉EMG和神经干上电活动在皮肤表面的综合效应，能在一定程度上反映神经肌肉的活动；相对于针电极EMG，SEMG在测量上具有非侵入性、无创伤、操作简单等优点。因而，SEMG在临床医学、人机功效学、康复医学以及体育科学等方面均有重要的实用价值。
随着检测技术和信号处理手段的发展，用SEMG代替针电极EMG进行全面临床无损诊断已成为生物医学和医学界研究的热点问题之一。人体的SEMG很微弱、易受干扰，测量难度大，如何有效采集提取SEMG已成为SEMG应用的关键技术之一。
目前应用的SEMG采集装置大多将采集到的SEMG通过导线传送到数据采集卡或特定的医疗仪器进行分析处理，采样电极粘贴于皮肤表面，电极供电则间接来自市电。这种方法的显著不足如下：（1）需要专用仪器完成信号采集，应用场合受限制，如无法采集短跑运动中的运动员肢体SEMG；（2）因有导线相连，当肢体运动时，易导致电极与皮肤间的相对运动，影响采集结果；（3）供电电源由市电处理后获取，引入了较大的工频干扰，增加了数据处理难度；（4）若导线较长，则极易引入环境中的其他干扰，如电磁干扰等。
发明内容
为克服现有肌电信号采集装置的技术缺陷与不足，本发明公开了一种表面肌信号采集器。
本发明所述表面肌信号采集器，包括中央处理器和与中央处理器连接的信号调理电路、电压检测电路、信号转换电路及存储器，所述信号调理电路与EMG采集电极连接，所述信号转换电路还与USB接口连接。
优选的，还包括与中央处理器连接的LED指示灯。
优选的，所述信号转换电路为CP2021，还包括与信号转换电路连接的供电电路，所述供电电路与USB接口连接。
优选的，所述中央处理器为MSP430F167。
优选的，所述EMG采集电极为Ag/AgCl表面电极。
优选的，所述存储器为FLASH。
本发明所述表面肌信号采集器，大大降低了肌电信号的干扰源，提高了装置的使用便利性，使用方便灵活，采集的肌电信号干扰小。
附图说明
图1是本发明一种具体实施方式示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
本发明所述表面肌信号采集器，包括中央处理器和与中央处理器连接的信号调理电路、电压检测电路、信号转换电路及存储器，所述信号调理电路与EMG采集电极连接，所述信号转换电路还与USB接口连接。
根据神经生理知识，肌肉动作电位将产生-90mV到30mV的电势差，由于人体是电的不良导体（1MΩ数量级内阻），故从体表的贴片电极上只能获得1mV左右的峰值。SEMG中往往混合着甚低频（接近直流）和高频的干扰信号，而有效的肌电信号频谱分布在10-500Hz间。故从贴片电极检测出的信号需经过高通滤波（隔直处理）、高倍放大、低通滤波（滤除高频干扰）等信号调理过程。
如图1所示，采样电极采用Ag/AgCl表面电极，其极化电压小，能快速获得稳定的肌电信号。本设计中一个电极由三片相互平行的Ag/AgCl电极构成，中间电极为参考地端，两侧两个构成差分输入端。引入的参考地端电极有效降低了噪声干扰，提高了共模抑制能力。
信号调理电路主要包括高通滤波、高倍放大、低通滤波几个部分。若将电极拾取的体表肌电信号直接接入高倍放大器，则由于噪声的影响，输出信号易发生漂移并很快达到饱和，故先将信号接入高通滤波电路后再送入高倍放大电路。高倍放大电路中采用仪用放大器INA118，其共模抑制比高达115dB，失调电压<50uV，只需外挂一个精密电阻就可设定1~10000的放大倍数。为滤除高频噪声，放大后的信号被接入低通滤波器，低通滤波截止频率设定为600Hz。本系统采用电压稳定、纯净的电池供电，且避免了外部导线易引入的干扰，故可省去常见的50Hz陷波器。使用50Hz陷波器存在消除部分50Hz有用信号的缺点。
MCU采用MSP430F167，其片内外围丰富，有DMA、12位AD模块（ADC12）、硬件乘法器（MPY）、USART、16位Timer及多达48个I/O口。本系统中，利用ADC12对肌电信号采样，并对采样结果进行滤波处理，提高了采样的准确性；DMA配合ADC12使用，大大提高了读取AD采样结果的速度；MPY极大提高了数据处理速度。本系统运行于8M时钟下，且设定采样频率为2000Hz，完全满足采样间隔要求。
FLASH采用了8Mbit的SST25VF080B，与MCU间采用SPI接口，操作方便。本系统中，每个采样数据占两个字节，可记录近500秒的肌电信号，完全满足肌电信号的一般处理需要。特别是，当需要完整记录运动员在某一运动过程中肌电信号变化情况时，本装置特有的无线连接及超长存储时间的优点是传统采集仪所不具备的。
系统由3.6V锂电池供电，经高效的RH5RL33AA后为系统提供+3.3V电源，同时系统对电池电压进行监控，当电池电量不足时通过LED发光提示。按键用于启动、停止肌电信号采集，也可实现其他基本操作。考虑到系统低功耗及精简的需要，本设计中未采用液晶或数码管显示，仅通过两个LED灯指示系统的当前状态。
本装置的USB接口用于与PC机进行通讯，操作简单方便。当需要将采集的肌电信号上传到PC机分析处理时，MCU从FLASH内读取存储的肌电信号，通过UART接口发送到CP2102。CP2102用于实现USB信号与UART之间的转换。CP2102与MCU及存储电路之间独立供电，在肌电信号采集阶段及系统待机状态下，CP2102不消耗电池能量；当与PC机通讯时，CP2102供电电路工作，其中的BM1117-3.3将USB总线的+5V电源转换为+3.3V向CP2102供电。
如上所述，可较好的实现本发明。
Claims (6)
1.表面肌信号采集器，其特征在于，包括中央处理器和与中央处理器连接的信号调理电路、电压检测电路、信号转换电路及存储器，所述信号调理电路与EMG采集电极连接，所述信号转换电路还与USB接口连接。
2.根据权利要求1所述的表面肌信号采集器，其特征在于，还包括与中央处理器连接的LED指示灯。
3.根据权利要求1所述的表面肌信号采集器，其特征在于，所述信号转换电路为CP2021，还包括与信号转换电路连接的供电电路，所述供电电路与USB接口连接。
4.根据权利要求1所述的表面肌信号采集器，其特征在于，所述中央处理器为MSP430F167。
5.根据权利要求1所述的表面肌信号采集器，其特征在于，所述EMG采集电极为Ag/AgCl表面电极。
6.根据权利要求1所述的表面肌信号采集器，其特征在于，所述存储器为FLASH。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610428420.9A CN106037728A (zh) | 2016-06-16 | 2016-06-16 | 表面肌信号采集器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610428420.9A CN106037728A (zh) | 2016-06-16 | 2016-06-16 | 表面肌信号采集器 |
Publications (1)
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| CN106037728A true CN106037728A (zh) | 2016-10-26 |
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ID=57168303
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN201610428420.9A Withdrawn CN106037728A (zh) | 2016-06-16 | 2016-06-16 | 表面肌信号采集器 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN106037728A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111714123A (zh) * | 2020-07-22 | 2020-09-29 | 华南理工大学 | 一种人体腰背部表面肌电信号的检测系统和方法 |
-
2016
- 2016-06-16 CN CN201610428420.9A patent/CN106037728A/zh not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111714123A (zh) * | 2020-07-22 | 2020-09-29 | 华南理工大学 | 一种人体腰背部表面肌电信号的检测系统和方法 |
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