高密度表面肌电信号采集系统研究

发布时间：2017-03-28 12:16

  本文关键词：高密度表面肌电信号采集系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：表面肌电信号(surface Electromyography, sEMG)是人体神经肌肉活动产生的生物电信号,能反应人体重要的生理状态和医学信息,常用于医学康复诊断、肌肉疲劳评估和人机交互应用。在此基础上出现的高密度表面肌电(HD-sEMG)研究,能够获取表面肌电的空间拓扑分布和更丰富的生理信息。由于其需要高精度、高空间分辨率和高质量的肌电信号,这对采集系统的便捷性、响应性和续航能力等方面提出了更高要求。本文在考虑可穿戴性、实时性、高通量等基础上,对sEMG采集系统架构和传输网络设计进行了深入研究,设计了基于模块化分层架构、有线USB结合无线WIFI传输模式、异步采集和同步聚合方法、双缓存和时隙切换的高精度同步机制的实时肌电采集通信系统。并对其中的硬件设备、软件平台和通信机制进行了相应设计和优化。本文还提出了用于表面肌电信号采集的阵列式柔性肌电电极的制备方法,同时本文还对表面肌电信号中混入的工频干扰和基线漂移噪声进行了分析,并设计了几种轻量级的实时滤波算法。为验证系统功能和算法机制,本文还构建了实验平台装置,实现了128通道1KHz采样率16bit精度sEMG信号的实时采集、处理和传输。通过测试,在采用通信周期为50ms下,通道间同步误差小于320us,刷新率可达20Hz,系统的平均延时小于80ms,满足高密度表面肌电信号采集的要求。
【关键词】：高密度表面肌电信号 实时传输 时隙切换 时间同步 工频干扰
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN911.7;R318
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 课题研究背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.3 本文研究内容及章节安排13-14
• 第2章 系统架构和硬件平台设计14-24
• 2.1 系统架构14-16
• 2.2 阵列式柔性肌电电极16-19
• 2.2.1 电极设计影响因素16-17
• 2.2.2 阵列式柔性表面肌电电极17-19
• 2.3 硬件设计19-24
• 2.3.1 采集节点19-20
• 2.3.2 USB Hub20-22
• 2.3.3 设备节点22-24
• 第3章 软件平台设计24-35
• 3.1 采集节点软件设计24-25
• 3.2 设备节点软件设计25-30
• 3.2.1 Linux操作系统及驱动开发25-26
• 3.2.2 驱动程序开发26-28
• 3.2.3 应用程序设计28-30
• 3.3 PC平台程序设计30-35
• 3.3.1 接口抽象层与设备驱动层31-32
• 3.3.2 应用层和界面设计32-34
• 3.3.3 肌电的可视化34-35
• 第4章 通信机制与算法35-47
• 4.1 通信网络分析35-36
• 4.2 采集节点与设备节点36-40
• 4.2.1 USB协议及应用36-38
• 4.2.2 时隙通信过程与协议38-40
• 4.3 设备节点与PC平台40-42
• 4.3.1 TCP/IP协议及应用40-41
• 4.3.2 C/S通信过程41-42
• 4.4 全局时隙同步通信机制42-45
• 4.5 实时响应性设计与延时优化45-47
• 第5章 噪声抑制和信号调理47-58
• 5.1 工频干扰简介47-48
• 5.2 物理降噪48-50
• 5.3 工频干扰滤波算法50-57
• 5.3.1 工频干扰分析与信号建模50-51
• 5.3.2 巴特沃茨陷波器51-53
• 5.3.3 线性参数估计53-55
• 5.3.4 基于RLS滤波55-57
• 5.4 基线漂移57-58
• 第6章 系统测试与总结58-65
• 6.1 实验平台与采集测试58-60
• 6.2 通信周期确定和传输延时分析60-62
• 6.3 同步误差测试与结果分析62-63
• 6.4 本文总结63-64
• 6.5 研究展望64-65
• 参考文献65-69
• 攻读学位期间发表的学术情况及科研情况说明69

【参考文献】

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本文编号：272257