一种多通道表面肌电采集仪的研制与开发

发布时间：2023-03-25 00:45

　　表面肌电图(surface Electromyography,sEMG)是使用表面电极采集和记录肌肉兴奋时在皮肤表面形成的电位序列的图形。表面肌电通常包含人体肌肉和神经系统的生理状态信息。表面肌电图在人体基础医学研究、生理学研究、病理分析、体育科学运动分析、人机工程和康复辅助等领域发挥了重要作用。本文基于STM32微控制器设计一款表面肌电采集仪,在课题组已有的研究基础上改善了硬件电路设计,增加了检测采集信号中表面肌电图起止点的功能,并采用有效的算法抑制信号中心电波形的干扰,增加肌电评价的有效性。主要内容包括四个方面:1)硬件模拟电路:采用基于仪表放大器AD8220设计的前置放大电路以及右腿驱动电路,抑制共模电压输入;采用Sallen-Key结构的滤波器、Fliege结构的工频陷波器滤除高频、低频和工频噪声;采用AD7682将肌电模拟信号转换为数字信号。2)STM32控制程序:分别采用SPI外设和USART外设接收数据和发送数据,数据传输的进程由DMA控制器主导;采用巴特沃斯数字滤波器消除高频噪声和工频噪声;设计相应的通信协议与上位机的通讯。3)上位机APP:APP能实时显示采集信号波形...

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【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景与目的
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 表面肌电采集仪的国内外研究现状
        1.2.2 表面肌电信号处理的国内外研究现状
    1.3 研究内容和本文结构
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 论文结构
第二章 系统需求分析和方案设计
    2.1 表面肌电采集仪需求分析
    2.2 表面肌电产生机理和特征分析
        2.2.1 表面肌电的产生机理
        2.2.2 表面肌电的特征
        2.2.3 表面电极的选择
        2.2.4 表面肌电输出阻抗的等效模型
    2.3 表面肌电信号的评价指标
        2.3.1 表面肌电信号的时域指标
        2.3.2 表面肌电信号的频域指标计算
        2.3.3 表面肌电信号的其他指标
    2.4 系统总体方案设计
    2.5 本章小结
第三章 四通道表面肌电采集仪的设计
    3.1 硬件电路设计
        3.1.1 前置放大电路
        3.1.2 带通滤波器
        3.1.3 工频陷波器
        3.1.4 ADC系统电路
        3.1.5 STM32最小系统
        3.1.6 通讯模块电路
        3.1.7 电源电路
    3.2 控制程序设计
        3.2.1 STM32程序整体设计
        3.2.2 数字滤波器的设计
        3.2.3 通信协议的设计
    3.3 表面肌电采集仪上位机
    3.4 系统性能评价
    3.5 本章小结
第四章 表面肌电的端点检测算法
    4.1 传统的端点检测算法及其缺点
    4.2 基于短时能量和短时过零率的检测算法及其实现
        4.2.1 短时能量的计算
        4.2.2 短时过零率的计算
        4.2.3 双阈值门限判据
    4.3 端点检测新算法的实验结果
    4.4 本章小结
第五章 滤除表面肌电中心电的算法
    5.1 小波阈值去噪算法
        5.1.1 小波变换理论
        5.1.2 小波阈值去噪算法实现
        5.1.3 小波阈值去噪实验
        5.1.4 算法的优点和缺点
    5.2 基于独立成分分析的表面肌电去噪算法
        5.2.1 独立成分分析理论
        5.2.2 独立成分分析的实现
        5.2.3 独立成分分析实验
        5.2.4 算法的优点和缺点
    5.3 本章小结
总结与展望
    工作总结
    研究展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件



本文编号：3770186