表面肌电信号检测电路的设计

1、PAGE 本科毕业设计（论文） （ 2016 届 ）题 目 表面肌电信号检测电路的 设计学 院 物理与电子工程学院专 业 电气工程及其自动化班 级 12电气工程及其自动化(1）班学 号 1230230007学生姓名 陈梦力指导教师 杨广映 讲师完成日期 2016年3月台州学院毕业设计（论文）学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权台州学院可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于保 密

2、，在一年后，解密适用本授权书.无密级。（请在以上相应方框内打“”）作者签名： 日期： 2016 年 月 日导师签名： 日期: 2016 年 月 日表面肌电信号检测电路的设计Design of surface EMG signal detection circuit学生姓名：陈梦力Student： Chen MengLi指导老师：杨广映 讲师Adviser： lecturer Yang GuangYing台州学院物理与电子工程学院School of Physics & Electronics EngineeringTaizhou UniversityTaizhou, Zhejiang, Chin

3、a2016年3月March 2016台州学院毕业设计（论文） 摘要表面肌电信号是人体肌肉收缩时在皮肤表面产生的一种生物信号，能够反映神经肌肉的活动,所以表面肌电信号在医学研究和体育研究等方面有广泛的应用。本文主要是介绍了对表面肌电信号检测电路的设计。肌电信号具有电压幅度小和低频率的特点。采集电路设计模块主要分为电极信号采集、仪表放大、高通滤波、低通滤波、带阻滤波、差分调压和电源供电电路1-2。最后通过采集卡传输到电脑上通过LabVIEW显示表面肌电信号。研究通过Multisim进行仿真验证,通过实验，电路板可以将表面肌电信号进行实时采集，并显示在电脑上，整体信号清晰.关键词表面肌电信号；仿真软

4、件；检测电路;数据采集卡AbstractThe surface Electromyography signal is a biological signal generated on the surface of the skin of human body muscle contraction， can reflect the neuromuscular activity， so the surface Electromyography signal has been widely used in medical research and sports research.This paper

5、 mainly introduces the design of surface EMG signal detection circuit。 The EMG signal has the characteristics of small amplitude and low frequency voltage. Acquisition module mainly divided into electrode signal acquisition， instrumentation amplifier， high pass filter， low-pass filter, band-pass fil

6、tering, differential voltage and power supply circuit. The acquisition card is transmitted to the computer through the LabVIEW display of surface EMG signal。 Through the research on the Multisim simulation, through the experiment， the circuit board can be surface EMG signal real-time acquisition and

7、 display on the computer, the whole clear signal.Key wordsSurface Electromyography signal; Multisim； Detecting circuit；Data acquisition card目 录 TOC o 12 h z u HYPERLINK l _Toc414038663” 1。 绪论5 HYPERLINK l _Toc414038664 1.1肌电信号研究意义5 HYPERLINK l ”_Toc414038665” 1。2肌电信号研究发展5 HYPERLINK l ”_Toc414038666”

8、 1.3本文研究内容5 HYPERLINK l _Toc414038667 2肌电信号生物基础和特征6 HYPERLINK l _Toc414038668 2.1肌电信号生物基础6 HYPERLINK l ”_Toc414038669” 2。2肌电信号的特征7 HYPERLINK l ”_Toc414038674” 3肌电信号检测电路硬件设计8 HYPERLINK l _Toc414038675 3.1总体设计框图8 HYPERLINK l _Toc414038676” 3.2肌电信号检测电路设计8 3.2.1. 电极采集.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。

9、.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.8 3.2.2。 仪表放大电路。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。9 3。2。3. 高通滤波电路.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.10 3.2。4. 低通滤波电路。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。11 3。2。5. 带阻滤波电路.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.12 3。2。6. 差分调压电路。.。.。.。.。.。.。.。.。

10、.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.12 3.2。7。 供电电源电路.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。13 HYPERLINK l _Toc414038670 4肌电信号检测电路的Multisim仿真13 HYPERLINK l _Toc414038671” 4.1Multisim仿真环境介绍14 HYPERLINK l _Toc414038672” 4。2电路模块仿真测试14 4。2。1. 仪表信号放大电路仿真。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.14 4。2。2。 高通电路仿真.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。

11、.。15 4.2.3. 低通电路仿真。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。16 4.2。4。 带阻电路仿真。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.18 5。 硬件制作及安装.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。19 5.1. 肌电信号检测电路板制作。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.19 5。2。 数据采集卡安装.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。

12、.。.21 HYPERLINK l _Toc414038678” 6肌电信号检测系统调试 PAGEREF _Toc414038678 h 21 HYPERLINK l ”_Toc414038679 6.1调试方法及流程 PAGEREF _Toc414038679 h 21 HYPERLINK l _Toc414038680” 6。2调试中遇到的问题以及解决方法 PAGEREF _Toc414038680 h 21 HYPERLINK l ”_Toc414038681 6。3数据记录与结果分析 PAGEREF _Toc414038681 h 22 HYPERLINK l ”_Toc4140386

13、82” 7总结与展望 PAGEREF _Toc414038682 h 23 HYPERLINK l ”_Toc414038683” 参考文献 PAGEREF _Toc414038683 h 25 HYPERLINK l _Toc414038684” 谢辞 PAGEREF _Toc414038684 h 26 HYPERLINK l _Toc414038684” 附页 PAGEREF _Toc414038684 h 27台州学院毕业设计（论文） 1。 绪论因战争、疾病、事故导致残疾的人越来越多，对于残疾人的医治，使用假肢可以很好地弥补他们在生活上所带来的不便.假肢有很多种，其中肌电假肢是由大脑神

14、经控制肢体肌肉动作产生的肌电信号,电路板采集和检测肌电信号,并控制驱动电机产生动作，肌电假肢使用起来灵活，控制精度高，是将来假肢主要的发展趋势5.肌电信号检测还可以应用于远程医疗，借助仿真机械手进行手术，此外肌电信号检测在运动生物学、科学体育等方面有广泛的应用3。1.1肌电信号研究意义肌肉刺激时会生成一个个电位序号,在皮肤表面聚集,形成表面肌电信号3，9。通过对肌电信号的研究，表面肌电信号在医疗方面和科学体育等方面有广泛的应用。在医疗康复中,对表面肌电信号的采集、检测和分析可以控制微电机让假肢做出相对应的动作,完成相对应的动作。在科学体育中,通过对肌电信号的检测，对肌肉运动中的状态进行研究，促

15、进科学体育的发展3，9.1。2肌电信号研究发展 通过肌电信号特征，来有效采集肌电信号是重要的。在假肢控制和康复研究领域，对于肌电信号与肌肉力的关系,肌电信号与关节转矩间关系，肌肉疲劳时的及肌电信号特征及补偿方法等的研究越来越多14。 1791年加伐尼在蛙类肌肉上做实验,证明肌肉的动作与电信号有一定的关系13。1851年法国的杜波依斯一雷蒙德最早检测到人体肌肉的电信号13。1907年派帕利用弦线检流计记录到人臂肌肉的电势差13。1922年加塞和厄兰格才用阴极射线示波器观察到了肌电图13。到了1950以后,电子技术的发展和计算机的出现，使人们对肌电信号的有了进一步地发展研究.后来微处理器的出现实现

16、了肌电信号定量分析13。这些技术的发展，使得促进了肌电信号检测的发展.1.3本文研究内容本文研究的是对表面肌电信号检测电路的设计，检测电路的作用是将人体表面的肌电通过电路板采集进来，然后将采集到的人体肌电信号传输给数据采集卡，最后将肌电信号在电脑上显示出来。表面肌电信号具有微弱性,交变性,低频性的特点，检测电路主要分为电极信号采集，仪表芯片放大,高通滤波，低通滤波,带阻滤波,差分调压和供电电源这七个模块,通过肌电信号检测电路，将肌电信号有效地采集到电脑端。肌电信号生物基础和特点2.1肌电信号生物基础肌电信号是由脊髓中运动神经元发出的电信号.运动神经元主要是由细胞体、树突、轴突、髓鞘和神经末梢组

17、成，如图2-1。图21神经元结构组成神经元可以传输信号，膜上有很多受体和离子通道,当递质与受体结合时或者膜内外离子浓度发生变化时，细胞膜会产生兴奋或者抑制，并将其信号传输到下一个神经元。细胞质主要是给细胞提供营养。树突是由细胞膜分离出来的像树枝形状的膜，这样可以使得递质与受体结合面积大大增大,从而使细胞膜更加敏感.轴突是由髓鞘包裹，信号通过轴突传递到神经末梢，神经末梢分支很多，膜接触面积就越大，这样可以更加完全地将信号传输到下一个神经元进行信号传输13。图22肌电信号产生原理13肌电信号产生的原理，如图2-2。神经系统产生肌肉动作的指令时，运动神经元产生神经刺激，该刺激经过神经元之间传输,传递

18、到与肌纤维接触的终板上，产生动作电位，将大量的动作信号合在一起就形成了运动单元,最后将很多的神经元所产生的运动单位合起来就形成了肌肉动作行为13。神经电信号通过神经元的传递产生动作电位从而导致肌肉动作，在传播中电信号引起电流场，将电极紧贴皮肤上，肌肉发生动作时，电极上的电位差就是表面肌电信号.2.2肌电信号的特征人身体上每一个部位的肌电是不同的,每一个人的肌电信号也是不同的，但是肌电信号普遍有以下几个特点。1。微弱性。肌电信号是一种微弱信号。信号电压幅度一般在20-300V，所以检测电路中要对肌电信号进行放大，方便后面采集卡的信号采集5。2.交变性.肌电信号一种交流叠加信号。信号的强弱与肌肉动

19、作的力度成正比5。3。低频性.人体表面的肌电信号的频率范围一般在01000Hz之间，能量主要分布在10Hz到200Hz。检测电路中要对肌电信号进行高通、低通过滤，将干扰信号除去,提取出有效的肌电信号5。4。频域法比时域法更好地反应肌电信号的特征。肌肉动作力度发生变化时，时域法的波形可能会有较大的波动，而频域法的波形则变化不大5.3肌电信号检测电路硬件设计3。1总体设计框图 本文主要是研究对肌电信号检测电路的设计，设计框图如图31.整个检测电路件设计结构分为：电极信号采集并放大、仪表放大、高通滤波、低通滤波、带阻滤波、差分调压、供电电源.图3-1 总体设计框图 当人体的肌肉动作时，电极将人体表面

20、上的肌电信号采集进来并对其放大一定的倍数，然后将肌电信号传输给仪表放大芯片，将信号放大，随后肌电信号通过高通滤波，低通滤波和带阻滤波,提取出有效信号。随后将此信号经过差分电路进行调压，输入到数据采集卡里，最后通过数据采集卡将信号传输到PC端，由Labview显示出信号波形.3.2肌电信号检测电路设计3.2.1电极采集电极可以采集和检测生物信号。肌电信号易受外界干扰，选用电极也是十分重要的,尽可能地将肌电信号不失真地采集。一般采用的电极是三点差动式输入电极,一极作为参考点，另外两端作为输入端，三个极板之间距离都是等距的。本文现在采集的肌电信号，采用表面三点差动式输入电极，实用方便，形状像长方形一

21、个，3块电极等间距安装,中间端为参考点，另两端为输入端，这样采集到的肌电信号有基准，不会产生电压漂移4. 放置电极时需注意一下几点：1.清洗皮肤表面，用酒精擦拭干净,减少电极的阻抗.2。检测过程中，电极的导线不要随意挪动，要固定住。3。将电极放置于皮肤表面时,压力要适当，不要过大。3.2。2仪表放大电路 从电极上采集过来的肌电信号虽然经过一定的放大，但是其电压幅值还是很小，所以要用仪表芯片对其信号进行放大。设计时应研究以下几个问题。1。放大器增益范围广且可变。从电极采集过来的信号大概在2mV左右，是一种及其微弱的信号，需要将此信号放大到1V左右，因此放大倍数可以选在500倍左右.2。电路的共模

22、抑制比要大。肌电信号的采集容易受到工频电源和高频信号的干扰，干扰信号在输出端表面为同幅同向的共模信号，设计电路要求要较高的共模抑制比4.3。电路要有很高的输入阻抗.电路的输入阻抗要大于皮肤与电极的之间接触阻抗，这样提高输入信号的准确性. 本文采用了AD620芯片对信号进行放大，差动输入，单端输出。差动输入抑制共模信号，放大差模信号。芯片的电压增益是有一个外接电阻确定，放大倍数1-1000倍，放大范围广,放大倍数调节简单。电压增益公式为G=50K/Rg +1.本次设计Rg阻值设为100欧姆，放大倍数为501倍。为了减少电源干扰信号，芯片供电中都用瓷片电容进行滤波12。电路如图3-2.图3-2 仪

23、表放大电路 3。2。3高通滤波电路采集过来的肌电信号频率在1-1000Hz段,肌电信号能量主要集中在10-200Hz频率段中，所以要对肌电信号进行滤波，滤去一些干扰信号和多余信号，采集有效的肌电信号。本文采用压控式电压源二阶高通滤波.压控式电压源二阶高通滤波电路是由电阻、电容和运放组成的电路，通过电阻和电容值的匹配可以确定滤波器的各个参数指标。肌电信号的下限频率为10Hz，所以本文设置的频率为5Hz12.电路如图3-3。图3-3 压控式电压源二阶高通滤波电路1放大倍数：Aup=1+R7/R6=1+3.4=4.4截止频率:C4=C5=0.1uF，R4=R5=315K，Fp=1/2*R*C=5Hz

24、品质因数：Q=|1/(3Aup)=0.7采用巴特沃斯滤波，使得在频带区没有明显的波动,使整体信号得到稳定1-2。3.2。4低通滤波电路 采集的肌电信号中有很多高频率的干扰信号，通过低通滤波电路除去这些干扰信号,肌电信号的的频率在10-200Hz,设置截止频率为200Hz，尽管会损失一部分的少量肌电信号,但是可以大大的减少噪声和高频干扰信号的影响。本文采用二阶压控电压源低通滤波电路.压控式电压源二阶低通滤波电路是由电阻、电容和运放组成的电路,通过电阻和电容值的匹配可以确定滤波器的各个参数指标。运放芯片是高精度OP07运放，设置截止频率为200Hz1-2.电路如图3-4。图34 压控式二阶低通滤波

25、电路1放大倍数：Aup=1+R18/R17=1+3。4=4.4截止频率：C11=C12=0。4uF,R15=R16=2K，Fp=1/2*RC=200Hz品质因数:Q=|1/（3Aup）=0。7采用巴特沃斯滤波,频带可能有点宽，但在频带区没有明显的波动，使整体信号得到稳定1-2.3。2.5带阻滤波电路整体电源供电是市电,信号中会有工频信号的干扰，设计一个带阻电路滤去杂波。本文采用的是双T网络带阻滤波电路，该电路可以分为一个是高通电路，另一个是低通电路,将这2个电路合并起来实现带阻滤波12，。电路如图3-5。图35 带阻滤波电路通带放大倍数:Aup=1+R22/R21=2。17中心频率：C15=C

26、16=0。35uF,R19=R20=9K，fo=1/2*RC=50Hz品质因素: Q=1/2|2-Aup|=3阻带宽度：BW=fo/Q=16通过电阻和电容值的匹配可以确定滤波器的各个参数指标.实际仿真中当品质因素变大时,虽然阻带宽度会变小，但是会出现频带交叉导致中心频率的放大倍数会增大，而且可能会导致滤波效果不稳定，所以要取合适的品质因素，这样过滤的效果才能达到最好1-2。3.2。6差分调压电路在肌电信号检测过程中，肌电信号可能会发生电压基准偏移,导致整体信号偏移。设计一个差分调压电路就可以将偏移的肌电信号调到基准位置。运放正端输入是由电阻分压控制的电压，另一端接输入的信号，经过差分比例电路，

27、信号进行调压12。电路如图3-6。图36 差分调压电路差分输出电压公式Uo=Rf/R（U+ - U)，其中Rf=R25 ,R=R24，U+为可调电压,U为出入肌电信号电压1-2。通过此差分调压电路可以很好地将信号调整到基准位置，这样就方便后面数据采集卡地信号采集。3.2.7供电电源电路供电电路将+5V电压通过IA0505S芯片装换为5V电压,给运放运放芯片提供电源,之前选择芯片1W,电源的供电电压不能额定值,后来改换芯片功率为2W，使供电电压达到额定值。IA0505S芯片输入为DC+5V，输出选择一端作为参考点，其余两端相对这点参考点输出分别输出正负5V,给运放和芯片提供电源。电路如图37。图

28、3-7 供电电源电路肌电信号检测电路的Multisim仿真 Multisim能对各种不同的电路进行功能仿真,功能强大。本文用Multisim对检测电路中仪表放大电路,高通滤波电路，低通滤波电路和带阻滤波电路进行仿真。4。1Multisim仿真环境介绍 Multisim具有电路原理图的图形输入和电路硬件描述语言输入的方式,有很强的仿真功能10.Multisim通过放置图形元器件，进行电路原理连接，从而达到仿真功能10。Multisim为用户提供了大量的元器件，用户也可以自己制作自己的器件，这样就大大地增强了Multisim的仿真灵活性10。用户可以从元器件选择自己需要的元器件，并对这些元器件进行

29、参数测试,然后将这些元器件按照电路图连接起来,并用Multisim上的虚拟仪器进行功能的测试。本论文使用Multisim10进行电路仿真测试。 Multisim可以将学习过的理论很好地应用到电路当中，为设计电路提供了很好的理论基础。4。2电路模块仿真测试4.2。1. 仪表信号放大电路仿真仪表信号放大是对从电极上采集过来的肌电信号进行放大，仿真时用的INA114芯片，后期制板时由于实验室里没有现成的INA114，所以就用了AD620，两款芯片功能差不多。仿真采用的是INA114AP芯片对肌电信号进行仪表放大，放大的倍数为501倍。输入信号用的是示波器发出的有效值2。8mV的交流电压信号，电源给I

30、NA114AP芯片供电5V,外接电阻100实现放大501倍，分别在输入端和输出端接上万用表和示波器，测量信号的有效值。电路如图41。图4-1 仪表放大电路仿真仿真数据结果如图4-2所示。图4-2 仪表信号放大电路仿真结果如图42所示，输入和输出的万用表显示，输入信号为有效值2。8mA的交流信号,经过INA114芯片放大，输出信号为有效值1.41V的交流信号,放大倍数为501符合设计的要求。4.2。2。 高通电路仿真 设计高通电路截止频率为5Hz，对此电路进行仿真.输入信号采用的是交流电源产生的交流信号,整体电路连接采用的是压控性二阶高通滤波电路，在输入端和输出端接上波特表，测试幅频特性，电源给

31、芯片提供正负5V，输出端和输入端分为接万用表和示波器,万用表用来测试信号电压有效值,示波器是用来检测信号的整体波形.仿真电路如图43。通过不断地改变C3，C4，R3,R4的值来确定合适的幅频特性，最后选定固定值，得到最终仿真结果图。图43 高通电路仿真 仿真结果如图44所示.图4-4 高通电路仿真结果如图所示此显示幅频曲线，蓝色的线是频率线，红线是幅度曲线，截止频率为5Hz，分贝约为10dB，频带响应曲线没有波动，阻频带以10分贝下降12.符合5Hz高通设计的要求。4。2。3。 低通电路仿真设计低通电路截止频率为200Hz.输入信号是交流电源产生的交流信号,在输入端和输出端接上波特表，测试幅频

32、曲线，电源给芯片提供正负5V，输入和输出端也接有万用表和示波器分为测量输入和输出的有效值和波形。整体电路连线按压控性二阶低通电路进行连接，仿真如图45。通过不断地改变R1、R5和C1、C2的值，来确定最终的幅频曲线.最终选定固定值，得到最终的仿真结果图。图45 低通电路仿真仿真结果如图46所示。图46 低通电路仿真结果如图所示显示幅频曲线，绿色的线是频率线，红线是幅度曲线，截止频率为200Hz，以10dB分贝下降至零，频带响应曲线没有明显起伏。符合设计200Hz低通的要求。4.2。4。 带阻电路仿真 带阻有源滤波器，滤去工频50Hz干扰信号。输入为交流信号，电路的输入端和输出端接上波特器,测试

33、幅频特性曲线,电源给芯片提供正负5V，输入和输出端还接有万用表和示波器，分别测量电压的幅值和波形。仿真电路如图47。通过不断地改变C1、C2和R1、R5的值,来确定合适的幅频曲线特征。最终选定固定值,得到最终的仿真结果图.图47 带阻电路仿真仿真结果如图48所示。图4-8 带阻电路仿真结果如图所示显示幅频曲线，绿色的线是频率线,红线是幅度曲线，带阻电路的中心截止频率为50Hz，分贝为18dB，可以有效去除工频干扰信号。曲线整体性好，满足50Hz带阻的设计要求。硬件制作及安装硬件制作主要是制作检测电路板，硬件安装是将数据采集卡安装到电脑上。硬件制作分为画原理图和PCB图，然后将板通过各个工序制作

34、出来。硬件的安装是将电脑上的声卡卡槽拔出来，插上数据采集卡，这样信号就可以通过数据采集卡采集到电脑里，通过电脑显示出来。5.1肌电信号检测电路板制作在Altium Designer软件上画出肌电信号采集电路原理图如图5-1所示。从原理图上看，整体电路分为前端仪表放大,高通滤波，低通滤波，带阻滤波，差分放大和电源供电电路，总共是做2路肌电信号的采集。前端采用的AD620芯片进行放大501倍，高通滤波和低通滤波都是采用的压控式二阶滤波，可以有效地去除杂波,带阻滤波采用的是通用的高低通混叠加滤波，差分放大电路主要是调节肌电信号的幅值，电源供电电路采用的IA0505S芯片,将正5V转化为正负5V，给芯

35、片提供电源。画好原理图之后，将原理图更新到PCB图，并在PCB上排版和布线。如图52所示,为了减少干扰信号，外面全都铺上铜，布局安排是按照信号的传输顺序依次进行布局，封装全都采用插件形式。画完PCB后，然后打印PCB图,在铜板上热转印PCB图，经过腐蚀、打孔、擦板，最后将元器件焊上,并对电路板进行检测，用万能表对每一条线路进行测试,检查焊盘点是否真正地焊上，或者线路是否有断开等问题.图51 肌电信号原理调图图52 肌电信号PCB图画原理图和PCB时，根据具体的芯片型号，建立元器件库，为了尽可能减少干扰,每一个芯片的供电电源都连接了过滤瓷片电容。画PCB时,为了减少噪声的干扰,将整个电路铺上铜。

36、芯片电源的滤波电容尽量靠近芯片，增强滤波效果.布线方向尽可能跟原理图一致,这样可以减少信号在传输过程中的损失9。焊元器件时，不要出现虚焊，最好用万用表对每一条线路进行检测,这样为之后的调试减轻负担。5.2NI PCI6024E数据采集卡安装NI PCI6024E数据采集卡主要将检测电路采集到的肌电信号传输到电脑上，将肌电信号完整地采集进电脑,电脑再通过LabView显示出来肌电信号。NI PCI6024E低价位数据采集板卡。它在各种场合中可以实现高性能的信号传输。它具有16个模拟输入通道，可以到当做8个差模通道，A/D精度为12位17。它有8个数字通道，2个输出通道.整体NI PCI6024E

37、数据采集卡能够实现高性能的信号传输17.在本设计中输出的是2路肌电信号，只需要用到4个模拟输入通道，12位A/D满足对肌电信号采集的精度要求。NI PCI6024E数据采集卡安装，将台式电脑上的声卡取下，将数据采集卡接头接上电脑,并下载驱动,通过LabView显示出采集的数据。数据采集卡上给电路可提供正负5V电压，设置引出2路单独的采集信号端子，连接检测电路的输出端。肌电信号检测系统调试调试是将整个肌电信号检测系统全部连接起来进行调试，连接肌电检测电路板，安装数据采集卡连接电脑。调试中会出现很多问题，一个个慢慢地分析解决，以下介绍我调试的过程。6。1。 调试方法及流程 首先是电路的连接,将电极

38、的一端插在肌电信号采集电路板的输入端，引出电路板上的电源线接在直流电压上，然后将电路板的输出信号接在数据采集卡上，肌电信号传输给另一个同学制作的LalView框图上显示出来。首先是对电极信号的检测，用示波器观察肌电信号波形，高通、低通、带阻电路检测是通过电脑上LalView的幅频图来检测，查看是否高通、低通、带阻电路是否与设计的截止频率一致.放大倍数检测则是显示出的肌电信号检测，检测电压是否达到饱和。6。2调试中遇到的问题以及解决 在调试中发现很多问题.在电极放置皮肤表面的时候，刚开始肌肉动作时，电极未产生较大的反应,后来发现电极不能紧紧压于皮肤表面,要适当力度地放在皮肤表面。调试仪用放大的时

39、候,发现放大倍数过大，导致后面的输出电压一直呈现饱和的状态，所以要减少放大倍数。在滤波调试中，由于所用的电阻和电容元器件是插件，存在一定的误差，所以导致在调试中使截止频率发生一定偏移，后来设计电容不变,将电阻换成滑动变阻器，这样可以灵活调节电阻的阻值，从而使截止频率调到自己想要的频率段。电源方面，之前用的IA0505S芯片的功率是1W的，功率不够，导致输出没有达到额定电压,从而使运放和芯片的供电电压未达到额定值。后来在网上买了一个功率为2W的IA0505S芯片焊上电路板，输出达到额定值，从而解决了功率不够的问题。经过滤波的肌电信号整体幅值为负,后来调节差动电路的滑动电阻器，将信号调压到合适的位

40、置，方面后面数据采集卡地采集输入。6.3数据记录与结果分析将电极放在手臂的肌肉上，肌肉进行伸缩作用。在电脑上通过LalView显示出来。将手臂向上抬起,肌电信号波形显示出来如图6-1。图6-1 手臂上抬肌电信号将手臂放下，也会产生肌肉信号,如图6-2。图6-2 手臂放下肌电信号当拳头握紧时，也会产生肌肉信号，相对之前的信号，拳头握紧的信号幅值更加大，如图63。图6-3 拳头紧握肌电信号肌电信号采样过来的幅频响应如图64所示，设计中对5Hz进行低通滤波，但是现实中，有直流分量的存在，低频段效果不是很明显，50Hz工频滤波效果十分明显，在50Hz处幅值有较大的下降趋势，200Hz高通滤波有明显的滤

41、波效果,将200Hz之后的频率信号逐渐滤去.整体波形和设计的一样，后面可以通过工艺来改善一些杂波信号的干扰，从而使肌电信号更加清晰.图64 幅频响应曲线从采样出来的肌电信号来看,由于电路板制作的工艺,肌电信号中还是有少量的杂波和直流分量存在,对有效信号产生了一定的干扰，但是整体的肌电信号比较清晰明显.总结与展望此次设计主要对肌电信号采集电路板的设计,将肌电信号从皮肤表面上采集到电脑上并通过另一个同学做的Lalview进行数据处理,最终显示在电脑上。由于肌电信号的特征特点,很容易受到外界的干扰,所以屏蔽和消除干扰信号对系统的影响是十分必要的。最后采集到的肌电信号，整体肌电信号是明显清晰的。以后可以利用程序滤波，可以干扰信号大大减少,从而得到更加清晰、可靠的肌电信号。本次设计采集的是健康人的肌电信号，对于残疾人的肌电信号，可能会有不一样，要进行更加深入的研究。未来这种肌电信号实时检测将会使用DSP，DSP处理信息能力更加快，更加强,对以后医疗发展具有巨大的作用。参考文献1 童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第四版）M。北京：高等教育出版社，2006,357-373.2 张国雄.测控电路(第四版）M。北京：机械工业出版社,2014,99-123。3 王健,金小刚。表面肌电信号分析及其应用研究M。中国体育科技，2000,2628。4 韩晓新. 表面肌电信号采集电路的设计J。计算机测量与控