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关于表面肌电信号检测系统的信号处理综合实训报告

肌电的应用近几年已经逐步普及。但对于肌电信号检测系统这一领域的知识还是不够了解,那么就需要我们的更多科研人员对此作出更多的文献。今天我们就分享一篇来自西安科技大学的关于肌电信号处理综合实训的报告。希望能够帮助对此有兴趣的人有更深入的了解。  

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delsys全无线表面肌电测试系统

EMG传感器与3D加速度传感器混合在同一个传感器上,这种革命性的混EMG/运动,以可靠的方式提供前所未有的数据组合。其新型设计具有产品预期的无可匹敌的高品质性能,还可以在一个软件包中自由记录噪音源。

一、研究的目的、意义  

目的:表面肌电信号的检测主要是为了临床诊断及康复医学、运动医学等领域的研究分析。  

意义:表面肌电(surfaceelectromyography,sEMG)信号是神经肌肉系统在进行随意性和非随意性活动时的生物电变化经表面电极引导、放大、显示和记录所获得的一维电压时间序列信号,其振幅约为0-5mV,频率0-500Hz,信号形态具有较强的随机性和不稳定性。与传统的针式肌电图相比,sEMG的空间分辨率相对较低,但是探测空间较大,重复性较好。  

基础研究表明,sEMG信号源于大脑运动皮层控制之下的脊髓α运动神经元的生物电活动,信号的振幅和频率特征变化取决于不同肌肉活动水平和功能状态下的运动单位活动同步化、肌纤维募集等生理性因素,以及探测电极位置、信号串线(crosstalk)、皮肤温度、肌肉长度和肌肉收缩方式等测量性因素的共同作用。  

在控制良好的条件下,上述sEMG信号活动的变化在很大程度上能够定量反映肌肉活动的局部疲劳程度、肌力水平、肌肉激活模式、运动单位兴奋传导速度、多肌群协调性等肌肉活动和中枢控制特征的变化规律,因而对于体育科学研究、康复医学临床和基础研究等具有重要的学术价值和应用意义。  

随着人们对肌电信号研究与了解的日益深入和肌电检测技术的进步,肌电信号处理手段的发展与肌电信号处理的广泛应用成为肌电信号研究的一个突出特点。肌电检测不仅是基础研究的需要,而且对于了解人体神经系统信息及康复工程都有着深远的意义。  

二、实训内容  

本组内容:肌电信号时域波形及频谱在上位机中的显示与处理  

软件环境:LABVIEW  

具体工作:LABVIEW和VISA的安装配置,程序的设计及后期的调试,以实现用LABVIEW进行串口通信,将所得数据转换并显示为波形的目的。  

三、方案设计、工作流程  

方案设计:  

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工作流程:  

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第一周:搜集资料,安装配置LABVIEW软件  

第二周:程序总体的设计及优化  

第三周:,模拟信号进行仿真  

第四周:连接硬件电路板进行调试  

四、实验结果  

曲臂时的波形  

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轻屈臂效果(干扰小,波形稳定)  

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五、结果分析讨论  

由图1~4波形可知,手臂的动作的强度不同,采集到的肌电信号有所差异,即波行的幅值有变化,其幅值范围在0.1mV~5mV,频率范围为10Hz~500Hz,主要频率成分是10Hz~300Hz,由图5~6看出,所采集肌电信号波形清晰,噪声成分较小,几乎没有明显工频噪声。信号频率主要分布在5~350Hz,幅度约为5.5mV,与参考资料的肌电信号幅度、频谱接近。基本符合预期结果。  

六、小组协作情况  

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七、总结  

本次我们的课题是表面肌电信号的采集与显示,我们组主要的任务是显示部分,采用labview软件实现。由于自己是第一次使用该软件,第一周时间大部分时间都用于了解学习labview。下面是自己关于labview的一些认识和总结:  

Labview是一种程序开发环境,由美国NI公司研制开发它是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言-G图形语言,Labview采用数据流编程方式,程序框图中节点之间的数据流向决定了程序的执行顺序。在labview中创建一个VI文件,该文件包含三部分,分别是前面板,程序框图和图标/连线板,对一个VI文件的操作包含控件面板,函数面板,工具面板的使用运行,调试等。  

Labview提供了大量的工具与函数用于数据采集、分析、显示和存储。用户可以在数分钟内完成一套完整的从仪器连接、数据采集到分析、显示和存储的自动化测试测量系统。(广泛地应用于汽车、通信、航空、半导体、电子设计生产、过程控制和生物医学等各个领域)。  

对于整个labview串口通信及波形显示的总体程序图中存在的一些问题及关键点自己总结了以下几点:  

关键点:labview中利用VISA节点进行串口通信  

VISA即虚拟仪器软件体系结构,实质上是一个I/O口软件库及其规范的总称。VISA是应用于仪器编程的标准I/0应用程序接口,采用面向对象编程,具有很好的兼容性、扩展 性和独立性。中利用VISA节点进行串行通信编程。为了方便用户使用,labview将这些VISA节点单独组成一个子模块,共包含8个节点,分别实现初始化串口、串口写、串口读、中断以及关闭串口等功能。  

VISA串口的配置中应该注意的问题:  

1.停止位不是常数1,1.5,2等,实际是10,15,20数值。  

2.终止符,一般默认是真,终止符一般默认是OA,即换行符。  

3.字节数的确定,利用一个读取缓冲区字节数,读到字节数,就确定了VISA读取里面那个字节数,然后用读取VISA读出来。  

未解决的问题  

收发收据过程中不同步,导致收到的数据会有错误,以致影响到最后的信号波形没有达到预期的结果。  

本次课设的收获与不足:通过本次课设对信号处理有了更进一步的认识,肌电信号从采集到显示过程中需进行放大,电压抬升,滤波,A/D转换等多步处理,其中肌电信号属于微弱信号,有明显的噪声及工频干扰,电路不稳定。在数据传输与发送之间也存在误差,不能确保完全无误传输。导致出现问题最重要的原因就是组与组之间没有协调好,整个系统调试的太晚,最后没有完美的展示出波形图非常遗憾,虽然课设结束了,但是我认为我们的工作还没有结束,在数据发送与接收之间应该继续完善。同时感谢组员及各位老师的指点。  


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