便携式肌电信号采集及人体动作识别

作者：李顼 
 
作者单位：山东格橹特康复器具有限公司
 
关键词：    表面肌电信号；信号采集；液晶显示；KL25Z128VLK4处理器； INA128 ；LM324；LM385D-1.2      

摘要

自行设计前端模拟电路采集人体手臂、腿上的表面肌电信号，并进行一定的信号滤波，包括低通、高通，放大后通过KL25Z128VLK4处理器的A/D实现模数转换，进而简单数字滤波、处理，绘制表面肌电图(sEMG)以及通过特征提取、模式识别等方法，判别人体一部分的简单动作。

引言

1.1 设计背景

肌电信号作为生物电信号的一种，是产生肌肉动力的电信号根源，它是肌肉中很多运动单元的动作电位在时间和空间上的叠加，很大程度上上反应了神经、肌肉的运动状态。从获取肌电信号的来源来看，一般有两种，一种是通过针电极插入肌肉获取，即针式肌电信号，其优点是干扰小，易辨识，但是会对人体造成伤害；另外一种通过电极片获取人体皮肤表面的肌电信号，即表面肌电信号（sEMG），这种方法比较简单，对人体也没有伤害，比较常用。本设计中采集的是表面肌电信号。
表面肌电信号可以从人体很多部位获取，比如小腿、大腿、腰、后背、颈部等，从不同部位获取的表面肌电信号携带着相应部位的运动和功能信息。例如，腿上的肌电信号反应腿部的运动状态，如行走、跑步、蹲下等。将表面肌电信号用于研究人体运动状态有着非常重要的价值。在医疗康复工程中，表面肌电信号可以用于病人治疗，在仿生学中，表面肌电信号可以用于人工假肢的研究。

1.2设计目的

这次研究表面肌电信号采集主要有三点原因，一是自己在大学本科期间随老师接触过一些表面肌电信号研究方面的知识；二是自己对表面肌电信号的研究很感兴趣，希望加深自己对表面肌电信号的认识；三是希望可以自己设计出一个简单的表面肌电信号采集系统，因为市面上的肌电采集装置是集成化的，电路复杂，价格高，自己不方便直接购买。

1.3拟解决问题

便携式肌电信号采集系统及人体动作识别主要包括两个部分，自行设计表面肌电信号采集电路，分析信号的特征，做简单的动作识别。
表面肌电信号采集电路中，需要解决的问题的有 1）如何获取到较好的表面肌电信号；2）设计怎样的放大滤波电路，去除一些电磁、工频等噪声干扰；3）电路的放大倍数到底该设计为多大；4）如何设计高效率的电源。
此外，在信号表示与动作识别中，还需要解决的问题有 5）设计液晶接口电路；6）怎样才能动态地显示表面肌电信号的变化，而不会有明显的滞后现象；7）熟悉一款新的微控制器KL25Z128VLK4，并掌握IO操作、A/D转换等关键驱动代码；8）如何找到特征，从而识别一些简单的人体动作。
在下一节系统方案中，将详细介绍这类需要解决的问题。

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