表面肌電分析系統(tǒng)——硬件電路設(shè)計(jì)

根據(jù)神經(jīng)生理知識(shí)，肌肉動(dòng)作電位將產(chǎn)生-90mV到30mV的電勢(shì)差，由于人體是電的不良導(dǎo)體(1MΩ數(shù)量級(jí)內(nèi)阻)，故從體表的貼片電極上只能獲得1mV左右的峰值。根據(jù)文獻(xiàn)，SEMG中往往混合著甚低頻(接近直流)和高頻的干擾信號(hào)，而有效的肌電信號(hào)頻譜分布在10-500Hz間。故從貼片電極檢測(cè)出的信號(hào)需經(jīng)過高通濾波(隔直處理)、高倍放大、低通濾波(濾除高頻干擾)等信號(hào)調(diào)理過程。

采樣電極采用Ag/AgCl表面電極，其極化電壓小，能快速獲得穩(wěn)定的肌電信號(hào)。本設(shè)計(jì)中一個(gè)電極由三片相互平行的Ag/AgCl電極構(gòu)成，中間電極為參考地端，兩側(cè)兩個(gè)構(gòu)成差分輸入端。引入的參考地端電極有效降低了噪聲干擾，提高了共模抑制能力。

表面肌電分析系統(tǒng)——USB接口介紹

本裝置的USB接口用于與PC機(jī)進(jìn)行通訊，操作簡單方便。當(dāng)需要將采集的肌電信號(hào)上傳到PC機(jī)分析處理時(shí)，MCU從FLASH內(nèi)讀取存儲(chǔ)的肌電信號(hào)，通過UART接口發(fā)送到CP2102。CP2102用于實(shí)現(xiàn)USB信號(hào)與UART之間的轉(zhuǎn)換。CP2102與MCU及存儲(chǔ)電路之間獨(dú)立供電，在肌電信號(hào)采集階段及系統(tǒng)待機(jī)狀態(tài)下，CP2102不消耗電池能量;當(dāng)與PC機(jī)通訊時(shí)，CP2102供電電路工作，其中的BM1117-3.3將USB總線的 5V電源轉(zhuǎn)換為 3.3V向CP2102供電。

表面肌電分析系統(tǒng)介紹

本系統(tǒng)中，PC機(jī)軟件采用Visual C 設(shè)計(jì)完成，主要涉及的內(nèi)容為人機(jī)界面設(shè)計(jì)、串口通信編程、簡單算法實(shí)現(xiàn)和文件讀寫操作。人機(jī)界面設(shè)計(jì)主要用到一些按鈕、文本框等控件，用以提供對(duì)肌電信號(hào)采集裝置的控制;所有的通信編程使用控件MSCOMM實(shí)現(xiàn)，在PC機(jī)安裝CP2102驅(qū)動(dòng)后，本裝置會(huì)被識(shí)別為一個(gè)串口設(shè)備;簡單算法主要實(shí)現(xiàn)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，還原為實(shí)際電壓值;讀寫文件實(shí)現(xiàn)將讀取到的肌電信號(hào)以文本形式存儲(chǔ)下來，便于利用其他數(shù)學(xué)工具(如MATLAB)進(jìn)行分析處理。