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手持式肌电信号采集系统设计与应用研究

作　者: 朱仕勇
导　师: 周祖德
学　校: 武汉理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 表面肌电信号 手持式采集系统 疲劳鉴定 下肢康复
分类号: TN911.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 28次
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内容摘要


表面肌电信号(surface electromyography, sEMG)是人体肌肉发生收缩活动时产生的一种电信号,由于该信号与肌肉状态息息相关,要获悉人体肌肉机能,对于表面肌电信号的提取研究甚为重要。目前,对于人体表面肌电信号的采集系统设计一般分为：基于PC机的一体化肌电采集仪和基于手持终端的便携式采集仪。第一种由于系统体积庞大,造价高昂,一般只适用于医院等大型公共场所,而第二种由于采用了特定的手持终端作为系统界面设计,虽然便携性能较好,但是通用性较低,且不能与PC机进行互动处理。经深入研究,本文提出了一种基于安卓智能手机的手持式肌电信号采集系统。该设计首先采用基于STM32系列ARM处理器的下位机系统用于人体肌电信号的采集,同时,采用大屏幕的安卓智能手机作为手持式表面肌电信号采集系统的上位机,通过编写基于安卓系统的智能应用程序,可以在上位机实现肌电信号的存储、显示、处理应用等功能。本文的主要研究工作如下：(1)建立合适的肌电信号拾取方法和模型,获得最佳的肌电信号采集位置。以肌电信号幅值、频率特征作为理论基础,研究表面肌电信号处理模块的设计。(2)通过理论计算,分析采集系统对于数据速率的要求,完成下位机中对肌电信号传输控制处理器的选型,以及表面肌电信号无线传输方式的确定,在此基础上完成多通道肌电采集系统下位机的设计。(3)研究安卓应用软件的开发方法,结合肌电采集系统下位机,实现手持表面肌电信号采集仪的安卓智能应用的开发。(4)研究肌肉疲劳理论,明确肌肉疲劳与肌电信号幅频特性之间的联系,通过实验比较,总结出一种较为准确的肌电信号鉴定肌肉疲劳的方法。本文设计完成了基于Android系统智能手机的便携式表面肌电信号采集系统。并完成了多通道表面肌电信号的实时监测、存储功能和和基于表面肌电信号的肌肉疲劳鉴定初步应用。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-16
  1.1 课题来源  9
  1.2 研究目的和意义  9-11
  1.3 相关领域的国内外研究现状  11-14
  1.4 本文的主要研究内容和组织结构  14-16
    1.4.1 本文的主要研究内容  14
    1.4.2 本文的组织结构  14-16
第2章 肌电信号特征与拾取模型  16-22
  2.1 生理肌电信号概述  16-19
    2.1.1 表面肌电信号产生模型  16-17
    2.1.2 表面肌电信号的幅、频域分析  17-19
  2.2 下肢肌电信号的拾取  19-21
    2.2.1 肌电信号拾取方式  19-20
    2.2.2 下肢肌电信号拾取位置的选择  20-21
  2.3 本章小结  21-22
第3章 手持式肌电信号采集系统硬件设计  22-34
  3.1 采集系统设计框架  22-23
  3.2 下位机整体设计  23-24
  3.3 肌电信号前端处理  24-28
    3.3.1 模拟前端方案设计  24-25
    3.3.2 信号放大及滤波  25-27
    3.3.3 信号调理  27-28
  3.4 肌电信号的量化和采集  28-29
  3.5 肌电信号的无线传输  29-32
    3.5.1 肌电信号无线传输理论分析  29
    3.5.2 无线传输方式研究  29-32
  3.6 采集仪电源设计  32-33
  3.7 本章小结  33-34
第4章 手持式肌电信号采集系统软件设计  34-46
  4.1 肌电采集系统下位机软件设计  34-39
    4.1.1 基于STM32的ARM开发简介  34
    4.1.2 下位机整体软件设计  34-36
    4.1.3 下位机WIFI传输设计  36-39
  4.2 肌电采集系统上位机软件设计  39-42
    4.2.1 Android平台简介  39
    4.2.2 上位机Android软件实现  39-42
  4.3 软件功能测试  42-45
  4.4 本章小结  45-46
第5章 肌电采集系统在疲劳鉴定中的应用  46-55
  5.1 肌肉疲劳概述及在下肢康复中的意义  46-47
  5.2 肌肉疲劳鉴定算法理论  47-51
    5.2.1 常用的几种肌肉疲劳鉴定算法  47-49
    5.2.2 基于幅频结合的肌肉疲劳鉴定算法  49-51
  5.3 肌肉疲劳鉴定应用测试  51-54
    5.3.1 肌肉疲劳联合鉴定策略的有效性分析  51-52
    5.3.2 疲劳鉴定在康复训练中的应用测试  52-54
  5.4 本章小结  54-55
第6章 总结与展望  55-57
  6.1 全文工作总结  55
  6.2 下一步工作展望  55-57
致谢  57-58
参考文献  58-62
附录A 研究生期间的研究成果  62-63
附录B 研究生期间参与的项目  63

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 通信理论 > 信号处理
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