下肢康复机器人的数据采集系统设计与研究

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1、哈尔滨工程大学硕士学位论文摘要生物医学信号的采集处理是生物医学工程学中的重要分支，它为生物医学基础研究和临床诊断、分析提供必需的数据。因此为满足生物医学工程专业教学和科研的需要，进行生物医学信号采集处理系统的研究和设计是十分必要的。本文介绍了康复训练机器人的研究背景和研究意义，结合国内外发展现状和应用情况，确定了下肢康复训练机器人数据采集系统的主要研究任务。通过对康复训练机器人的步态和姿态机构以及数据采集系统的功能需求分析确定了下肢康复训练机器人数据采集系统的总体设计方案。该下肢康复机器人数据采集系统由硬件与软件两部分组成。该系统的硬件设计主要内容包括：控

2、制芯片的选型，主电路的设计，串口通信接口的设计，对模拟信号进行调理、放大、滤波，混合电平逻辑接口，模数(A／D)转换，使之进入计算机。数据采集系统的主控制芯片选用了C8051F021，主电路的设计工作就是以该芯片为核心设计辅助电路。模数转换芯片选用了Maximl97，由于Maximl97芯片内包含高精度的参考电压源和时钟电路，这使它可以在不需要任何外部电路和时钟的情况下完成A／D转换功能，应用方便。该系统的软件设计主要包括：对采集到的数据进行处理，并对系统各部分进行控制。用C语言编制单片机程序，完成数据采集、通信及控制功能。并且保证上下位机能够完成顺利通信

3、，实现上位机对下位机监控。另外，对压力传感器进行标定，并且对足底压力数据进行拟合处理。经试验证明了该数据采集系统硬件处理电路具有高稳定性，高精度，并且可以通过上位机监测，令实验方便快捷，得到良好的测量结果，这对以后的研究具有实用意义。关键词：生物医学信号；数据采集；模／数转换；抗干扰哈尔滨工程大学硕士学位论文ABSTRACTTheacquisitionandprocessingofbiomedicalsignalsisanimportantbranchoftheBiomedicalEngineering，itProvidestheessentialdata

4、forbasicresearchandclinicaldiagnosis、analysisofBiomedicalEngineering．Inordertomeetthedemandsofteachingandscientificresearch，itisnecessarytocarryontheresearchanddesignaboutacquisitionandProcessingsystemofbiomedicalsignals．Thispaperintroducestheresearchbackgroundandsignificanceofreh

5、abilitativerobot．Themaintaskoftheresearchisthedesignofdataacquisitionsystemforlimbsrehabilitativetrainingrobot．Throughanalysisofthegaitandgesturemechanicalstructureandthefunctionalrequirementsofthedataacquisitionsystem，thegeneraldesigningschemeofthedataacquisitionsystemhasbeenprop

6、osed．Thedataacquisitionsystemaboutlowerlimbrehabilitationtrainingrobotsystemofbiomedicalsignalsiscomposedoftwoparts：hardwareandsoftware．Thehardwarepartmainlycontentofdesignincludetheselectionofcontrollerchip，themaincircuitdesign，theserialcommunicationinterfacedesign，theconditionin

7、g，amplifyingandfilteringofanalogsignal，interfacelevelconverter，A／Dconvertingwhichareimposedonthesignals，onlyafterthisCanthesignalsenterthecomputer．C8051F021hasbeenchosenasthemaincontrollerchipoftheservocontrolsystem．Thesupportcircuitforthischipisthemainworkofthemaincircuitdesign．M

8、axim197hasbeenchosenastheA／Dconve