一种多通道表面肌电采集仪的研制与开发

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1、硕士学位论文一种多通道表面肌电采集仪的研制与开发作者姓名徐伟钊学科专业控制理论与控制工程指导教师莫鸿强教授所在学院自动化科学与工程学院论文提交日期2018年4月Developmentofamulti-channelsurfaceelectromyographyAcquisitionInstrumentADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：XUWeizhaoSupervisor：Prof.MOHongqiangSouthChinaUniversityofTechnologyG

2、uangzhou,China分类号：TP274+.2学校代号：10561学号：201620112351华南理工大学硕士学位论文一种多通道表面肌电采集仪的研制与开发作者姓名：徐伟钊指导教师姓名、职称：莫鸿强教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：控制理论与控制工程研究方向：生物医学信号处理论文提交日期：2018年4月23日论文答辩日期：2018年6月5日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：田联房委员：莫鸿强王孝洪王剑杜启亮摘要表面肌电图(surfaceElectromyography，sEMG)是使用表面电极

3、采集和记录肌肉兴奋时在皮肤表面形成的电位序列的图形。表面肌电通常包含人体肌肉和神经系统的生理状态信息。表面肌电图在人体基础医学研究、生理学研究、病理分析、体育科学运动分析、人机工程和康复辅助等领域发挥了重要作用。本文基于STM32微控制器设计一款表面肌电采集仪，在课题组已有的研究基础上改善了硬件电路设计，增加了检测采集信号中表面肌电图起止点的功能，并采用有效的算法抑制信号中心电波形的干扰，增加肌电评价的有效性。主要内容包括四个方面：1）硬件模拟电路：采用基于仪表放大器AD8220设计的前置放大电路以及右腿驱动电路，抑制共模电压输入；采用S

4、allen-Key结构的滤波器、Fliege结构的工频陷波器滤除高频、低频和工频噪声；采用AD7682将肌电模拟信号转换为数字信号。2）STM32控制程序：分别采用SPI外设和USART外设接收数据和发送数据，数据传输的进程由DMA控制器主导；采用巴特沃斯数字滤波器消除高频噪声和工频噪声；设计相应的通信协议与上位机的通讯。3）上位机APP：APP能实时显示采集信号波形，计算评价指标并形成评价报告书，归档储存用户的相关信息。4）算法应用：采用基于短时过零率和短时能量的端点检测算法检测肌电的起止点，有效避免心电干扰造成的起止点误检测。分别采用

5、基于小波阈值去噪算法和基于独立成分分析的去噪算法抑制表面肌电中的心电，建立了心电能量残留比值的指标来评价心电抑制的效果。本文通过实验测试了表面肌电采集仪的性能，并检验了肌电起止点检测算法、小波阈值去噪算法和基于独立成分分析的去噪算法的有效性。关键词：表面肌电图；端点检测；小波变换；独立成分分析IABSTRACTSurfaceelectromyography(sEMG)isatime-relatedgraphicalrecordofpotentialsequencesofmusclecontractionsontheskinsurfacew

6、henthemuscleisexcited,whichcollectedbysurfaceelectrodes.SurfaceEMGusuallycontainsthephysiologicalstateinformationofthehumanmusclesandnervoussystem.Surfaceelectromyographyplaysanimportantroleinhuman’sbasicmedicalresearch,physiologicresearch,pathologicalanalysis,sportsscien

7、ce,sportsanalysis,ergonomicsandrehabilitationaids.ThispaperdesignsasurfaceelectromyographyacquisitioninstrumentbasedontheSTM32microcontroller.Basedontheexistingresearchofthestudygroup,newinstrumentimprovedthedesignofelectriccircuit,aswellasdevelopedanalgorithmforsEMG’send

8、-pointdetectionfrommeasurementsignal,andappliedaneffectivealgorithmforECGcancellationwhichincrea