人体表面肌电信号检测与神经肌肉电刺激仪的设计

发布时间：2017-05-09 08:00

  本文关键词：人体表面肌电信号检测与神经肌肉电刺激仪的设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：表面肌电信号的采集和特征提取具有重要的生理学意义,不仅有助于专家更好地掌握肌肉的基本特征,同时能够直观地显示肌力的强度。将表面肌电信号与神经肌肉电刺激技术相结合应用于运动员的肌肉训练,能够精确地针对某一特定的肌肉进行专项训练,有效地提高训练效率。基于这样的目的,本文设计了一种新型的表面肌电信号检测和神经肌肉电刺激系统。 表面肌电信号检测电路要求具有高的高输入阻抗、共模抑制比和良好的噪声滤除能力。我们采用并联型双运放差动放大器、阻容耦合电路以及仪器放大器INA128构成初级放大电路对微弱的表面肌电信号进行初级放大,并获得高输入阻抗和高共模抑制比；引入屏蔽驱动、右腿驱动以及浮地电源来进一步提高系统的共模抑制比和抗干扰能力；设计高通和低通滤波器以及50Hz工频陷波器,对不同频段的噪声进行滤除。 本系统提出了一种新型的神经肌肉电刺激设计方案,能够更准确地控制刺激电流大小和波形,采用单片机控制DA转换芯片的方式来控制电刺激波形,大大降低了硬件电路设计的成本；为系统加入多项安全控制措施,有效地避免在实际操作过程中存在的安全隐患问题。 本文主要从系统框架构建和技术指标的设定到各模块硬件电路的设计介绍了下位机系统设计的过程,并对系统进行实际测试,证明了系统的可行性。
【关键词】：表面肌电信号 检测 神经肌肉电刺激 肌肉训练
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R318.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 1 绪论10-14
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.1.1 肌电信号10
• 1.1.2 肌电信号的研究历史10-11
• 1.1.3 神经肌肉电刺激技术11
• 1.2 课题的提出和研究意义11-12
• 1.3 主要研究内容和论文规划12-14
• 1.3.1 课题的主要研究内容12
• 1.3.2 本文章节构架12-14
• 2 表面肌电信号14-20
• 2.1 表面肌电(sEMG)信号14-18
• 2.1.1 sEMG信号的特征14-15
• 2.1.2 sEMG信号的特征提取方法15-18
• 2.2 肌电信号的基本采集方法18-19
• 2.3 本章小结19-20
• 3 系统总体方案设计20-23
• 3.1 系统基本工作原理20
• 3.2 系统主要功能和设计指标20-21
• 3.2.1 系统所要实现的主要功能20
• 3.2.2 主要设计指标20-21
• 3.3 系统原理框图21-22
• 3.4 本章小结22-23
• 4 系统硬件设计23-49
• 4.1 系统整体结构框架23
• 4.2 微弱sEMG信号检测电路的设计23-34
• 4.2.1 影响sEMG的因素分析24
• 4.2.2 sEMG前端处理电路设计框图24-25
• 4.2.3 初级放大电路的设计25-26
• 4.2.4 右腿驱动电路26
• 4.2.5 浮地电源的设计26-29
• 4.2.6 信号调理电路的设计29-34
• 4.3 神经肌肉电刺激器的设计34-40
• 4.3.1 神经肌肉电刺激设计框图35
• 4.3.2 多参数波形控制部分35-36
• 4.3.3 高压控制部分36-37
• 4.3.4 恒流刺激输出电路37-38
• 4.3.5 模块电路工作过程说明38-40
• 4.4 基于STC12C5410AD的核心控制电路40-43
• 4.4.1 核心控制单元设计框图40-41
• 4.4.2 单片机外围电路设计41-43
• 4.4.3 单片机与串口的接口电路设计43
• 4.5 系统电源电路的设计43-45
• 4.6 系统元器件的介绍45-48
• 4.6.1 微处理器芯片45-47
• 4.6.2 其他外围元器件的选择47-48
• 4.7 本章小结48-49
• 5 系统软件设计49-56
• 5.1 系统软件功能设计与说明49
• 5.2 STC12C5410AD初始化程序49-52
• 5.2.1 单片机I/O模式配置49-50
• 5.2.2 单片机串口设置50
• 5.2.3 上位机命令解析50-52
• 5.3 sEMG数据采集程序的设计与说明52-53
• 5.4 电刺激控制程序的设计与说明53-55
• 5.5 本章小结55-56
• 6 PCB板的设计与系统测试56-64
• 6.1 PCB板设计56-57
• 6.1.1 布局56-57
• 6.1.2 布线57
• 6.2 系统测试结果57-63
• 6.2.1 sEMG前端处理电路的测试结果57-59
• 6.2.2 神经肌肉电刺激电路模块的测试结果59-63
• 6.3 本章小结63-64
• 7 总结和展望64-66
• 参考文献66-70
• 攻读学位期间主要的研究成果70-72
• 致谢72

【参考文献】

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中国博士学位论文全文数据库 前1条

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  本文关键词：人体表面肌电信号检测与神经肌肉电刺激仪的设计，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：352082