表面肌電信號檢測系統(tǒng)的信號處理綜合實訓(xùn)報告

肌電的應(yīng)用近幾年已經(jīng)逐步普及。但對于肌電信號檢測系統(tǒng)這一領(lǐng)域的知識還是不夠了解，那么就需要我們的更多科研人員對此作出更多的文獻。今天我們就分享一篇來自西安科大學(xué)的關(guān)于肌電信號處理綜合實訓(xùn)的報告。希望能夠幫助對此有興趣的人有更深入的了解。  

delsys無線表面肌電測試系統(tǒng)

EMG傳感器與3D加速度傳感器混合在同一個傳感器上，這種革命性的混EMG/運動，以可靠的方式提供前所未有的數(shù)據(jù)組合。其新型設(shè)計具有產(chǎn)品預(yù)期的無可匹敵的高品質(zhì)性能，還可以在一個軟件包中自由記錄噪音源。

一、研究的目的、意義  

目的：表面肌電信號的檢測主要是為了臨床診斷及康復(fù)學(xué)、運動學(xué)等領(lǐng)域的研究分析。  

意義：表面肌電（surfaceelectromyography,sEMG）信號是神經(jīng)肌肉系統(tǒng)在進行隨意性和非隨意性活動時的生物電變化經(jīng)表面電引導(dǎo)、放大、顯示和記錄所獲得的一維電壓時間序列信號，其振幅約為0-5mV，頻率0-500Hz，信號形態(tài)具有較強的隨機性和不穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)的針式肌電圖相比，sEMG的空間分辨率相對較低，但是探測空間較大，重復(fù)性較好。  

基礎(chǔ)研究表明，sEMG信號源于大腦運動皮層控制之下的脊髓α運動神經(jīng)元的生物電活動，信號的振幅和頻率特征變化取決于不同肌肉活動水平和能狀態(tài)下的運動單位活動同步化、肌纖維募集等生理性因素，以及探測電位置、信號串線（crosstalk）、皮膚溫度、肌肉長度和肌肉收縮方式等測量性因素的共同作用。  

在控制良好的條件下，上述sEMG信號活動的變化在很大程度上能夠定量反映肌肉活動的局疲勞程度、肌力水平、肌肉激活模式、運動單位興奮傳導(dǎo)速度、多肌群協(xié)調(diào)性等肌肉活動和中樞控制特征的變化規(guī)律，因而對于體育科學(xué)研究、康復(fù)學(xué)臨床和基礎(chǔ)研究等具有重要的學(xué)術(shù)價值和應(yīng)用意義。  

隨著人們對肌電信號研究與了解的日益深入和肌電檢測術(shù)的進步，肌電信號處理手段的發(fā)展與肌電信號處理的廣泛應(yīng)用成為肌電信號研究的一個突出特點。肌電檢測不僅是基礎(chǔ)研究的需要，而且對于了解人體神經(jīng)系統(tǒng)信息及康復(fù)程都有著深遠的意義。  

二、實訓(xùn)內(nèi)容  

本組內(nèi)容：肌電信號時域波形及頻譜在上位機中的顯示與處理  

軟件環(huán)境：LABVIEW  

具體作：LABVIEW和VISA的安裝配置，程序的設(shè)計及后期的調(diào)試，以實現(xiàn)用LABVIEW進行串口通信,將所得數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并顯示為波形的目的。  

三、方案設(shè)計、作流程  

方案設(shè)計：  

作流程：  

第一周：搜集資料，安裝配置LABVIEW軟件  

第二周：程序總體的設(shè)計及優(yōu)化  

第三周：，模擬信號進行仿真  

第四周：連接硬件電路板進行調(diào)試  

四、實驗結(jié)果  

曲臂時的波形  

輕屈臂效果（干擾小，波形穩(wěn)定）  

五、結(jié)果分析討論  

由圖1～4波形可知，手臂的動作的強度不同，采集到的肌電信號有所差異，即波行的幅值有變化，其幅值范圍在0.1mV～5mV，頻率范圍為10Hz～500Hz，主要頻率成分是10Hz～300Hz，由圖5～6看出，所采集肌電信號波形清晰，噪聲成分較小，幾乎沒有明顯頻噪聲。信號頻率主要分布在5～350Hz，幅度約為5.5mV，與參考資料的肌電信號幅度、頻譜接近�；�本符合預(yù)期結(jié)果。  

六、小組協(xié)作情況  

七、總結(jié)  

本次我們的課題是表面肌電信號的采集與顯示，我們組主要的務(wù)是顯示分，采用labview軟件實現(xiàn)。由于自己是第一次使用該軟件，第一周時間大分時間都用于了解學(xué)習labview。下面是自己關(guān)于labview的一些認識和總結(jié)：  

Labview是一種程序開發(fā)環(huán)境,由美NI公司研制開發(fā)它是一種用圖標代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言-G圖形語言，Labview采用數(shù)據(jù)流編程方式,程序框圖中節(jié)點之間的數(shù)據(jù)流向決定了程序的執(zhí)行順序。在labview中創(chuàng)建一個VI文件，該文件包含三分，分別是前面板，程序框圖和圖標/連線板，對一個VI文件的操作包含控件面板，函數(shù)面板，具面板的使用運行，調(diào)試等。  

Labview提供了大量的具與函數(shù)用于數(shù)據(jù)采集、分析、顯示和存儲。用戶可以在數(shù)分鐘內(nèi)完成一套完整的從儀器連接、數(shù)據(jù)采集到分析、顯示和存儲的自動化測試測量系統(tǒng)。(廣泛地應(yīng)用于汽車、通信、航空、半導(dǎo)體、電子設(shè)計生產(chǎn)、過程控制和生物學(xué)等各個領(lǐng)域)。  

對于整個labview串口通信及波形顯示的總體程序圖中存在的一些問題及關(guān)鍵點自己總結(jié)了以下幾點：  

關(guān)鍵點：labview中利用VISA節(jié)點進行串口通信  

VISA即虛擬儀器軟件體系結(jié)構(gòu)，實質(zhì)上是一個I/O口軟件庫及其規(guī)范的總稱。VISA是應(yīng)用于儀器編程的標準I/0應(yīng)用程序接口，采用面向?qū)ο缶幊�，具有很好的兼容性、擴展 性和獨立性。中利用VISA節(jié)點進行串行通信編程。為了方便用戶使用，labview將這些VISA節(jié)點單獨組成一個子模塊，共包含8個節(jié)點，分別實現(xiàn)初始化串口、串口寫、串口讀、中斷以及關(guān)閉串口等能。  

VISA串口的配置中應(yīng)該注意的問題：  

1.停止位不是常數(shù)1，1.5，2等，實際是10,15,20數(shù)值。  

2.終止符，一般默認是真，終止符一般默認是OA，即換行符。  

3.字節(jié)數(shù)的確定，利用一個讀取緩沖區(qū)字節(jié)數(shù)，讀到字節(jié)數(shù)，就確定了VISA讀取里面那個字節(jié)數(shù)，然后用讀取VISA讀出來。  

未解決的問題  

收發(fā)收據(jù)過程中不同步，導(dǎo)致收到的數(shù)據(jù)會有錯誤，以致影響到后的信號波形沒有達到預(yù)期的結(jié)果。  

本次課設(shè)的收獲與不足：通過本次課設(shè)對信號處理有了更進一步的認識，肌電信號從采集到顯示過程中需進行放大，電壓抬升，濾波，A/D轉(zhuǎn)換等多步處理，其中肌電信號屬于微弱信號，有明顯的噪聲及頻干擾，電路不穩(wěn)定。在數(shù)據(jù)傳輸與發(fā)送之間也存在誤差，不能確保完無誤傳輸。導(dǎo)致出現(xiàn)問題重要的原因就是組與組之間沒有協(xié)調(diào)好，整個系統(tǒng)調(diào)試的太晚，后沒有完美的展示出波形圖非常遺憾，雖然課設(shè)結(jié)束了，但是我認為我們的作還沒有結(jié)束，在數(shù)據(jù)發(fā)送與接收之間應(yīng)該繼續(xù)完善。同時感謝組員及各位老師的點。