肌电传感器:dfrobot 肌电传感器简介

2021/10/31 12:15 · 传感器知识资讯 ·  · 肌电传感器:dfrobot 肌电传感器简介已关闭评论
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肌电传感器:dfrobot肌电传感器简介相关推荐XilinxZynq-7010/7020邮票孔核心板全新上市,引出所有IO!!创龙科技(Tronlong)近期推出基于XilinxZynq-7010/7020的邮票孔工业核心板….黄工发表于10-2517:54?19次

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肌电传感器:dfrobot 肌电传感器简介

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肌电传感器:Gravity:肌电传感器 (OYMotion)

简介
DFRobot首次与OYMotion跨界合作,引入全新肌电生物检测技术,获取人体表面肌电信号(sEMG),可用来观察和分析人体肌肉和神经的活动情况,从而实现动作识别,手势控制等交互控制,可用于人机交互、人体工程、运动科学等相关应用。
本传感器模块集成了滤波、放大电路,将范围在±1.5mV内的微弱人体表面肌电信号进行1000倍放大,并通过差分输入、模拟滤波电路的方式对噪音(特别是工频干扰)进行有效抑制。输出信号为模拟量形式,以1.5V为基准电压,0~3.0V量程的输出。输出信号的大小取决于选定肌肉的活动量,输出信号的波形可显著指示被观察位置皮下肌肉的运动情况,方便做肌电信号的分析与研究,如使用Arduino作为控制器检测肌肉活动情况,从而进行手势识别等。
本产品是一种主动感应传感器,能提供高质量的信号搜集,且易于使用。不论是被用到静态还是动态的应用领域,仅需要一些极为简单的准备工作即可。本产品使用干电极,无须导电凝胶也可得到良好的信号质量,因此具有寿命长、使用简单方便等特点,更适合普通用户。而采用凝胶探头的医用电极通常为一次性,使用起来较为麻烦。
本产品的测量具有非侵入性、无创伤、操作简单等优点,可用于人机交互、人体工程、运动科学等相关应用。虽然测量肌肉活动历来被用于医学研究,然而随着不断缩小但功能更强大的微控制器和集成电路的完善,肌电图电路和传感器也逐渐被应用于各种控制系统。

注意:
1. 供电电压在3.3~5.5V之间,供电电流不小于20mA,纹波与其他噪音要小。推荐使用经过稳压的直流电压。
2. 肌电信号的有效频谱范围为20Hz~500Hz,推荐采用分辨率不低于8bit、有效采样频率不低于1KHz的模数转换器(ADC)进行采样与数字化,以保留尽量多的原始信息。
3. 采用配套的金属干电极板,需将电极板保持和肌肉方向一致。
4. 本品并非专业医疗仪器,不能作为辅助配件参与诊断和治疗。

特性
干电极探头,无需导电凝胶,方便易用
差分输入,高共模抑制比,可有效抑制噪声干扰
低功耗设计
单电源供电

技术规格
信号处理板
供电电压:+3.3V~5.5V
工作电压:+3.0V
检测范围:+/-1.5mV
电极接口:PJ-342
模块接口:PH2.0-3P
输出范围:0~3.0V
工作温度:0~50℃
板子尺寸:22 * 35 mm
干电极板
电极接口:PJ-342
电极线长:50cm
板子尺寸:22 * 35 mm
重量:36g

配送清单
肌电传感器干电极板 x1
手腕带 x1
肌电传感器信号处理板 x1
干电极连接线 x1
模拟传感器连接线 x1

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肌电传感器:dfrobot 肌电传感器简介  第2张

肌电传感器:可穿戴组合式表面肌电传感器的制作方法

:
本技术介绍了一种可穿戴组合式表面肌电传感器,单个表面肌电传感器包括可穿戴的壳体,壳体内分别
安装有可与体表接触的嵌入式电极和引线电极、电路板和电池,其中,嵌入式电极作为一检测通道,与
电路板电连接;引线电极作为另一检测通道,通过插接连接器可选择性与电路板电连接;电路板采用电
池供电,将嵌入式电极
/
和引线电极获得的肌电信号进行采集、处理后,传送给上位机;本技术可实现
单、双通道的便捷模式切换,且安装结构简单紧凑,通用性好,成本相对较低。
技术要求
1.
一种可穿戴组合式表面肌电传感器,其特征在于,单个表面肌电传感器包括可穿戴的壳体,所述壳
体内分别安装有可与体表接触的嵌入式电极和引线电极、电路板和电池,其中,
所述嵌入式电极作为一检测通道,与所述电路板电连接;
所述引线电极作为另一检测通道,通过插接连接器可选择性与所述电路板电连接;
所述电路板采用电池供电,将所述嵌入式电极
/
和引线电极获得的肌电信号进行采集、处理后,传送
给上位机。

肌电传感器:肌电信号

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肌电信号
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肌电信号(EMG)是众多肌纤维中运动单元动作电位(MUAP)在时间和空间上的叠加。表面肌电信号(SEMG)是浅层肌肉EMG和神经干上电活动在皮肤表面的综合效应,能在一定程度上反映神经肌肉的活动;相对于针电极EMG,SEMG在测量上具有非侵入性、无创伤、操作简单等优点
[1]
。因而,SEMG在临床医学、人机功效学、康复医学以及体育科学等方面均有重要的实用价值。
中文名
肌电信号
外文名
EMG
类 型
信号
属 性
肌电
应 用
临床医学、人机功效学、康复医学
特 点
非侵入性、无创伤、操作简单等
目录
1
应用
?
SEMG采集问题
?
硬件电路设计
?
软件系统设计
2
总结
肌电信号应用
编辑
语音
表面肌电信号是肌肉收缩时伴随的电信号,是在体表无创检测肌肉活动的重要方法。我们研究分析表面肌电信号的检测与分析方法,也包括检测技术与装置及利用表面肌电信号反馈控制外部装置的方法等。其应用背景主要集中在康复医学和体育科学两大领域。
图片
图片
0 引言肌电信号(EMG)是众多肌纤维中运动单元动作电位(MUAP)在时间和空间上的叠加。表面肌电信号(SEMG)是浅层肌肉EMG和神经干上电活动在皮肤表面的综合效应,能在一定程度上反映神经肌肉的活动;相对于针电极EMG,SEMG在测量上具有非侵入性、无创伤、操作简单等优点
[1]
。因而,SEMG在临床医学、人机功效学、康复医学以及体育科学等方面均有重要的实用价值。
肌电信号SEMG采集问题
随着检测技术和信号处理手段的发展,用SEMG代替针电极EMG进行全面临床无损诊断已成为生物医学和医学界研究的热点问题之一。人体的SEMG很微弱、易受干扰,测量难度大,如何有效采集提取SEMG已成为SEMG应用的关键技术之一。应用的SEMG采集装置大多将采集到的SEMG通过导线传送到数据采集卡或特定的医疗仪器进行分析处理,采样电极粘贴于皮肤表面,电极供电则间接来自市电。这种方法的显著不足如下:(1)需要专用仪器完成信号采集,应用场合受限制,如无法采集短跑运动中的运动员肢体SEMG;(2)因有导线相连,当肢体运动时,易导致电极与皮肤间的相对运动,影响采集结果;(3)供电电源由市电处理后获取,引入了较大的工频干扰,增加了数据处理难度;(4)若导线较长,则极易引入环境中的其他干扰,如电磁干扰等。本文介绍了一种微型的、无线的、采用电池供电、带数据存储功能的SEMG采集装置,较好解决了当前SEMG采集装置普遍存在的问题。
肌电信号硬件电路设计
根据神经生理知识,肌肉动作电位将产生-90mV到30mV的电势差,由于人体是电的不良导体(1MΩ数量级内阻),故从体表的贴片电极上只能获得1mV左右的峰值。根据文献,SEMG中往往混合着甚低频(接近直流)和高频的干扰信号,而有效的肌电信号频谱分布在10-500Hz间。故从贴片电极检测出的信号需经过高通滤波(隔直处理)、高倍放大、低通滤波(滤除高频干扰)等信号调理过程。SEMG采集装置采样电极采用Ag/AgCl表面电极,其极化电压小,能快速获得稳定的肌电信号。本设计中一个电极由三片相互平行的Ag/AgCl电极构成,中间电极为参考地端,两侧两个构成差分输入端。引入的参考地端电极有效降低了噪声干扰,提高了共模抑制能力。信号调理电路主要包括高通滤波、高倍放大、低通滤波几个部分。若将电极拾取的体表肌电信号直接接入高倍放大器,则由于噪声的影响,输出信号易发生漂移并很快达到饱和,故先将信号接入高通滤波电路后再送入高倍放大电路。高倍放大电路中采用仪用放大器INA118,其共模抑制比高达115dB,失调电压<50uV,只需外挂一个精密电阻就可设定1~的放大倍数。为滤除高频噪声,放大后的信号被接入低通滤波器,低通滤波截止频率设定为600Hz。本系统采用电压稳定、纯净的电池供电,且避免了外部导线易引入的干扰,故可省去常见的50Hz陷波器。使用50Hz陷波器存在消除部分50Hz有用信号的缺点。MCU采用MSP430F167,其片内外围丰富,有DMA、12位AD模块(ADC12)、硬件乘法器(MPY)、USART、16位Timer及多达48个I/O口。本系统中,利用ADC12对肌电信号采样,并对采样结果进行滤波处理,提高了采样的准确性;DMA配合ADC12使用,大大提高了读取AD采样结果的速度;MPY极大提高了数据处理速度。本系统运行于8M时钟下,且设定采样频率为2000Hz,完全满足采样间隔要求。FLASH采用了8Mbit的SST25VF080B,与MCU间采用SPI接口,操作方便。本系统中,每个采样数据占两个字节,可记录近500秒的肌电信号,完全满足肌电信号的一般处理需要。特别是,当需要完整记录运动员在某一运动过程中肌电信号变化情况时,本装置特有的无线连接及超长存储时间的优点是传统采集仪所不具备的。系统由3.6V锂电池供电,经高效的RH5RL33AA后为系统提供+3.3V电源,同时系统对电池电压进行监控,当电池电量不足时通过LED发光提示。按键用于启动、停止肌电信号采集,也可实现其他基本操作。考虑到系统低功耗及精简的需要,本设计中未采用液晶或数码管显示,仅通过两个LED灯指示系统的当前状态。本装置的USB接口用于与PC机进行通讯,操作简单方便。当需要将采集的肌电信号上传到PC机分析处理时,MCU从FLASH内读取存储的肌电信号,通过UART接口发送到CP2102。CP2102用于实现USB信号与UART之间的转换。CP2102与MCU及存储电路之间独立供电,在肌电信号采集阶段及系统待机状态下,CP2102不消耗电池能量;当与PC机通讯时,CP2102供电电路工作,其中的BM1117-3.3将USB总线的+5V电源转换为+3.3V向CP2102供电。 肌电信号软件系统设计 系统平时处于低功耗模式,MCU关闭所有的片内外围,运行于低功耗模式4(LPM4)状态。需要工作时,CPU被唤醒,进入正常工作模式。系统由中断驱动,主要有按键中断、UART中断、定时中断,系统退出中断后运行于低功耗模式。当有按键中断发生时,MCU被唤醒,并根据按键值进行相应的处理。除通过按键和LED指示对本装置进行操作外,系统可接受PC机软件的控制。当按键2和按键3按下后,系统启动定时器,若在定时时间内接收到PC机的控制命令,则进行相应处理,否则未收到通信请求即自动回到低功耗模式。系统与PC机间共有3种命令,分别为读肌电信号、读电池状态、读存储器状态。系统与PC机通讯时,主要由UART发送和接收中断驱动。UART发送中断程序判断有无后续数据需发送并进行相应处理。本系统中,PC机软件采用Visual C++设计完成,主要涉及的内容为人机界面设计、串口通信编程、简单算法实现和文件读写操作。人机界面设计主要用到一些按钮、文本框等控件,用以提供对肌电信号采集装置的控制;所有的通信编程使用控件MSCOMM实现,在PC机安装CP2102驱动后,本装置会被识别为一个串口设备;简单算法主要实现对接收到的数据进行分析处理,还原为实际电压值;读写文件实现将读取到的肌电信号以文本形式存储下来,便于利用其他数学工具(如MATLAB)进行分析处理。 肌电信号总结 编辑 语音 本文介绍了一种微型的、采用电池供电、带数据存储功能的SEMG采集装置,大大降低了肌电信号的干扰源,提高了装置的使用便利性。实际使用结果论证了依据本文所述方法设计的SEMG装置使用方便灵活,采集的肌电信号干扰小。 词条图册 更多图册 参考资料 1. ..[引用日期2013-01-08]

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