柔性同心圆差分阵列表面肌电电极研制

设计了一种阵列式表面肌电信号采集系统.整个采集系统包括表面肌电电极阵列和信号调理电路两部分.电极阵列基于柔性印刷板工艺,电极载体材料(聚酰亚胺,130 μm)具有较高的机械柔性,适用于各种弯曲的皮肤表面.肌电电极采用同心圆差分的空间滤波结构,可有效提高表面肌电信号的MUAP区分度.信号调理电路对电极采到的肌电信号进行放大和滤波.实验表明,所设计的电极装置可以采集到MUAP分辨力较高的表面肌电信号,并适用于脸部肌肉等弯曲度比较大的部位.     

基于改进模型的表面肌电信号分类方法

表面肌电信号是伴随人体肌肉活动产生的信号,可用于判断肌肉疲劳,但不同肌肉状态判断标准不同,因此需要对表面肌电信号进行分析与分类.依据实验室采集的信号,结合四分位差、威利森振幅、改进脉冲百分率和平均能量差四种时域法,建立分类模型进行实验.实验结果表明,该分类模型能提升分类精确率。     

基于AD8232的表面肌电信号采集系统设计

表面肌电信号是人体表面肌肉通过收缩产生的生物电，能够反应人体肌肉的活动状况，在医学领域有重要的研究价值。由于表面肌电信号是微弱信号，较小的噪声就能产生较大的干扰；针对其这一弱点，本文设计了一款体积小、功耗低、抗干扰能力强的表面肌电信号采集系统。设计使用AD8232作为采集芯片，结合放大、滤波、模数转换电路，使用STM32进行数据处理，最后将数据通过低功耗蓝牙发送到上位机。测试结果表明：表面肌电信号能量主要集中在50~150 Hz，300 Hz以上明显衰减，受低频信号干扰较大。经过硬件滤波与小波降噪算法处理后，干扰得到较好抑制，尤其对低频干扰有显著衰减。系统有较强的抗干扰能力和可靠性，有着良好的市场前景。     

有源柔性表面肌电电极阵列设计

针对表面肌电信号采集过程中皮肤电极接触阻抗较大,易受工频信号干扰,皮肤表面接触区域不平坦等问题,在聚酰亚胺柔性材料上设计并实现了一种新型有源表面肌电电极阵列。该电极阵列由12通道电极组成,与无源电极不同的是,有源阵列在电极和调理电路间加入了一级集成在柔性材料端的阻抗变换电路,以减小接触阻抗和工频噪声对采集信号的影响。性能测试结果表明,所设计的新型有源柔性电极阵列所采集的表面肌电信号具有较低的基线噪声和较高的信噪比,即使在皮肤表面不平坦区域,亦能获取高质量、低噪声的多路表面肌电信号。     

表面肌电信号的高速数据采集系统的设计

表面肌电信号不仅非常微弱,常常淹没在大量的噪声中,而且极易受到干扰,因此前置放大电路的共模抑制能力成为能否有效拾取SEMG的关键。针对前置放大电路,本文提出了一种新的"浮地技术"。经实验证明,电路在低频的KCMR改善了30dB。此外,设计的基于CY68013与AD7862的USB2.0高速数据采集系统,工作在GPIF模式,有效地采集到了人体的表面肌电信号,为后续人体上肢动作模式辨识提供了信号源。     

一种便携式肌电信号(EMG)提取方法及其电路实现

基于生物电特别是肌电信号(EMG)的人机接口研究是目前国内外人-计算机接口技术研究领域的热点之一。研制一种信噪比高、耗电少、体积小、成本低的肌电信号提取电路是该项研究的重要内容。本文首创了一种新的表面电极贴片方式,以及相应的隔离技术、信号拾取方法和滤波的方法。可在低功耗和小体积的条件下实现人体表面高内阻情况下微弱的肌电信号的检测。本方法为这类便携式的人-计算机接口技术的研究提供了一种有效的手段。     

Grael脑电放大器与深度学习的手势实时识别研究

手势识别是人机交互的关键。为了能够更好地实现脑电信号与肌电信号的融合,精准地识别人体的运动,本文建立了一套基于Grael脑电放大器的手势动作实时检测识别的研究系统。通过Grael脑电放大器和Curry8系统采集5个通道的8种不同手势的表面肌电信号(sEMG),并对采集到的sEMG信号进行滤波去噪、滑动窗口分割以及特征提取等预处理的操作;最后采用几种常用的分类器与卷积神经网络(CNN)对不同手势的sEMG信号进行实时分类识别。结果表明CNN的识别准确率最高,能达到92.98%;对每个手势动作进行30次实时识别检测,结果显示识别延迟大概在1～1.5 s,实时识别的精度可高达90%。该系统为将来研究脑电信号与肌电信号的融合提供了一个可行的方法,在人机交互方面展现了巨大的潜力和应用空间。     

基于肌电的人机交互控制策略及其应用与挑战

基于表面肌电信号的控制策略是人机交互技术的一种重要基础,在人类对外围设备的控制方面具有重要的意义。肌电控制策略通过人体的表面肌电信号识别出人体的运动意图,进而转化为控制指令实现对外围设备的精确、稳定控制,改变了使用传统输入设备在便携性、操作空间以及特殊人群等方面的局限性。论述了基于肌电控制策略的发展历程,并比较了表面肌电信号相较于脑电信号作为控制系统输入信号的差异;阐述了基于表面肌电信号的控制策略在康复及辅助领域的应用情况,并指出了相关应用的未来改进和突破方向;分析和探讨了制约基于模式识别技术的肌电控制策略发展中涉及的表面肌电信号采集与提高肌电控制系统的控制效果和鲁棒性的相关技术问题,并给肌电控制系统的后续研究提出了一些可行的切入点。     

阵列式表面肌电信号采集仪

采用阵列式电极,通过空间滤波方法可提高表面肌电信号的MUAP分辨能力。本文实现的阵列式表面肌电信号采集仪由表面肌电电极阵列、信号调理电路和数据采集部分构成。表面肌电电极阵列实现了镀金圆盘式和弹簧探针式两种类型,信号调理电路对电极上的肌电信号进行放大和滤波,数据采集部分将调理后的信号转换成数据并进行显示和存储。电极阵列和前级信号调理电路集成在一起,有效的降低了微弱信号通过导线传输所引入的干扰。通过实验,验证了这种阵列式表面肌电采集仪在研究肌肉中动作电位传播和利用空间滤波提高MUAP分辨力的可行性,并证实了镀金圆盘式电极在降低噪声方面、弹簧探针式电极在缩短MUAP时长方面的优势。     

柔性压电复合材料薄膜无线应变传感器研究

设计了一种基于柔性压电复合材料薄膜传感器的无线测量系统。系统主要包括压电薄膜传感器、接口电路模块、AD采集模块、数据处理模块和无线传输模块。压电薄膜传感器将结构振动信息转换为压电信号,系统对压电信号进行放大、采集、无线传输和接收。提出了通过系统采集电压反解结构应变的方法,推导了压电信号的传递函数,建立了系统采集电压与应变的关系,因此可基于系统采集的电压反解出结构振动的频率和应变幅值,从而实现结构应变测量。实验结果表明,该系统对结构的振动频率和应变可实现精确测量。且该系统的无线测量距离可达40 m,因此,其能部分替代传统的有线测量系统,具有广阔的工程应用前景。     

Experiments With Sensor Motes and Java-DSP

Distributed wireless sensor networks (WSNs) are being proposed for various applications including defense, security, and smart stages. The introduction of hardware wireless sensors in a signal processing education setting can serve as a paradigm for data acquisition, collaborative signal processing, or simply as a platform for obtaining, processing, and analyzing real-life real-time data. In this paper, a software interface that enables the java-digital signal processing (J-DSP) visual programming environment to communicate in a two-way manner with a wireless sensor network is presented. This interface was developed by writing nesC (an extension to the C programming language for sensors) code that enables J-DSP to issue commands to multiple wireless sensor motes, activate specific transducers, and analyze data using any of the existing J-DSP signal processing functions in real time. A series of exercises were developed and disseminated to provide hardware experiences to signals and systems and signal processing undergraduate students. The hardware with the J-DSP software has been used for two semesters in the senior level digital signal processing (DSP) course at Arizona State University. The interface, the exercises, and their assessment (instruments and results) are described in the paper.      

太阳能沼气发电工程无线监测系统设计

搭建了太阳能沼气发电工程无线监测系统的硬件系统,基于LabVIEW开发了上位机数据采集、分析与处理程序。采用K型热电偶测量沼液温度、SHT10温湿一体数字传感器测量大气温湿度、压力传感器MCS5540测量沼液压力,通过单片机对传感器信号进行放大、滤波、编码后传输给无线传输发送模块,无线传输接收模块收到数据后经单片机处理后通过RS-232串口传输给上位机。上位机软件采集到沼液温度、大气温湿度、沼气池压力数据后,对数据进行实时显示、保存、超界限报警等功能。     

基于无线通信的两线制红外光电传感器测频系统设计

设计了一种基于NRF24L01无线通信的两线制红外光电传感器测频系统。为了减少三线制传感器的用线数量以及改进信号的稳定性,设计一种两线制光电传感器。在设计过程中,首先对三线制传感器的电路进行深入研究后设计了改进后的两线制传感器电路,设计了信号处理电路,将传感器的脉冲信号转换为频率信号,通过RS-485总线传给无线发送模块,再通过无线通信发送给无线接收模块,最后通过上位机软件将所测数据显示出来。经过实验证明,它能够稳定准确地采集信号。经过对两种传感器得到的数据进行比较后得出,两线制传感器所测得的数据的确更稳定,波动小、且只需要两根线,达到了实验的目的。     

高压输电线电流温度实时监测系统的设计

本文设计了一种高压输电线路电流和温度的实时监测系统,提高了监测的实时性、可靠性。通过Rogowski线圈电流互感器和温度传感器DS18B20检测数据,并将检测到的数据通过GPRS无线模块MC55传输到监控中心。主控芯片采用PIC16F877A实现。给出了该系统的硬件设计方案及软件实现过程,体现了该系统检测数据的实时性、可靠性以及低成本、低功耗的特点。     

基于环境中移动运输代理的传感器网络建模

针对大型稀疏传感器网络中的数据获取,本文提出了一种利用环境中普遍存在的移动代理来连接稀疏传感器的网络体系结构和一种2-维网格随机游走分析模型;提出的传感器网络模型由3个抽象层构成,即由无线传感器构成的底层、由各种运输代理构成的中间层和由接入点/中央存储库构成的顶层。具体实现原理是位于中间层的移动运输代理从底层分布的无线传感器收集数据并缓冲数据,然后经过游走运输,最后将从底层的无线传感器收集的数据交付到顶层必要的接入点进行必要的存储和处理,从而实现整个传感器网络的数据获取;理论分析和仿真实验结果表明,提出的基于移动运输代理的传感器网络模型不仅具有较好的鲁棒性和可扩展性,而且相比于基站网络模型和Ad-hoc网络模型,在传感器功率消耗、数据成功率和基础设施投入成本方面有明显的优势。     

基于漏泄通信的矿井空气质量监控系统应用研究

研究利用漏泄通信电缆构建用于矿井空气质量监控的无线传感网络、实现远程采集与监控的方法。将各种传感器所采集的信号由GPRS RTU进行转发,然后借助于井下原有的漏泄通信系统传输至基站,经基站处理后通过以太网上传至服务器进行数据备份与处理;同时,将由服务器平台下发的控制信号反向下达给执行装置,对通风设备进行控制。     

红外LED在温度监控中的应用

为保证变电站中露天安置设备的安全运行,提出了现场环境设备温度监控的设计方案.该方案基于无源无线温度传感器,安装在现场的测温传感器的温度量转化为红外信号并发射,接收端的红外监控摄像机对传感器扫描接收,PC机对提取的红外图像处理、分析后,给出温度指示和异常报警信号.测温传感器采用温差模块直接向红外管供电方式;采用热敏电阻网络进行温度补偿;利用高斯-牛顿和麦夸脱算法对热敏电阻网络的参数进行优化计算.通过实际检验,所设计的方案获得满意的效果.     

基于ZigBee的开关设备远程温度监控系统

针对由于开关设备地域分布广、给采集运行温度数据和设备维修造成困难的问题,开发了一种基于无线传感器网络的远程温度测控系统。该系统的网络节点以CC2430为核心,利用热电堆传感器采集温度,采用ZigBee协议组成树状网络实现主机与节点之间的数据传输,通过LabVIEW实现无线网络数据的显示与处理。经测试,该系统抗干扰能力强,工作稳定,可对历史数据进行分析,亦可对开关设备的温度实施有效的远程监控。