基于嵌入式技术的表面肌电信号采集仪设计

研制一种基于嵌入式技术的便携式表面肌电信号采集仪,以ARM7微处理器AT91SAM7SE512为核心,包含肌电采集放大、A／D转换、带触摸屏的液晶显示、USB有线传输、Xbee无线传输、数据存储等多个组成部分。采用μC／OS—Ⅱ操作系统和基于μC／GUI的图形化界面,性能稳定,操作简便。为了方便用户资料及肌电数据的管理,移植了FATFS文件系统。低功耗和微型化设计提高了设备的便携性,有利于提高表面肌电信号采集仪在运动员训练中的使用率。     

一种新型SoC启动方案的设计与实现

传统片上系统（System on Chip,SoC）启动方案中通常采用ROM（Read-Only Memory）或Flash等非易失性存储器来存储程序并引导内核启动,但是ROM在制造之后不能更改数据内容;Flash等可擦写存储器则需要专用的擦写接口,且制造费用高昂。针对以上问题,设计了SoC启动控制器和引导加载程序,通过读取片外Micro SD（Secure Digital）卡中存储的程序,提出了一种直接从片内SRAM（Static Random Access Memory）中启动SoC的新型方案,从速度、面积和成本等方面折中考虑,给出了设计过程并进行验证分析。结果表明,所设计的SoC启动控制器完成数据加载并直接从SRAM引导SoC启动。该方案采用SMIC 0.13 μm CMOS 1P6M工艺流片验证测试,在800 ms内将64 kB数据加载到片上SRAM并成功引导SoC启动,系统工作频率32 MHz,SoC面积为2 mm2,其中启动控制器面积仅为0.3 mm2。相比于传统片内ROM/Flash启动方式和片外Flash加载方式,所提方案无需使用片内ROM或Flash IP核,面积减少了20%,IO管脚减少了6个,为SoC提供了一种新型的低成本启动方案。     

肌电生物反馈法康复治疗仪的设计

设计并研发一种通过肌电生物反馈法重建人体神经网络系统的医疗仪器,为神经肌肉系统类疾病患者的全面康复提供一种新的治疗平台.治疗仪由硬件电路和PC机控制软件两部分构成,下位机（MCU）包括体表肌电采集放大电路、神经肌肉电刺激电路两大部分;上位机（PC）的软件系统主要负责视觉信号反馈,治疗参数控制、病历登记、信息查询等功能.治疗仪达到了国家的医用康复治疗的各项指标,能够帮助患者逐步康复,且具有安全、无创、便捷、人机交互能力强等特点.     

一种ECG信号肌电干扰去除方法的研究

实测心电(ECG)信号通常被多种因素干扰,尤其是肌电干扰的去除存在较大困难。本文提出一种结合经验模态分解法(EMD)与主成分分析(PCA)的消噪算法来去除ECG信号的肌电干扰。解决了通常采用小波算法和EMD等方法会导致ECG信号产生振荡和丢失有用信息的难题。本研究利用PCA对含噪信号经EMD分解后的内蕴模态函数(IMF)进行去噪处理,通过对MIT-BIH心电数据进行仿真,以及定性分析了信噪比(SNR)和均方误差(MSE)。结果表明,ECG信号中的肌电干扰被有效去除,所提方法的消噪效果整体上优于小波去噪算法和EMD消噪算法,是一种有效的消噪方法。     

表面肌电信号有源低通滤波器设计与验证

在运动康复治疗中,需要一种即能够滤除信号中的干扰,又能够放大信号的有源滤波器提取相关肌肉运动产生的表面肌电信号,以评估康复治疗效果。基于多重反馈型滤波器设计一种表面肌电信号的有源低通滤波器,并通过仿真进行验证。     

一种新型教学考试系统的设计与实现

本文分析了教学考试的现状和亟待解决的问题,提出了一种集蓝牙、红外和USB通信技术为一体的新型教学考试系统的总体方案,设计并实现了相应的硬软件。该系统具有无线收卷、瞬时阅卷、实时试题分析和低碳环保等特点,已经成功应用于各类院校和多个培训机构。     

基于STM32F103的自主肌电控制功能性电刺激的研究与设计

为解决不同患者对于功能性电刺激强度的适应能力和肢体角度的控制,设计了一款自主肌电控制功能性电刺激。该系统以STM32F103为开发平台,对肌电信号进行采集和刺激输出控制。硬件电路包含运算放大电路、全波整流电路、有源滤波电路和电流镜电路等。软件实现通过STM32F103的直接寄存器访问技术、数模转换模块和模数转换模块进行肌电信号峰值探测和刺激信号输出强度控制。测试表明:该系统能够实现肌电峰值探测,并使用肌电信号峰值控制刺激信号动态输出。     

表面肌电信号拾取的专用有源滤波器设计

本文介绍了表面肌电信号拾取的专用有源滤波器设计,分析了此滤波器的性能,并与一种医用滤波器进行了比较。     

一种基于体表肌电信号通信原理的功能性电刺激系统设计

基于传感与通信原理和肌电阈值不应期算法,文中设计了一种基于对侧体表肌电信号控制的上肢功能电刺激原型系统。该系统穿戴方便,具有基本的FES功能、对侧控制FES功能以及体表电极刺激和电针刺激两种输出接口。通过对探测端自主肌电脉冲序列利用阈值不应期算法进行解码并实时生成对应的FES刺激脉冲序列,使受刺激肢体跟随探测端肢体力量运动。文中对健康志愿者上肢腕伸动作进行了力量跟踪实验,测试结果显示,探测端腕关节力矩曲线与刺激端腕关节力矩曲线的相关系数为r=0.925 4,均方根误差RMSE=0.184 3。实验结果显示,该系统能够使志愿者刺激侧腕伸肌较好的跟踪探测端肌肉发力情况,完成腕伸运动功能重建。该原型系统对于偏瘫上肢康复训练具有重要的临床意义。     

一种仪器仪表表面光洁度检测固定装置的设计

文章介绍了一种仪器仪表表面光洁度检测装置的自动检测机构,该机构主要用于将精密性的小型仪器在检测过程中固定在固定台,采用软性接触的方式降低固定过程中对仪器的损伤,并且结构简单,便于使用,避免了通过刚性接触固定的方式对仪器的表面造成损伤,也解决了因部分仪器仪表外观不规整而导致常规固定机构无法达到较好固定目的的问题.     

基于小波变换和盲信号分离的多通道肌电信号处理方法

 为了消除多通道表面肌电信号(SEMG)采集时形成的混叠现象,提出一种新的SEMG处理方法.该方法将小波变换和独立分量分析(ICA)结合,利用小波变换的去噪作用,滤除混合在原始SEMG中的部分噪声后作为ICA的输入信号,采用Infomax算法对输入信号实施盲分离,并引入相关系数验证ICA分量与源信号的一致性.实验结果表明,该方法用于多通道SEMG的盲分离是很有效的.     

目标检测算法在DSP系统中软硬件优化方法的实现

基于数字信号处理器TMS320C6416t为核心的实时图像处理硬件平台,利用现场可编程门阵列实现系统的硬件优化,并提出了一种基于汇编语言和流水线技术的软件优化方法.以检测2×2的目标像素点为例,当窗口尺寸为256×256,优化前程序运行时间为4.6 ms,优化后运行时间为0.071 ms,速度提高了64.8倍.为了对比,将算法在以TMS320F206为核心器件的硬件平台上实现,运行时间为200 ms.实验结果表明,采用提出的优化方法,能大大提高运行速度,实现目标的实时检测.     

一种嵌入式USB MiniHost系统设计与实现

设计并实现了一个嵌入式USB主机系统的硬件和软件,用于解决USB设备不能脱离PC主机的问题。并在设计的硬件和软件基础上利用嵌入式C语言编制了具有USB Host功能通用固件库。并利用这个固件库实现一个具有并口到USB接口的打印转换器。     

便携式磁记忆检测仪系统硬件设计

介绍了便携式磁记忆检测仪硬件系统设计.根据磁记忆检测的基本原理,结合现场检测的实际要求,提出了一种基于嵌入式结构的便携式磁记忆检测仪设计方案.硬件系统采用模块化的设计思想,完成了基于S3C2440A微处理器的检测硬件平台的构建,同时采取有效措施减少了各种主要干扰源对仪器的影响,该系统功能齐全、操作简单方便、便于携带,符合现场检测实际应用要求.     

一种双余度飞控计算机自动测试系统的软硬件设计

随着测试设备对性能要求的不断提高,PXI测试技术平台应运而生,并将其应用于机载计算机ATE设备软、硬系统结构设计,模拟、离散及数字通讯接口设计以及测试设备自身计量校准设计等,并为机载计算机设备及类似测试设备提供优良的系统设计方案,其采用模块化、标准化思想,通用性和推广性极强。介绍了双余度飞控计算机自动测试设备的设计,分别对自动测试设备的组成、技术指标以及软件和硬件设计进行介绍,对双余度飞控计算机模拟量、离散量、ARINC429、RS232等性能指标进行测试。该设备测试精度高,运行稳定可靠,具备设备自检能力,具有一定实用性和推广价值。     

NURBS自由曲面在光机设计和分析中的应用

针对光学曲面要求面形描述能力和拟合精度高以及光线追迹速度快的要求,研究了NURBS作为自由曲面的拟合、坐标空间转换和光线追迹算法。首先使用多分辨率B样条拟合方法浅度非球面,深度非球面和Peaks自由曲面进行NURBS拟合,RMS误差均小于10 nm,表现出很好的适应性。其次研究了NURBS曲面的参数空间到坐标空间的转化算法,与传统曲面求导方法相比,速度提高了3倍以上。在提出合理迭代初值计算方法的基础上,将计算每个曲面点的时间缩短至0.3 ms。最后通过NURBS曲面在自由曲面头盔系统的光机分析中和CODEV用户自定义曲面中的成功运用,证明了NURBS曲面能很好地满足光机设计、分析和加工的要求。     

裸眼3D系统SD卡FPGA读取显示研究

SD卡可为便携式裸眼3D设备提供数据来源,图像存储于SD卡中,FPGA以SPI协议方式读出,再经过FIFO和SDRAM进行数据缓存,通过接口输入显示器显示.探讨了通过FPGA器件读取SD卡图像进行显示的实现方法,得出了SD卡文件读取及显示的可行逻辑设计.系统性能经过初步验证,可行性良好.     

基于嵌入式系统的数据记录分析仪的硬件设计

为集中监控工业现场的大量自动化仪表,提高工业生产中的自动化水平,现以S3C2410A为主控芯片,以液晶屏为显示设备,以触摸屏为输入设备,以SD卡为存储设备,设计一种电力设备数据记录分析仪。记录仪支持CAN通信与485通信2种总线方式采集采样模块的数据,具有大屏幕显示输出,简单易行的触摸屏输入,利用以太网上传数据,大容量的存储空间,功能齐全,用途广泛。     

智能反射面辅助的毫米波MIMO系统波束成形设计

智能反射面(Intelligent Reflecting Surface, IRS),也被称为可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)或大型智能表面(Large Intelligent Surface, LIS),通过重新配置无线通信传输环境,可以有效提高通信质量。考虑IRS辅助的毫米波多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)下行系统,通过采用流形优化(Manifold Optimization, MO)技术处理,协同优化IRS的无源波束成形、功率分配、预编码矩阵以及合并矩阵,以最大化多用户和速率。由于利用流形优化算法设计的最佳目标函数是非凸的,因此利用毫米波级联信道的内在结构,将非凸问题转换为更加容易处理的问题。仿真结果表明,所采用的MO方案能获得比最小均方误差(Minimum Mean Square Error, MMSE)方案以及随机相位方案更好的和速率性能。     

一种表面等离激元干涉型窄带梳状滤波器优化设计研究北大核心CSCD

为了压窄梳状滤波器单信道带宽,提高有限频带资源利用率,本文提出一种表面等离激元(surface plasmon polaritons,SPPs)干涉型梳状滤波器。在单信道带宽被压窄的同时,伴随通带透射率和信道数大幅提升。利用时域有限差分(finite difference time domain,FDTD)法数值模拟了梳状滤波器设计参数对透射光谱的影响,探究了产生机理,优化了设计结构。研究结果证明,梳状透射光谱单信道超窄带宽是SPPs和石墨烯微腔双重干涉的结果。梳状透射光谱主要集中在1—1.24μm近红外波段,单信道带宽最优值可达4.2 nm,信道数高达18个。同时可通过调控顶层二氧化硅(SO)的宽度实现相邻信道间距、单信道带宽和信道数的需求选择,尤其梳状光谱是由滤波器结构材料自身耦合共振激发的,结构简单,更易于片上集成。