讯阳文艺网单片机毕业设计
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基于单片机的肌电生物反馈仪设计
A Feedback System of Surface Electromyography Based on MCU
作者：吴昕儒
指导教师：张元良
摘 要
目前，脑卒中作为我国第一大死亡和致残原因，使许多患者面临瘫痪。虽然实验表明早期的康复训练可以有效改善脑卒中患者的运动功能障碍，然而由于瘫痪患者运动功能的不健全，在进行康复训练的过程中，极易发生痉挛、肌肉拉伤，对患者造成二次损伤。因此，将肌肉疲劳情况纳入考量，可以有效避免意外损伤，提高康复效率。表面肌电信号的采集和特征提取可以有效反映患者生理状况，为患者肌肉疲劳提供判定依据。基于此，本文针对瘫痪患者康复过程中的疲劳探测，设计了一款基于单片机的肌电生物反馈仪。
由于表面肌电信号十分微弱且极易受到外界干扰，我们要求表面肌电信号的采集电路具有高输入阻抗、高增益和良好的抗干扰能力。为此，我们选用了高精度仪用放大器AD8221对肌电原始信号进行初级放大，以获得高输入阻抗和高共模抑制比；设计高通、
低通滤波器和两级陷波滤波器对不同频段的噪声进行有效滤除并对其进行电压抬升。选用STM32F103CBT6作为主控制芯片，辅以软件系统，有效调度各硬件模块，实现反馈功能。
本文从系统整体框架的构建开始，详细地介绍了反馈仪硬件系统、软件系统中各模块的设计过程，并对系统主要模块进行仿真测试以证明系统的可行性。
总体方案设计
从反馈仪的主要功能入手，综合考虑肌电信号的特点，分别从硬件和软件两方面详细介绍了反馈仪系统方案设计。其中硬件系统主要包括肌电信号采集电路、单片机主控电路、电源电路以及液晶触摸显示屏系统；软件系统主要可分为显示、检测、触摸、设置、时间、数据分析及提示7种服务状态。
肌电采集电路设计
针对肌电信号幅值小、易受干扰等特征，对其硬件采集电路进行了详细的设计。首先选择AD8221精密仪表放大器对其进行前置差分放大，以获得较高的共模抑制比；再依次经二阶巴特沃斯高通、低通滤波器对其进行20Hz~500Hz带通滤波；得到有效频带成分后进行二级放大使微弱原始信号放大至伏级；设计两级50Hz双T型陷波器对信号频率中50Hz工频干扰进行精准滤除后得到较纯净的表面肌电信号；最后设置反向加法电路后接反相器对信号进行抬升，以适应后续A/D转换。
主控电路设计
围绕主控单片机电路及其外围电路进行了详细的电路设计。主控单片机选用了STM32F103系列的CBT6芯片，借助+7.4V 锂电池供电，有效避免了引入220V市电所带来的工频干扰。
软件系统设计
针对反馈仪的软件系统设计进行了详细的叙述。首先论述了系统待机、检测、分析、历史数据回放、设置、充电、通信等7大主要模式的工作方式及工作内容；然后针对系统主要初始化以及采集程序进行了介绍和部分程序的截取；最后综合分析目前常用于肌电信号分析的方法及典型特征值，根据各个参数的特点，最终选定本反馈仪拟提取的反馈参数。
系统仿真验证
基于NI Multisim和Proteus软件对反馈仪控制系统进行仿真测试，检验反馈仪各部分工作，以证明系统的可行性。
导师简介
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张元良 教授
重大装备设计研究所
博士生导师、硕士生导师
zylgzh@dlut.edu.cn
研究方向
智能控制
单片机应用及测控技术
机械零件寿命评估及可再制造性评价
非线性超声探伤技术
THE END
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