基于FPGA的下肢肌电信号数据采集与传输研究

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康复训练是恢复和提高运动型障碍患者肢体运动能力的重要手段。传统的康复方法以治疗师辅助训练为主,效率低,不能满足康复的需求。基于肌电信号控制的下肢康复机器人是通过采集人体下肢的肌电信号进行处理,识别人的运动意图以控制机器人的运动,通过机器人带动肢体运动达到康复训练的目的。作为康复机器人的控制信号源,肌电信号的采集是实现康复机器人功能的前提和基础。由于肌电信号的微弱性、易受干扰等特点,研究设计一个能采集有效肌电信号、方便实用、性能稳定的肌电信号采集设备对于实现肌电信号的控制作用具有关键的意义。本文根据下肢康复机器人的功能需求和肌电信号的特点,研究设计了一个低成本、实用方便、采集精度高、传输速度快、实时性好的多通道肌电信号采集传输系统。首先分析了该系统的功能需求,根据肌电信号的特点,以虚拟仪器理论为指导,设计了系统的总体架构,包括信号调理电路、数据采集电路、数据传输接口电路、FPGA逻辑控制电路和上位机软件等功能模块。其次,选择合理的芯片,对系统的硬件电路进行设计。设计了信号调理电路、以A/D芯片为核心的数据采集电路和以PCI9052为核心的数据传输接口电路,并使用FPGA作为控制芯片设计逻辑控制电路,实现对数据采集过程和传输过程的控制。然后,设计开发了上位机软件,包括驱动程序和应用软件,实现了软件对采集设备和过程的控制,使设备“虚拟化”。最后进行了肌电信号采集实验,测试了系统的应用效果。在实现各功能模块的基础上,本文重点对数据采集电路、数据传输接口电路、逻辑控制电路和上位机应用软件的设计开发进行了详细的研究和介绍。
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