[发明专利]一种便携的无线穿戴式肌肉运动信号采集系统

说明书

本发明公开了一种便携的无线穿戴式肌肉运动信号采集系统，包括：采集端，所述采集端包括柔性采集板、核心板和电源板，所述柔性采集板用于采集表面肌肉电信号，并对电信号进行放大、滤波信号处理，所述核心板用于接收处理后的信号，对信号进行模数转换，再将模数转换后的信号与惯性运动信息一起打包发送，其中惯性运动信息包括加速度、角速度和磁场；所述电源板为柔性采集板和核心板提供工作电压；接收端，用于通过低功耗无线蓝牙技术接收打包发送的数据。本系统可应用于手势感知或操控的人机交互系统、人体步态分析的研究、医学中肌肉运动康复的训练等，结构紧凑、穿戴便携、信噪比高、功耗低。

技术领域

本发明涉及微弱信号采集技术领域，尤其涉及一种便携的无线穿戴式肌肉运动信号采集系统。

背景技术

表面肌电信号（SEMG）是电信号经过神经肌肉的传导在人体表皮产生的综合生物电现象。它是一种电压幅值很小的电信号，信号的幅度范围一般在20μV至300μV，信号的能量主要集中在50Hz至220Hz。通过采集与分析表面肌电信号数据，具有不对人体造成伤害、无痛、操作简便等优势，在手势交互、步态分析、康复医疗等领域都有广泛的应用前景和可观的经济价值。

嵌入式实时操作系统（RTOS）是能够以足够快的速度接收数据并处理事件，其处理的结果又能在短时间之内来控制系统或使系统作出快速响应，并协调所有实时任务有序运行的操作系统。它是一种成本低、占用资源小、功耗低、可靠性强的操作系统，广泛应用于小型智能终端等嵌入式系统中。

低功耗无线蓝牙技术（BLE）采用与经典蓝牙技术（Bluetooth）相同的工作频率，但是低功耗的优势可使产品在相同电量的情况下延长数倍使用时间。其还具有体积小、成本低的优势，可以在医疗保健、运动健身、信标、安防、家庭娱乐等领域的新兴应用中发挥作用。

目前在手势感知和操控领域，一些产品采用深度摄像机（Kinect）进行手势识别，缺点是成本高，存在遮挡的问题；另一些产品采用姿态传感器或弯曲传感器等需要大量的硬件来识别手势，这样的产品不但成本高而且穿戴不方便、视觉上显得笨重，难以在实际生活中推广使用。而在人体步态分析领域，有采用加速度传感器或惯性测量单元（IMU）采集人体运动的步态数据，也有采集足底压力分布数据分析步态的，这些产品具有姿态传感数据精度低、足底压力分布分辨率低的缺点。目前在肌肉运动电信号采集领域，很少有设备能够在无线的状态下完成便携式、低噪声、低功耗的数据采集。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种便携的无线穿戴式肌肉运动信号采集系统，以解决现有技术存在的穿戴不方便、信噪比低、功耗高的问题。

本发明实施例提供一种便携的无线穿戴式肌肉运动信号采集系统，包括：

采集端，所述采集端包括柔性采集板、核心板和电源板，所述柔性采集板用于采集表面肌肉电信号，并对电信号进行放大、滤波信号处理，所述核心板用于接收处理后的信号，对信号进行模数转换，再将模数转换后的信号与惯性运动信息一起打包发送，其中惯性运动信息包括加速度、角速度和磁场；所述电源板为柔性采集板和核心板提供工作电压；

接收端，用于通过低功耗无线蓝牙技术接收打包发送的数据。

进一步地，所述柔性采集板由柔性电路板制作，包括N组肌电干电极和N组肌电信号调理模块，每组肌电干电极与对应的一组肌电信号调理模块相连，构成N通道表面肌电信号采集电路，其中N为正整数。

进一步地，所述核心板由无线微控制器及其外围电路、惯性测量单元和振动器组成，所述无线微控制器集成低功耗无线蓝牙模块和模数转换模块，通过运行嵌入式实时操作系统完成低功耗无线蓝牙的广播、连接和数据收发，同时响应从接收端发送的命令，控制肌电信号数据和惯性运动数据的采集、存储和控制振动器的启停。