燕山大學
課程設計說明書
題目： 肌電訊號分析及動作識別
學院（系）：電氣工程學院
年級專業： 10級儀表三班
學號：學生姓名：
指導教師：
教師職稱： 教授講師
電氣工程學院《課程設計》任務書
基層教學單位：自動化儀表系指導教師：謝平張淑清
目錄第一章摘要2
第二章系統總體設計方案3
第三章肌電訊號的時域引數處理及其分析4
第四章肌電訊號的頻域處理方法及其分析7
3.1 fft分析7
3.2 功率譜分析8
3.3 倒譜分析9
3.4 平均功率頻率mpf和中值頻率10
第五章 matlab程式及gui11
第六章系統整體除錯及結果說明24
第七章學習心得24
參考文獻25
第一章摘要
肌電訊號是產生肌肉力的電訊號根源，它是肌肉中很多運動單元動作電位在時間和空間上的疊加，反映了神經，肌肉的功能狀態，在基礎醫學研究、臨床診斷和**工程中有廣泛的應用。
其種類重要有兩種：一，臨床肌電圖檢查多採用針電極插入肌肉檢測肌電圖，其優點是干擾小，定位性好，易識別，但由於它是一種有創傷的檢測方法，其應用收到了一定的限制。二，表面肌電則是從人體**表面通過電極記錄下來的神經肌肉活動時發放的生物電訊號，屬於無創傷性，操作簡單，病人易接受，有著廣泛的應用前景。
主要應用領域有：一，仿生學。提出肌肉生理模型來判別肌肉的動作以來, 電子假肢的研究進入了新的發展時期, 過去電子假肢的控制靠使用者人為開關和選擇運動模式來完成, 現在則可通過檢測人體殘肢表面肌電訊號, 提取出肢體的動作特徵, 來自動控制假肢運動, 利用殘肢表面肌電訊號的肌電假肢研製在國內外都取得較大進展。
二，**工程。如利用表面肌電訊號提取出的特徵作為功能性電刺激的控制訊號, 幫助癱瘓的肢體恢復運動功能。通過檢測表面肌電訊號, 並將其作為反饋訊號提供給病人和醫生, 便於進行合理的**和訓練。
三，運動醫學。表面肌電訊號在運動醫學中也可發揮重要作用, 通過檢測運動員運動時的表面肌電訊號,及時反映出肌肉的疲勞和興奮狀態, 有助於建立科學的訓練方法。
本次課程設計的主要任務就是對微弱的肌電訊號進行時域和頻域的處理及分析，運用數字處理及matlab的知識進行「屈」和「伸」動作識別。然後通過串列埠將資料傳送到微控制器下行微機進行顯示。
第二章系統總體設計方案
根據課程設計要求在上微機利用matble分析肌電訊號並處理，基於肌電訊號分析結果，通過串列埠傳送命令給微控制器系統，根據肌電訊號動作狀態控制相應的數碼管顯示。並增加了擴充套件模組，通過動作模式驅動電機轉動或其他控制輸出模組。
通過分析上位機matlab中對訊號處理的結果，我們可以得到一系列的訊號特徵值，其中我們選取了具有代表意義積分肌電值來進行處理，並給出對於屈伸動作的閾值。通過對閾值的判斷，使數碼管顯示積分肌電值，使點陣模組顯示相應的「屈」和「伸」字樣，使電機根據動作進行正反轉，蜂鳴器在「屈」動作是發出鳴響。
最後，將上微機的處理資料通過串列埠通訊傳送到下微機顯示，得到動作識別的要求。
第3章肌電訊號的時域引數處理及其分析
（1）均值：對於一組隨機變數來說，均值是乙個很重要的數值特徵，用來描述一組變數的平均水平。其嚴格的數學定義非常簡單，就是乙個隨機變數關於概率測度的積分。
因此，在此處，均值表示肌電訊號的平均水平。公式如下：
（2）方差：方差是各個資料與平均數之差的平方的平均數。在數理統計和概率論中，方差用來度量隨機變數和其數學期望（即均值）之間的偏離程度。
在此處，研究訊號的隨機變數和均值之間的偏離程度有著很重要的意義。其求解公式如下：
（3）標準差：標準差也稱均方差，是各資料偏離平均數的距離的平均數，它是離均差平方和平均後的方根，用u表示。標準差是方差的算術平方根。
標準差能反映乙個資料集的離散程度。所以能很好的反映肌電訊號的離散程度。求解公式如下：
（4）積分肌電值iemg：積分肌電值就是對所有訊號取絕對值後盡心均值的求解，由於對肌電訊號直接求均值，均值近似為零，無法表徵訊號間的差異。若對肌電訊號取絕對值後再進行均值運算後，均值恆大於零，因而可用於提取肌電訊號的特徵。
公式如下：
（5）均方根rms：均方根就是一組資料的平方和除以資料的個數再開方，均方根是最理想的平方濾波方式的典型，讓濾波更平滑，更大限度的濾掉雜訊。因此，對肌電訊號求均方根，可以濾除訊號中的雜訊，使濾波後的訊號更平滑、更明顯。
公式如下：
（6）原始訊號的時域及上述引數值的matlab程式
clear;
close all
a=load('');//('');
n=10000;
b=0:n-1;
axis([0,10000,-1,1]);
plot(b,a);
xlabel('時間 (s)');
ylabel('被測變數y');
grid on;
fprintf('\n資料基本資訊：\n')
printf(' 均值 = %7.5f \n',mean(a
fprintf(' 標準差 = %7.5f \n', sqrt(var(a)));
fprintf(' 方差= %7.5f \n', var(a));
fprintf(' 積分肌電值iemg = %7.5f \n', mean(abs(a)));
fprintf(' 均方根有效值rms= %7.5f \n', sqrt(mean(a.^2)) );
屈訊號資料基本資訊：
均值 = 0.03502
標準差 = 0.05775
方差= 0.00334
積分肌電值iemg = 0.05437
均方根rms= 0.17246
伸訊號資料基本資訊：
均值 = 0.00337
標準差 = 0.24421
方差= 0.05964
積分肌電值iemg = 0.12826
均方根rms= 0.19993
第四章肌電訊號的頻域處理方法及其分析
3.1 fft分析：fft是離散傅利葉變換的快速演算法，可以將乙個訊號變換到頻域。
有些訊號在時域上是很難看出什麼特徵的，但是如果變換到頻域之後，就很容易看出特徵了。這就是很多訊號分析採用fft變換的原因。另外，fft可以將乙個訊號的頻譜提取出來。
取樣得到的數碼訊號fft變換。n個取樣點，經過fft之後，就可以得到n個點的fft結果。為了方便進行fft運算，通常n取2的整數次方。
假設取樣頻率為fs，訊號頻率f，取樣點數為n。那麼fft之後結果就是乙個為n點的複數。每乙個點就對應著乙個頻率點。
這個點的模值，就是該頻率值下的幅度特性。而每個點的相位就是在該頻率下的訊號的相位。如果要要提高頻率解析度，就需要增加取樣點數，也即取樣時間。
頻率解析度和取樣時間是倒數關係。
matlab實現：
clear;
close all;
a=load('');/''
y=fft(a,1024); %做1024點傅利葉變換
fs=1000;
n=length(y);
mag=abs(y);
f=(0:n-1)/n*fs;
figure;
plot(f,mag);%幅頻譜
xlabel('頻率');
ylabel('幅值');
title('（屈/伸）肌電幅頻');
電訊號接地總結
地 是電子技術中乙個很重要的概念。由於 地 的分類與作用有多種，容易混淆，故總結一下 地 的概念。接地 有裝置內部的訊號接地和裝置接大地，兩者概念不同，目的也不同。地 的經典定義是 作為電路或系統基準的等電位點或平面 一 訊號 地 又稱參考 地 就是零電位的參考點，也是構成電路訊號迴路的公共端 1 ...
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