一种基于表面肌电信号的高空拓展训练监控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于表面肌电信号的高空拓展训练监控系统，其特征在于，包括信号采集模块、信号处理模块、模式分类模块及显示报警模块；信号采集模块用于采集人体表面肌电信号，并将模拟信号转换为数字信号，以无线传送的方式送给信号处理模块；信号处理模块用于对信号采集模块送来的数字信号进行预处理和特征提取；模式分类模块用于对输入的特征向量进行辨识，并将这些特征向量所属的类型输出，判断肌肉与心理状态；显示报警模块，用于实时显示训练人员肌肉与心跳数据，当数据超过预警值时，会产生报警。采用上述方案，本发明专利技术实现了高空拓展训练的肌肉和心理状态监测功能，避免了由于肌肉疲劳与心理恐慌所可能造成的事故，大大提高了训练人员的信心与安全，具有很好的市场应用价值。

A monitoring system for high altitude training based on surface EMG signal

The invention discloses a system to expand the training monitoring of surface EMG signals based on high altitude, characterized, including signal acquisition module, signal processing module, pattern classification module and the display alarm module; the signal acquisition module is used for collecting sEMG signal, and converts the analog signal to digital signal, the wireless transmission mode for signal processing module; signal processing module is used for pre-processing and feature extraction of the digital signal sent by the signal acquisition module; pattern classification module for feature vector of the input identification, and the feature vector belongs to the type of output, judge muscle and mental state; display alarm module for real-time display of muscle training personnel and heartbeat data and when the data exceeds the warning value, will generate an alarm. By adopting the scheme, the invention realizes high altitude training of the muscle and mental state monitoring function, to avoid the consequences of muscle fatigue and mental panic accidents, greatly improving the safety and confidence of trained personnel, has good application value in the market.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及医学检测领域，，尤其涉及的是，一种基于表面肌电信号的高空拓展训练监控系统。
技术介绍
近几年，高空拓展训练由于其独特的形式和良好的培训效果，越来越多的高校与企业开设了高空拓展训练项目。该训练项目可以使训练人员提高安全机能，增强心理健康，提高团队合作精神。由于训练内容需要在距离地面较高的地点开展，所以该项目需要非常严格的安全措施。表面肌电信号（sEMG）是测量到的肌肉的皮肤表面的电势，可以判断肌肉是否处于疲劳状态，心跳是否由于恐慌而过快，对于高空作业人员的安全保护有很大的意义。经过对现有技术的检索发现，中国专利技术专利公布号：CN203971275U，公布日期：2014年12月3日，名称：四通道自保护式高空拓展训练设施单元。该专利技术公开了一种四通道自保护式高空拓展训练设施单元，包括：支撑柱、上通道保护滑轨、下通道保护滑轨、中间巡视走廊、连接平台、第一通道障碍训练设施、第二通道障碍训练设施、第三通道障碍训练设施、第四通道障碍训练设施。该专利技术用于高空训练。锻炼提高使用者心理素质。具有结构简单、成本低、效果好、内容丰富和功能多等优点。中国专利技术专利公布号：CN103977515A，公布日期：2014年8月13日，名称：拓展训练用高空安全保护装置。该专利技术公开了一种拓展训练用高空安全保护装置，包括用于固定套装在立柱上的轨道盘,平梁和/或斜梁径向固定在该轨道盘的外周上，轨道盘的中心竖向开设有供立柱穿过的通孔，在轨道盘的底面围绕所述通孔设有开口朝下的环形滑槽并呈辐射状对应所述平梁和/或斜梁设有径向过渡槽,平梁和/或斜梁的内滑槽通过对应设置的径向过渡槽与环形滑槽连通。该专利技术训练过程中完全的解放了儿童的双手,提高了儿童训练过程中的灵活性,该安全防护装置结构简单、使用方便,克服了现有技术的缺陷。但是，上述专利技术只针对硬件保护部件，并没有针对训练人员的心理进行监控与保护。而高空训练过程中，使用者可能出现的过度恐慌、肌肉疲劳等症状也会对训练过程的安全性造成隐患。因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种新型的基于表面肌电信号的高空拓展训练监控系统。为实现上述目的，本专利技术所采用了下述的技术方案：一种基于表面肌电信号的高空拓展训练监控系统，包括信号采集模块、信号处理模块、模式分类模块及显示报警模块；所述信号采集模块用于采集人体表面肌电信号，并将模拟信号转换为数字信号，以无线传送的方式送给信号处理模块；所述信号处理模块用于对信号采集模块送来的数字信号进行预处理和特征提取；所述模式分类模块用于对输入的特征向量进行辨识，并将这些特征向量所属的类型输出，判断肌肉与心理状态；所述显示报警模块，用于实时显示训练人员肌肉与心跳数据，当数据超过预警值时，会产生报警。优选的，所述的基于表面肌电信号的高空拓展训练监控系统中，所述信号采集模块包括：稳压电源单元，用于将5伏锂电池提供的电压进行稳压处理，为所述信号采集模块提供稳定电压；传感器单元，用于采集肌肉活动与心跳活动所产生的生理电信号；模拟信号放大单元，用于将采集到的表面肌电信号模拟量进行放大处理，避免肌电信号幅值过于微弱的影响；带通滤波单元，用于将放大后的表面肌电信号模拟量进行滤波处理，选取通过20~450Hz的信号，消除噪声干扰；A/D转换单元，用于将采集到的表面肌电信号模拟量与心电信号模拟量转换为数字量；数据传送单元，用于将处理后的表面肌电信号数字量与心电信号数字量以无线传输的方式快速送给计算机进行下一步的处理。优选的，所述的基于表面肌电信号的高空拓展训练监控系统中，所述信号处理模块包括：数据接收单元，用于接收由数据传送单元发送过来的数据；信号预处理单元，用于将信号采集模块送来的表面肌电信号进行放大、滤波处理；采样单元，用于将表面肌电信号数据进行筛选，选取合适的数据段；特征提取单元，用于提取表面肌电信号采样数据段的均值与均方根值；数据存储单元，用于将上述采样单元处理后的数据进行存储，用于离线分析用。优选的，所述的基于表面肌电信号的高空拓展训练监控系统中，所述模式分类模块具体包括：反向传播神经网络训练单元，用于将表面肌电信号特征与对应的肌肉状态组合构成多个训练样本，并完成对肌肉状态识别单元的训练；模式分类器单元，用于将表面肌电信号特征进行组合判断，分辨出使用者的上肢正在进行何种动作；肌肉状态识别单元，用于将表面肌电信号特征进行组合判断，分辨出训练人员的肌肉是否处于疲劳状态；心跳状态识别单元，用于识别训练人员的心跳频率，判断训练人员的心理是否处于恐慌状态。优选的，所述的基于表面肌电信号的高空拓展训练监控系统中，所述显示报警模块包括：显示单元，用于实时显示训练人员肌肉与心跳数据；报警单元，用于当监测到肌肉疲劳或者心理恐慌时，产生相应的语音报警。相对于现有技术的有益效果是，采用上述方案，本专利技术实现了高空拓展训练的肌肉和心理状态监测功能，避免了由于肌肉疲劳与心理恐慌所可能造成的事故，大大提高了训练人员的信心与安全，具有很好的市场应用价值。附图说明图1为本专利技术各模块功能示意图；图2为本专利技术工作流程示意图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面结合附图和具体实施例，对本专利技术进行更详细的说明。附图中给出了本专利技术的较佳的实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本专利技术。如图1、图2所示，本专利技术的一个实施例是，该基于表面肌电信号的高空拓展训练监控系统，包括信号采集模块、信号处理模块、模式分类模块及显示报警模块；所述信号采集模块用于采集人体表面肌电信号，并将模拟信号转换为数字信号，以无线传送的方式送给信号处理模块；所述信号处理模块用于对信号采集模块送来的数字信号进行预处理和特征提取；所述模式分类模块用于对输入的特征向量进行辨识，并将这些特征向量所属的类型输出，判断肌肉与心理状态；所述显示报警模块，用于实时显示训练人员肌肉与心跳数据，当数据超过预警值时，会产生报警。优选的，所述的基于表面肌电信号的高空拓展训练监控系统中，所述信号采集模块包括：稳压电源单元，用于将5伏锂电池提供的电压进行稳压处理，为所述信号采集模块提供稳定电压；传感器单元，用于采集肌肉活动与心跳活动所产生的生理电信号；模拟信号放大单元，用于将采集到的表面肌电信号模拟量进行放大处理，避免肌电信号幅值过于微弱的影响；带通滤波单元，用于将放大后的表面肌电信号模拟量进行滤波处理，选取通过20~450Hz的信号，消除噪声干扰；A/D转换单元，用于将采集到的表面肌电信号模拟量与心电信号模拟量转换为数字量；数据传送单元，用于将处理后的表面肌本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于表面肌电信号的高空拓展训练监控系统，其特征在于，包括信号采集模块、信号处理模块、模式分类模块及显示报警模块；所述信号采集模块用于采集人体表面肌电信号，并将模拟信号转换为数字信号，以无线传送的方式送给信号处理模块；所述信号处理模块用于对信号采集模块送来的数字信号进行预处理和特征提取；所述模式分类模块用于对输入的特征向量进行辨识，并将这些特征向量所属的类型输出，判断肌肉与心理状态；所述显示报警模块，用于实时显示训练人员肌肉与心跳数据，当数据超过预警值时，会产生报警。

【技术特征摘要】
1.一种基于表面肌电信号的高空拓展训练监控系统，其特征在于，包括信号采集模块、信号处理模块、模式分类模块及显示报警模块；所述信号采集模块用于采集人体表面肌电信号，并将模拟信号转换为数字信号，以无线传送的方式送给信号处理模块；所述信号处理模块用于对信号采集模块送来的数字信号进行预处理和特征提取；所述模式分类模块用于对输入的特征向量进行辨识，并将这些特征向量所属的类型输出，判断肌肉与心理状态；所述显示报警模块，用于实时显示训练人员肌肉与心跳数据，当数据超过预警值时，会产生报警。2.根据权利要求1所述的基于表面肌电信号的高空拓展训练监控系统，其特征在于，所述信号采集模块包括：稳压电源单元，用于将5伏锂电池提供的电压进行稳压处理，为所述信号采集模块提供稳定电压；传感器单元，用于采集肌肉活动与心跳活动所产生的生理电信号；模拟信号放大单元，用于将采集到的表面肌电信号模拟量进行放大处理，避免肌电信号幅值过于微弱的影响；带通滤波单元，用于将放大后的表面肌电信号模拟量进行滤波处理，选取通过20~450Hz的信号，消除噪声干扰；A/D转换单元，用于将采集到的表面肌电信号模拟量与心电信号模拟量转换为数字量；数据传送单元，用于将处理后的表面肌电信号数字量与心电信号数字量以无线传输的方式快速送给计算机进行下一步的...

【专利技术属性】
技术研发人员：于海龙，范雪莉，
申请(专利权)人：许昌学院，
类型：发明
国别省市：河南;41