一种肌电惯性信号和视频信息同步采集装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种肌电惯性信号和视频信息同步采集装置，包括电源模块、肌电信号感知模块、肌电信号A/D模块、惯性信息采集模块、数据传输模块(蓝牙2.0模块、UART模块)、视频采集模块、同步采集模块、下位机控制系统、上位机控制系统(Windows或Android系统)。本发明专利技术通过对肌电信号、惯性信号以及视频影像的实时采集与保存，可以精确地分析人体肢体在不同的运动姿态、运动速度下所对应的肌肉所产生的肌电信号的关系，通过无线蓝牙模块可与多种上位机进行实时通信，满足不同平台(Windows/Android)、不同设备(PC/手机/平板)的采集需求。

A synchronous acquisition device and method of EMG inertial signal and video information

The invention discloses a synchronous acquisition device of EMG inertia signal and video information, which includes power supply module, EMG signal sensing module, EMG signal A/D module, inertia information acquisition module, data transmission module (Bluetooth 2.0 module, UART module), video acquisition module, synchronous acquisition module, lower computer control system and upper computer control system (Windows or Android system). By collecting and storing EMG signals, inertia signals and video images in real time, the relationship of EMG signals generated by muscles corresponding to human limbs in different motion postures and velocities can be accurately analyzed. The wireless Bluetooth module can communicate with various host computers in real time to meet different platforms (Windows/Android) and different devices (PC/mobile phone/flat). The acquisition requirement of board.

【技术实现步骤摘要】
一种肌电惯性信号和视频信息同步采集装置及方法
本专利技术涉及信号同步采集
，具体涉及一种肌电惯性信号和视频信息同步采集装置及方法。
技术介绍
表面肌电信号(surfaceelectromyography，sEMG)是人体完成各种肢体动作过程中，肢体表层肌肉和神经传导过程中的电活动在皮肤表层的累积电效应，它常见于人体主动运动过程中与运动相关的骨骼肌表面，一般通过将电极片粘贴在肌肉表面进行记录。在获得了良好的肌电信号的前提下，表面肌电信号的能量变化以及频带范围等综合信息，能够很大程度上定量的反映出被测肌肉的生理和机理状态，借助于肌电信号处理方法，根据信号表象提取出深层次机理原理性的特征，能够有效的描述肌肉运动疲劳程度、肢体动作模式重构、肌肉运动功能评价以及肌电信号与神经中枢耦合关系，对肌电信号的研究，能够更深入的探寻神经科学的内在机理，加深对人体自身的认识。惯性测量方法通过惯性传感器节点组合来实现动作的连续检测。随着传感器技术的不断发展，惯性传感器体积越来越小、便携性越来越好、惯性数据越来越丰富、功耗越来越低，因此，惯性传感器已经应用于各个专业领域。常用惯性传感器主要有加速度计、陀螺仪、地磁传感器等。随着科学技术的不断进步，视频影像已经成为了现代社会中信息的重要载体。视频信息中普遍含有大量的人体动作信息。视频人体动作识别能够为人们提供各种各样的帮助。其核心是解放繁琐的人工识别视频的过程，让计算机可以通过对视频的分析，对其中的人体动作能有较为精准的识别，目前在很多领域都有不同程度的应用。目前已经有较为成熟的方法通过视频影像来提取人体的动作方位、姿态等运动信息，所以视频影像与肌电、惯性信号相比可以提供更丰富的人体运动及外部信息，将它们结合可更好进行人体动作识别研究。视频影像、肌电信号、惯性信号是不同种类的信息，可以使用不同硬件来采集，但是如果采集数据不能同步，数据的研究意义将大大减少。专利201610825647.7，本专利技术提供了一种肌电信号和惯性信息同步采集装置，包括多信息采集传感器、嵌入式微处理系统、无线多平台应用接口、电源模块以及数据应用平台。多信息采集传感器通过信号同步输入接口将实时采集的肌电信息及惯性信息传递至嵌入式微处理系统，肌电及惯性信息经微处理系统进一步优化处理，并通过无线多平台接口以无线通讯的方式传输至数据应用平台。本专利技术装置具有通讯信号稳定、扩展功能强、轻便易携带、易操作等一系列优点，能够有效适应于运动中肌电信号和惯性信息实时同步采集，并同时满足PC机、手机等多种数据应用平台的无线数据接收处理需求，为人体在运动中肢体协同运作方式的临床研究提供了极大便利。专利201680037446.9，提供一种设备物理交互虚拟化技术，允许单个(通用)可穿戴平台模拟用户与(多种)输入设备间的物理交互。本专利技术旨在提供独特的以人为中心的“超级UI(用户界面)”，作为人与多种设备的之间直观“高速/并行”输入/交互能力的集成点。本专利技术包括可被其他可穿戴设备用于手势相关输入/输出的目的方法和装置与其它移动/可穿戴设备(例如智能手表/智能手机)集成以提供自然/直观、上下文敏感的手势输入，单手操作和高速并行输入/交互(可为双方向具有触觉/压力图案和视觉/音频反馈)为了便于更通用使用和功能扩展，提议的可穿戴式设备(类手套式可穿戴)也可能是模块化设计，使平台(可插拔)易于清洁/维护或用新硬件扩展。(一)解决的技术问题本专利技术的目的在于提供一种适用于人体可便携穿戴式、具有无线传输接口的、双平台(Android/Windows)可实时应用的同步采集装置。(二)技术方案为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种肌电惯性信号和视频信息同步采集装置，包括电源模块、肌电信号感知模块、肌电信号A/D模块、惯性信息采集模块、数据传输模块、视频采集模块、同步采集模块、下位机控制系统、上位机控制系统；所述电源模块与肌电信号感知模块、下位机控制系统相连接，用于为其提供电源；所述下位机控制系统包括主控制器MCU、充电电池、电源稳压模块、滤波放大电路、UART和I2C串口通信模块，充电电池、电源稳压模块、滤波放大电路、UART和I2C串口通信模块为主控制器MCU的外围电路分别于主控制器MCU相连；所述主控制器MCU采用德州仪器MSP430F149，具有12位A/D转换器；所述肌电信号感知模块采用肌电电极，经肌电信号连接线引入肌电信号A/D模块，经肌电信号A/D模块作A/D转换后与下位机控制系统连接，获取肌电信号；所述惯性信息采集模块包括MPU9250芯片，惯性信息采集模块与下位机控制系统连接，实时采集九自由度运动惯性信息数据量并作滤波处理；所述数据传输模块包括蓝牙2.0模块、UART模块，UART模块与下位机控制系统连接，下位机控制系统通过蓝牙2.0模块与上位机控制系统进行无线数据通信；所述视频采集模块、同步采集模块与上位机控制系统相连，上位机控制系统包括信息处理模块、存储模块和显示模块，上位机控制系统进行视频信息、传感器信号的采集与显示，形成肌电信号、惯性信号与视频的同步数据，并存储在存储模块中。根据本专利技术的一实施例，所述肌电信号感知模块包括肌电信号采集传感器，传感器采用Ag/AgCl表面电极，经肌电信号连接线接入下位机控制系统中，再经滤波放大电路处理后，由蓝牙模块无线传输给上位机系统；所述肌电电极由两片相互平行的电极构成，构成差分输入。根据本专利技术的一实施例，所述滤波放大电路包括运算放大器U6、电阻R16、电阻R17、电阻R21、电容C30、3.3V电源、2.5V电源；采样信号AIN3与电阻R16一端相连，电阻R16另一端与电阻R17一端、电阻R21一端相连，电阻R21另一端接地，电阻R17另一端与运算放大器U6的1脚输出端相连；运算放大器U6的8脚接3.3V电源、电容C30一端，电容C30另一端接地，运算放大器U6的4脚接地，运算放大器U6的3脚同相输入端接2.5V电源，运算放大器U6的2脚反相输入端与1脚输出端相连。根据本专利技术的一实施例，所述惯性信息采集模块为2通道MPU9250芯片控制的九自由度惯性信号采集模块，惯性信号采集模块由惯性传感器单元和数据传输总线模块组成，实时采集九自由度运动惯性信息数据量并作滤波处理；惯性传感器单元包括加速度计、陀螺仪以及地磁传感器，输出九轴惯性信息，经过姿态解算后得到加速度、角速度、角度参数。根据本专利技术的一实施例，所述MPU9250芯片外围电路包括MPU9250芯片U7、电阻R34、电阻R35、电阻R36、电容C3、电容C6、电容C17、3.3V电源；MPU9250芯片U7的1脚、8脚、13脚与3.3V电源相连，MPU9250芯片U7的22脚与电阻R34一端相连，电阻R34另一端与3.3V电源相连，3.3V电源还与电容C3一端、电容C6一端相连，电容C3另一端、电容C6另一端接地；MPU9250芯片U7的9脚与电阻R36一端相连，MPU9250芯片U7的11脚与电阻R35一端相连，MPU9250芯片U7的10脚与电容C17一端相连，MPU9250芯片U7的18脚、20脚、电阻R35另一端、电阻R36另一端、电容C17另一端接地。根据本专利技术的一实施例，所述视频采集模块由一个高清摄像头连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种肌电惯性信号和视频信息同步采集装置，其特征在于：包括电源模块、肌电信号感知模块、肌电信号A/D模块、惯性信息采集模块、数据传输模块、视频采集模块、同步采集模块、下位机控制系统、上位机控制系统；所述电源模块与肌电信号感知模块、下位机控制系统相连接，用于为其提供电源；所述下位机控制系统包括主控制器MCU、充电电池、电源稳压模块、滤波放大电路、UART和I2C串口通信模块，充电电池、电源稳压模块、滤波放大电路、UART和I2C串口通信模块为主控制器MCU的外围电路分别于主控制器MCU相连；所述主控制器MCU采用德州仪器MSP430F149，具有12位A/D转换器；所述肌电信号感知模块采用肌电电极，经肌电信号连接线引入肌电信号A/D模块，经肌电信号A/D模块作A/D转换后与下位机控制系统连接，获取肌电信号；所述惯性信息采集模块包括MPU9250芯片，惯性信息采集模块与下位机控制系统连接，实时采集九自由度运动惯性信息数据量并作滤波处理；所述数据传输模块包括蓝牙2.0模块、UART模块，UART模块与下位机控制系统连接，下位机控制系统通过蓝牙2.0模块与上位机控制系统进行无线数据通信；所述视频采集模块、同步采集模块与上位机控制系统相连，上位机控制系统包括信息处理模块、存储模块和显示模块，上位机控制系统进行视频信息、传感器信号的采集与显示，形成肌电信号、惯性信号与视频的同步数据，并存储在存储模块中。...

【技术特征摘要】
1.一种肌电惯性信号和视频信息同步采集装置，其特征在于：包括电源模块、肌电信号感知模块、肌电信号A/D模块、惯性信息采集模块、数据传输模块、视频采集模块、同步采集模块、下位机控制系统、上位机控制系统；所述电源模块与肌电信号感知模块、下位机控制系统相连接，用于为其提供电源；所述下位机控制系统包括主控制器MCU、充电电池、电源稳压模块、滤波放大电路、UART和I2C串口通信模块，充电电池、电源稳压模块、滤波放大电路、UART和I2C串口通信模块为主控制器MCU的外围电路分别于主控制器MCU相连；所述主控制器MCU采用德州仪器MSP430F149，具有12位A/D转换器；所述肌电信号感知模块采用肌电电极，经肌电信号连接线引入肌电信号A/D模块，经肌电信号A/D模块作A/D转换后与下位机控制系统连接，获取肌电信号；所述惯性信息采集模块包括MPU9250芯片，惯性信息采集模块与下位机控制系统连接，实时采集九自由度运动惯性信息数据量并作滤波处理；所述数据传输模块包括蓝牙2.0模块、UART模块，UART模块与下位机控制系统连接，下位机控制系统通过蓝牙2.0模块与上位机控制系统进行无线数据通信；所述视频采集模块、同步采集模块与上位机控制系统相连，上位机控制系统包括信息处理模块、存储模块和显示模块，上位机控制系统进行视频信息、传感器信号的采集与显示，形成肌电信号、惯性信号与视频的同步数据，并存储在存储模块中。2.如权利要求1所述的一种肌电惯性信号和视频信息同步采集装置，其特征在于：所述肌电信号感知模块包括肌电信号采集传感器，传感器采用Ag/AgCl表面电极，经肌电信号连接线接入下位机控制系统中，再经滤波放大电路处理后，由蓝牙模块无线传输给上位机系统；所述肌电电极由两片相互平行的电极构成，构成差分输入。3.如权利要求2所述的一种肌电惯性信号和视频信息同步采集装置，其特征在于：所述滤波放大电路包括运算放大器U6、电阻R16、电阻R17、电阻R21、电容C30、3.3V电源、2.5V电源；采样信号AIN3与电阻R16一端相连，电阻R16另一端与电阻R17一端、电阻R21一端相连，电阻R21另一端接地，电阻R17另一端与运算放大器U6的1脚输出端相连；运算放大器U6的8脚接3.3V电源、电容C30一端，电容C30另一端接地，运算放大器U6的4脚接地，运算放大器U6的3脚同相输入端接2.5V电源，运算放大器U6的2脚反相输入端与1脚输出端相连。4.如权利要求1所述的一种肌电惯性信号和视频信息同步采集装置，其特征在于，所述惯性信息采集模块为2通道MPU9250芯片控制的九自由度惯性信号采集模块，惯性信号采集模块由惯性传感器单元和数据传输总线模块组成，实时采集九自由度运动惯性信息数据量并作滤波处理；惯性传感器单元包括加速度计、陀螺仪以及地磁传感器，输出九轴惯性信息，经过姿...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玉成，赵娜娜，汪鸣明，王容川，叶晓东，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34