【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于表面肌电信号的采集和信号处理领域，尤其涉及一种表面肌电信号采集系统及肌肉状态分析方法。
技术介绍
1、随着软硬件技术的进步和生活的改善，人们越来越关注自身健康和运动表现，运动监测设备也越来越多。目前的运动监测设备大多关注使用者的健康状况和运动姿态，对运动时的肌肉状态关注较少。在运动过程中，肌肉状态的监测对于运动者的健康和运动表现至关重要。肌肉状态的分析可以提供关于肌肉活动强度、疲劳程度和恢复情况等方面的信息，帮助运动者更好地了解自身的运动表现和健康状况。然而，目前的运动监测设备在肌肉状态分析方面存在一定的局限性。
2、本申请实例旨在设计一种新型的表面肌电信号采集系统及肌肉状态分析方法，实现对运动过程中肌肉状态的准确监测和分析。通过对肌肉信号的特征提取、模式识别和分类，系统可以准确评估肌肉活动的疲劳程度，帮助运动者优化训练效果，预防运动损伤，并提升运动表现。
技术实现思路
1、基于现有技术存在的问题，本申请实施例的目的是提供一种表面肌电信号采集系统及肌肉状态分析方法。
2、根据本申请实施例的第一方面，提供一种表面肌电信号采集系统，包括信号采集单元、信号传输单元和上位机；
3、所述信号采集单元佩戴于人体，包括滤波电路、模数转换器、微控制处理单元及若干采集电极，所述采集电极以差分方式采集表面肌电信号，所述滤波电路用于对所述表面肌电信号进行滤波放大，所述模数转换器通过spi协议将处理后的表面肌电信号传输到微控制处理单元，所述微控制处理单元用
4、所述信号传输单元用于将收到的信号传输至上位机，所述上位机用于显示收到的表面肌电信号，并根据所述表面肌电信号分析肌肉状态。
5、进一步地，所述采集电极包括三端输入，正端输入、负端输入和参考电压，正端输入将作为差分信号的正相，负端输入作为差分信号的负相，参考电压用于维持零电平保证肌电信号不会漂移。
6、进一步地，所述信号传输单元包括一个蓝牙主机和若干蓝牙从机，每个蓝牙从机接收一个信号采集单元中的微控制处理单元传输的信号，蓝牙主机在搜索到蓝牙从机之后将与之建立连接，在连接建立之后蓝牙从机将收到的信号传输到蓝牙主机。
7、进一步地，在使用者需要修改采样频率和信号增益时，通过上位机将蓝牙从机序号、采样频率和增益发送至蓝牙主机，所述蓝牙主机根据所述蓝牙从机序号修改对应蓝牙从机的特征值，所述蓝牙从机在检测到特征值被修改后，向所述微控制处理单元的串口缓冲区写入采样频率和增益，经微控制处理单元修改模数转换器的采样频率和增益。
8、进一步地，若信道拥堵导致数据收发失败，则蓝牙从机会利用跳频技术，使用其他信道进行信号传输。
9、根据本申请实施例的第二方面，提供一种基于表面肌电信号的肌肉状态分析方法，应用于第一方面所述的系统中的上位机，包括：
10、获取表面肌电信号并根据所述表面肌电信号计算肌肉发力度和肌肉激活度；
11、根据所述肌肉发力度更新肌肉参与度；
12、计算表面肌电信号的中值频率和平均频率；
13、根据所述肌肉激活度和表面肌电信号的中值频率、平均频率，计算肌肉疲劳度。
14、进一步地，通过下式计算肌肉发力度和肌肉激活度：
15、iemg＝∫semg×dt
16、
17、其中，iemg为肌肉发力度，activation为肌肉激活度，semg为上位机收到的表面肌电信号，semgmax为力竭时的表面肌电信号。
18、进一步地，根据下式更新肌肉参与度：
19、
20、其中，k为表示第k个肌电信号采集单元，n为肌电信号采集单元总数。
21、进一步地，根据下式计算表面肌电信号的中值频率mf和平均频率mpf：
22、
23、
24、其中，其中p(f)表示表面肌电信号的功率谱，f表示表面肌电信号的频率。
25、进一步地，通过下式计算肌肉疲劳度：
26、
27、activation为肌肉激活度，mfmax和mpfmax分别表示力竭时的中值频率和平均频率，mfinit和mpfinit分别表示放松时的中值频率和平均频率。
28、本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
29、本系统采用蓝牙一主多从网络的设计，可以同时连接多个从设备，实现对身体多个部位的肌电信号采集。这种设计使得系统能够全面监测不同部位的肌肉活动情况，提供更全面、准确的数据支持。其次，本申请具备在线修改采样频率和增益的功能。通过远程控制主设备，用户可以根据需要实时调整采样频率和增益，以适应不同的应用场景和实验需求。这一功能使得系统具有更高的灵活性和可定制性，能够满足不同用户的个性化需求。
30、本方法对肌肉信号进行分析和解读，能够准确评估肌肉活动疲劳程度，克服了传统系统在信号处理方面可能存在的噪声干扰和信号失真问题，提高了数据的准确性和可靠性，进而达到更准确、全面的肌肉状态监测和分析效果。这一技术方案为运动者提供了更全面、准确的肌肉状态评估，帮助他们更好地了解自身的运动表现和健康状况，制定更科学、有效的训练计划，提升运动成果，保持身体健康。
31、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
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1.一种表面肌电信号采集系统，其特征在于，包括信号采集单元、信号传输单元和上位机；
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采集电极包括三端输入，正端输入、负端输入和参考电压，正端输入将作为差分信号的正相，负端输入作为差分信号的负相，参考电压用于维持零电平保证肌电信号不会漂移。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号传输单元包括一个蓝牙主机和若干蓝牙从机，每个蓝牙从机接收一个信号采集单元中的微控制处理单元传输的信号，蓝牙主机在搜索到蓝牙从机之后将与之建立连接，在连接建立之后蓝牙从机将收到的信号传输到蓝牙主机。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，在使用者需要修改采样频率和信号增益时，通过上位机将蓝牙从机序号、采样频率和增益发送至蓝牙主机，所述蓝牙主机根据所述蓝牙从机序号修改对应蓝牙从机的特征值，所述蓝牙从机在检测到特征值被修改后，向所述微控制处理单元的串口缓冲区写入采样频率和增益，经微控制处理单元修改模数转换器的采样频率和增益。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，若信道拥堵导致数据收发失败，则蓝牙从机
6.一种基于表面肌电信号的肌肉状态分析方法，其特征在于，应用于权利要求1-5中任一项所述的系统中的上位机，包括：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过下式计算肌肉发力度和肌肉激活度：
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据下式更新肌肉参与度：
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据下式计算表面肌电信号的中值频率MF和平均频率MPF：
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过下式计算肌肉疲劳度：
...【技术特征摘要】
1.一种表面肌电信号采集系统，其特征在于，包括信号采集单元、信号传输单元和上位机；
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采集电极包括三端输入，正端输入、负端输入和参考电压，正端输入将作为差分信号的正相，负端输入作为差分信号的负相，参考电压用于维持零电平保证肌电信号不会漂移。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号传输单元包括一个蓝牙主机和若干蓝牙从机，每个蓝牙从机接收一个信号采集单元中的微控制处理单元传输的信号，蓝牙主机在搜索到蓝牙从机之后将与之建立连接，在连接建立之后蓝牙从机将收到的信号传输到蓝牙主机。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，在使用者需要修改采样频率和信号增益时，通过上位机将蓝牙从机序号、采样频率和增益发送至蓝牙主机，所述蓝牙主机根据所述蓝牙从机序号修改对应蓝牙从机的特征值，...
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