本發(fā)明涉及一種信號(hào)采集裝置，特別是涉及一種運(yùn)動(dòng)疲勞肌電信號(hào)采集裝置。

背景技術(shù)：

電動(dòng)跑步機(jī)是通過電機(jī)帶動(dòng)跑帶使人以不同的速度或坡度被動(dòng)的跑步或走動(dòng)以體驗(yàn)不同的跑步環(huán)境，是一項(xiàng)全身性的運(yùn)動(dòng)方式。因其運(yùn)動(dòng)方式幾乎沒有蹬伸動(dòng)作，這樣與陸地上相比，可以減小運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，提高運(yùn)動(dòng)量，比陸地多跑1/3的路程，這對(duì)于提高使用者的心肺功能、肌耐力以及減肥都具有非常好的效果。因此，跑步機(jī)也深受廣大健身愛好者的歡迎,是一種較好的有氧運(yùn)動(dòng)方式。

目前，電動(dòng)跑步機(jī)一般是通過測(cè)量心率反映運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，并給出最大心跳率和目標(biāo)心率參考表，由運(yùn)動(dòng)者自己或教練選擇電動(dòng)跑步機(jī)的速度或坡度。然而，由于人的個(gè)體差異，用這種方式很難達(dá)到最佳的鍛煉效果。另外，最佳運(yùn)動(dòng)一般涉及兩個(gè)指標(biāo)：運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)疲勞，只有將兩個(gè)指標(biāo)平衡起來，才能達(dá)到最佳的鍛煉效果。運(yùn)動(dòng)疲勞主要反映在肌肉疲勞上，目前，市面上并沒有較為行之有效的用于檢測(cè)肌肉疲勞情況的產(chǎn)品出現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種運(yùn)動(dòng)疲勞肌電信號(hào)采集裝置，其克服了背景技術(shù)所述的不足之處。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種運(yùn)動(dòng)疲勞肌電信號(hào)采集裝置，包括能固定于人體相應(yīng)部位的固定本體，還包括安裝于該固定本體的肌電采集及處理電路，該肌電采集及處理電路包括肌電信號(hào)采集器、阻抗變換電路、濾波電路和放大電路，肌電信號(hào)采集器的輸出接至阻抗變換電路的輸入，阻抗變換電路的輸出接至濾波電路的輸入，濾波電路的輸出接至放大電路的輸入。

進(jìn)一步的，所述固定本體還安裝有無線發(fā)射模塊，所述放大電路的輸出接至該無線發(fā)射模塊的輸入。

進(jìn)一步的，所述固定本體還安裝有電源電路，該電源電路連接所述肌電采集及處理電路和所述無線發(fā)射模塊。

進(jìn)一步的，所述肌電信號(hào)采集器包括屏蔽層、電極、設(shè)于屏蔽層內(nèi)的第一電路和設(shè)于屏蔽層外的第二電路，電極露出屏蔽層外，第一電路包括場(chǎng)效應(yīng)管、兩二極管、一電容和一電阻，場(chǎng)相應(yīng)管的柵極連接電極，源極通過電阻接地，漏極為電源連接端，電容的一端連接場(chǎng)效應(yīng)管的源級(jí)，另一端構(gòu)成肌電信號(hào)采集器的輸出端，兩二極管的負(fù)極相連接，且該兩二極管的正極分別連接場(chǎng)效應(yīng)管的柵極和地端；第二電路包括兩電阻和可調(diào)電阻，其中一電阻連接于場(chǎng)效應(yīng)管的漏極和電容的另一端之間，另一電阻和可調(diào)電阻串聯(lián)連接于電容的另一端和地端之間。

進(jìn)一步的，所述阻抗變換電路包括第一運(yùn)算放大器、一電容和兩電阻，電容的一端連接所述脈搏波傳感器的輸出，另一端通過其中一電阻連接第一運(yùn)算放大器的同相輸入端；另一電阻的一端連接第一運(yùn)算放大器的同相輸入端，另一端接地，第一運(yùn)算放大器的輸出端連接所述濾波電路的輸入；第一運(yùn)算放大器的電源正輸入端用于連接電源，電源負(fù)輸入端接地。

進(jìn)一步的，所述濾波電路為低通濾波電路，其包括第二運(yùn)算放大器、兩電阻和兩電容，其中一電阻的一端連接所述阻抗變換電路的輸出，另一端通過其中一電容連接第二運(yùn)算放大器的反相輸入端；另一電阻的一端連接其中一電阻的另一端，另一電阻的另一端和另一電容的一端分別連接第二運(yùn)算放大器的同相輸入端，另一電容的另一端接地；第二運(yùn)算放大器的反相輸入端連接其輸出端，第二運(yùn)算放大器的輸出端連接所述放大電路的輸入。

進(jìn)一步的，所述放大電路包括第三運(yùn)算放大器和兩電阻，其中一電阻的一端連接所述濾波電路的輸出，其中一電阻的另一端和另一電阻的一端分別連接第三運(yùn)算放大器的反相輸入端，另一電阻的另一端連接第三運(yùn)算放大器的輸出端，第三運(yùn)算放大器的同相輸入端接地，輸出端構(gòu)成所述放大電路的輸出。

進(jìn)一步的，所述無線發(fā)射模塊為ZigBee發(fā)射模塊。

進(jìn)一步的，所述電源電路為可充電式電源電路，所述固定本體對(duì)應(yīng)設(shè)有與該電源電路相適配的充電接口。

進(jìn)一步的，所述固定本體為腿套或能系結(jié)于腿上的腿帶。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明的肌電采集及處理電路包括肌電信號(hào)采集器、阻抗變換電路、濾波電路和放大電路，能將肌電信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，并依次進(jìn)行電流放大、濾波、放大處理獲得便于后續(xù)識(shí)別和處理且能準(zhǔn)確反應(yīng)肌電信號(hào)頻率升降的波形，該波形即反應(yīng)了人體相應(yīng)部位的運(yùn)動(dòng)疲勞情況；本發(fā)明不僅克服了現(xiàn)有技術(shù)沒有此類產(chǎn)品的空白，還能應(yīng)用于電動(dòng)跑步機(jī)中，能夠準(zhǔn)確反應(yīng)人的腿部的運(yùn)動(dòng)疲勞情況，輔助用戶達(dá)到最佳的鍛煉效果；

2、本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置無線發(fā)射模塊，便于肌電采集及處理電路獲得的數(shù)據(jù)對(duì)外傳輸，該無線發(fā)射模塊優(yōu)選采用ZigBee發(fā)射模塊，具有性能穩(wěn)定、功耗低、傳輸快等特點(diǎn)；

3、本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置的電源電路，能夠?yàn)榧‰姴杉疤幚黼娐泛蜔o線發(fā)射模塊便捷供電；

4、本發(fā)明的肌電采集及處理電路還具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等特點(diǎn)；

5、所述固定本體優(yōu)選為腿套或腿帶，方便用戶佩戴。

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明；但本發(fā)明的一種運(yùn)動(dòng)疲勞肌電信號(hào)采集裝置不局限于實(shí)施例。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的腿套的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的電路原理框圖；

圖3是本發(fā)明的肌電采集及處理電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的ZigBee發(fā)射模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明的電源電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例，請(qǐng)參見圖1、圖2所示，本發(fā)明的一種運(yùn)動(dòng)疲勞肌電信號(hào)采集裝置，包括能固定于腿上的固定本體，該固定本體具體為腿套1，此外，該固定本體還可以是能系結(jié)于腿上的腿帶等。本發(fā)明還包括安裝于腿套1的肌電采集及處理電路3，該肌電采集及處理電路3 包括肌電信號(hào)采集器31、阻抗變換電路32、濾波電路33和放大電路34，肌電信號(hào)采集器31的輸出接至阻抗變換電路32的輸入，阻抗變換電路32的輸出接至濾波電路33的輸入，濾波電路33的輸出接至放大電路34的輸入。

本實(shí)施例中，所述腿套1還安裝有無線發(fā)射模塊和電源電路5，所述放大電路34的輸出接至該無線發(fā)射模塊的輸入。電源電路5連接所述肌電采集及處理電路3及所述無線發(fā)射模塊。

本實(shí)施例中，所述肌電采集及處理電路3以一片低功耗精密4運(yùn)放的TLV2244芯片為核心。具體，該肌電采集及處理電路3的各部分電路的電路結(jié)構(gòu)如圖3所示：

所述肌電信號(hào)采集器31設(shè)有屏蔽層311，能防止外部干擾，其還包括電極312、設(shè)于屏蔽層311內(nèi)的第一電路和設(shè)于屏蔽層311外的第二電路，電極312露出屏蔽層311外，第一電路包括場(chǎng)效應(yīng)管BG、兩二極管D1、D2、一電容C0和一電阻R1，場(chǎng)相應(yīng)管BG的柵極連接電極312，源極通過電阻R1接地，漏極為電源連接端，電容C0的一端連接場(chǎng)效應(yīng)管BG的源級(jí)，另一端構(gòu)成肌電信號(hào)采集器31的輸出端，兩二極管D1、D2的負(fù)極相連接，且該兩二極管D1、D2的正極分別連接場(chǎng)效應(yīng)管BG的柵極和地端；第二電路包括兩電阻R2、R3和可調(diào)電阻Rx，用于調(diào)整輸出波形的對(duì)稱性，其中一電阻R3連接于場(chǎng)效應(yīng)管BG的漏極和電容C0的另一端之間，另一電阻R2和可調(diào)電阻Rx串聯(lián)連接于電容C0的另一端和地端之間。該肌電信號(hào)采集器31拾取到的肌電信號(hào)經(jīng)OUT1送入阻抗變換電路32。

阻抗變換電路32即為一電壓跟隨器，其主要作用是進(jìn)行阻抗變換，加大該電路帶負(fù)載的能力，其實(shí)質(zhì)是對(duì)電流進(jìn)行動(dòng)態(tài)放大，隨后級(jí)電路電流的變化進(jìn)行放大。該阻抗變換電路32包括第一運(yùn)算放大器A1、一電容C1和兩電阻R4、R5，電容C1的一端連接所述肌電信號(hào)采集器31的輸出(即連接所述OUT1)，另一端通過其中一電阻R4連接第一運(yùn)算放大器A1的同相輸入端；另一電阻R5的一端連接第一運(yùn)算放大器A1的同相輸入端，另一端接地，第一運(yùn)算放大器A1的輸出端連接所述濾波電路33的輸入。第一運(yùn)算放大器A1的電源正輸入端用于連接電源，電源負(fù)輸入端接地。

由于前級(jí)電路輸出信號(hào)比較微弱，且存在其它高頻干擾，所以需經(jīng)濾波電路進(jìn)行濾波處理。如圖3所示，該濾波電路33為低通濾波電路，其包括第二運(yùn)算放大器A2、兩電阻R6、 R7和兩電容C2、C3，其中一電阻R6的一端連接所述阻抗變換電路32的輸出(即第一運(yùn)算放大器A1的輸出端)，另一端通過其中一電容C2連接第二運(yùn)算放大器A2的反相輸入端；另一電阻R7的一端連接其中一電阻R6的另一端，另一電阻R7的另一端和另一電容C3的一端分別連接第二運(yùn)算放大器A2的同相輸入端，另一電容C3的另一端接地；第二運(yùn)算放大器A2的反相輸入端連接其輸出端，第二運(yùn)算放大器A2的輸出端連接所述放大電路34的輸入。

所述放大電路34包括第三運(yùn)算放大器A3和兩電阻R8、R9，其中一電阻R8的一端連接所述低通濾波電路33的輸出(即第二運(yùn)算放大器A2的輸出端)，其中一電阻R8的另一端和另一電阻R9的一端分別連接第三運(yùn)算放大器A3的反相輸入端，另一電阻R9的另一端連接第三運(yùn)算放大器A3的輸出端，第三運(yùn)算放大器A3的同相輸入端接地，輸出端輸出端構(gòu)成所述放大電路34的輸出。經(jīng)濾波電路33輸出的信號(hào)為微弱的肌電信號(hào)，需經(jīng)過放大電路34放大處理，該放大電路34的放大倍數(shù)為100倍。

本實(shí)施例中，所述無線發(fā)射模塊具體為ZigBee發(fā)射模塊4，該ZigBee發(fā)射模塊4的電路結(jié)構(gòu)如圖4所示，其由芯片U2、芯片U3及其外圍電路組成，其中芯片U2是由型號(hào)為AD7718的芯片構(gòu)成的A/D(模/數(shù))變換器，它具有10路通道的24位模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，支持4線SPI和I2C主從模式等特點(diǎn)；芯片U3是型號(hào)為CC2420的射頻芯片，該射頻芯片是一款符合IEEE802.15.4規(guī)范的2.4GHz射頻芯片，只需極少外部元器件，即可確保短距離通信的有效性和可靠性，系統(tǒng)成本低，性能穩(wěn)定且功耗極低。利用此芯片開發(fā)的ZigBee發(fā)射模塊4支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸率高達(dá)250kb/s，碼片速率達(dá)2MChip/s，可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的快速組網(wǎng)。該CC2420射頻芯片可以通過4線SPI總線(SI、SO、SCLK、COn)設(shè)置芯片的工作模式，并實(shí)現(xiàn)讀/寫緩存數(shù)據(jù)，讀/寫狀態(tài)寄存器等。通過控制FIFO和FIFOP管腳接口的狀態(tài)可設(shè)置發(fā)射/接收緩存器。

從所述放大電路34輸出的交流信號(hào)由芯片U2的AIN1、AIN2端輸入，進(jìn)行A/D(模/數(shù))變換，變換后經(jīng)過芯片U3為核心的ZigBee發(fā)射電路調(diào)制為2.4GHz高頻信號(hào)，再由ZigBee發(fā)射模塊4的無線輸出天線發(fā)射輸出。

所述電源電路5為可充電式電源電路，所述腿套1對(duì)應(yīng)設(shè)有與該電源電路5相適配的充電接口2，該充電接口2優(yōu)選USB接口。具體，該電源電路5的電路結(jié)構(gòu)如圖5所示，其 由電池BT、U4穩(wěn)壓集成電路及周圍元件構(gòu)成3.3V電壓輸出，為肌電采集及處理電路3和ZigBee發(fā)射模塊4供電。

經(jīng)研究表明，在完成相同負(fù)荷的條件下，肌肉疲勞時(shí)肌電的振幅值增加，這是因?yàn)榧∪馄跁r(shí)，肌肉不得不動(dòng)用更多的肌纖維參加運(yùn)動(dòng)以保持相同的肌力。由于肌肉疲勞會(huì)降低放電的頻率，因而可通過觀察肌電信號(hào)頻率的升降來判斷所測(cè)肌肉的疲勞程度。本發(fā)明正是基于此提供了上述運(yùn)動(dòng)疲勞肌電信號(hào)采集裝置，其可與安裝有ZigBee接收模塊6及處理器的跑步機(jī)7、脈搏信號(hào)采集裝置配合使用。應(yīng)用時(shí)，運(yùn)動(dòng)者將本發(fā)明的腿套1佩戴在其小腿上，用于采集運(yùn)動(dòng)者的小腿的肌電信號(hào)。由于肌肉疲勞時(shí)肌電的振幅值增加，因而通過觀察肌電信號(hào)頻率的升降可判斷所測(cè)肌肉的疲勞程度。本發(fā)明將采集和處理獲得的用于反應(yīng)肌電信號(hào)頻率升降的波形經(jīng)過ZigBee發(fā)射模塊4發(fā)射出去，由跑步機(jī)7上的ZigBee接收模塊6進(jìn)行接收，同時(shí)，脈搏信號(hào)采集裝置采集和發(fā)送運(yùn)動(dòng)者的脈搏信號(hào)給跑步機(jī)7，跑步機(jī)的處理器及其控制系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)動(dòng)者的肌電信號(hào)和脈搏信號(hào)控制跑步機(jī)7調(diào)整速度和/或坡度，使運(yùn)動(dòng)者達(dá)到最佳的鍛煉效果。

本發(fā)明的一種運(yùn)動(dòng)疲勞肌電信號(hào)采集裝置，還可以應(yīng)用其它場(chǎng)合，例如，應(yīng)用于醫(yī)院中，作為醫(yī)生輔助治療的一種醫(yī)用器械。

在其它實(shí)施例中，所述無線發(fā)射模塊也可以采用藍(lán)牙模塊或其它無線發(fā)射裝置等。

在其它實(shí)施例中，所述固定本體換做其它部件，例如可套或系結(jié)在人的手臂上的部件，則使本發(fā)明可用于檢測(cè)人的手臂肌肉的運(yùn)動(dòng)疲勞情況。

上述實(shí)施例僅用來進(jìn)一步說明本發(fā)明的一種運(yùn)動(dòng)疲勞肌電信號(hào)采集裝置，但本發(fā)明并不局限于實(shí)施例，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均落入本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。