基于ADS1294的表面肌电信号检测系统设计

针对表面肌电信号微弱、易受干扰的特点，设计了一种基于ADS1294的表面肌电信号检测系统。系统采用了模拟前端ADS1294电路对表面肌电信号进行滤波、调理和采集，设计了MSP430F169主控制器电路将采集的肌电信号数据传输给上位机，并在LabVIEW环境下，开发了肌电信号检测系统上位机应用程序。该应用程序功能包括信号显示、数字滤波、波形记录及存储回放。实验结果表明，此系统能有效采集及显示表面肌电信号。

肌电信号是人体肌肉活动时运动单位动作电位在肌肉、皮下组织和皮肤等相互作用的电位叠加，包含着神经、肌肉的多种功能信息。通过对肌电信号的检测以及信息提取，可以广泛应用在临床医学、生物仿生和机器人控制等方面[1]-[3]。然而表面肌电信号幅值微弱，一般在10~5000 μV，频率范围20~500 Hz，在背景噪声较大情况下使得有用信号的获取更为困难。

目前针对肌电信号采集处理系统的研究主要体现在三个方面：在成本控制前提下如何更加有效获取有用信号[4] [5]，背景噪声的去噪处理方法[6] [7]，肌电信号的特征提取及模式识别[8]。有效信号的检测方法分为两种方式来实现，一种是采用分立器件设计信号调理和转换电路，另一种是采用专用集成测量模拟前端电路设计[9] [10]。前者成本低，设计灵活，但是易于引入较大噪声，模拟前端电路将肌电信号的采集、前置放大、模数转换等功能全部集成在一个芯片内，对肌电信号进行滤波、陷波简单预处理， 就能获取有用信号，具有抗噪声能力强，检测精度高，设计简单等特点，但是成本较高。

通过对比两种测量方式， 本系统采用模拟前端ADS1294 电路对表面肌电信号进行滤波、调理和采集， 设计了MSP430F169 主控制器电路将采集的肌电信号数据传输给上位机，在LabVIEW 环境下，开发了肌电信号检测系统上位机应用程序。该应用程序实现了对硬件电路采集的信号进行数据转换、波形显示和存储回放，以及一些简单的滤波处理。

2. 系统总体设计 整个系统由基于ADS1294 的表面肌电信号采集模块、主控制器MSP430F169 模块和上位机LabVIEW模块组成，系统结构图如图1 所示。基于ADS1294 的表面肌电信号采集模块负责采集表面肌电信号。主控制器MSP430F169 模块功能是将采集的数据通过SPI 接口传输给上位机。

上位机LabVIEW 模块对接收的肌电信号波形显示、数字滤波、波形记录及存储回放。

3. 硬件电路设计 3.1. 基于ADS1294 的信号采集电路设计 肌电信号采集模块， 先对电极拾取的肌电信号进行滤波和放大预处理，再由模拟前端ADS1294 进行内部增益放大和AD 转换。

ADS1294 是TI 公司专用于生物电测量的全面集成型模拟前端芯片， 它集成了高转换精度的模数转换