穿戴式运动功能康复系统中肌电信号发射模块设计

论文总字数：30613字

摘 要

微电子肌电桥是近年来才提出来的一种新型的治疗偏瘫和运动功能康复技术。随着无线体域网（WBAN）技术以及可穿戴技术的进步，微电子肌电桥也需要向可穿戴式发展。

本文将433MHzISM波段的整个发射电路成功移植到柔性PCB上，采用了具有自主知识产权的SC113发射芯片并改进了发射电路，而且实现了片上天线的柔性化设计。经过实际测试，证明了发射模块在20米范围内可以稳定工作在433MHz，无线发射功率可达-8.5dBm，而且基本达到了WBAN协议标准所规定的可穿戴和低功耗的要求。文中还测试了由柔性发射模块和柔性超再生接收模块组成的一套系统，并将其成功应用到肌电信号的无线传输中，与微电子肌电桥系统进行了联合调试，达到了非常好的传输效果。

关键词: 无线体域网 433MHz发射机 柔性PCB 片上天线 微电子肌电桥

Design of EMG Transmitter Module

in Wearable Motor Function Rehabilitation System

Abstract

Microelectronics EMG bridge is a newly raised technique of hemiplegia and motor function rehabilitation in recent years. With the progress of the wireless body area network (WBAN) and wearable technologies, microelectronics EMG bridge also has the need to develop into wearable devices.

In this paper, the whole 433MHz(ISM band) radiating circuit is successfully transplanted to the flexible PCB, with the use of a proprietary SC113 transmitter chip and a greatly improved radiating circuit as well as the realization of flexible design of on-chip antenna. After the actual test, it proves that the transmission module is able to stably operate at the frequency 433MHz with 20 meters and the wireless transmitting power can be up to -8.5dBm. The module basically reaches the requirements of being wearable and low power consumption that regulates in the standard of WBAN. In the paper, a system consisting of flexible transmitter module and flexible super-regenerative receiver module is also tested and applied to the EMG wireless transmission. The system, together with the microelectronics EMG bridge, conducts a joint commission and finally achieve an excellent performance.

KEY WORDS: WBAN, 433MHz transmitter, Flexible PCB, On-chip Antenna, Microelectronics EMG bridge

目录

摘要 I

Abstract I

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.1.1 研究理论简介 1

1.1.2 微电子肌电桥 2

1.2研究现状 2

1.2.1 WBAN简介 2

1.2.2WBAN中的无线通信技术 3

1.3课题研究内容、目标 4

第二章 433MHz发射方案 6

2.1 LC振荡电路 6

2.2 声表发射电路 8

2.3 433MHz常用集成芯片 9

2.4 发射芯片SC113 10

第三章 433MHz柔性天线设计 12

3.1天线简介 12

3.1.1 天线参数 12

3.1.2 PCB天线类型 14

3.2 433MHz柔性PCB天线设计 16

3.2.1 天线仿真和优化 17

3.2.2 结果分析与归纳 21

第四章 发射模块基本测试 26

4.1 匹配电路设计 26

4.2 发射模块基本测试 29

第五章 433MHz柔性发射模块与微电子肌电桥联合调试 33

5.1 微电子肌电桥 33

5.1.1 模块整体算法 34

5.1.2 编码程序设计 34

5.2 整体联合调试 36

总结与展望 37

致谢 38

参考文献（References） 39

附录 41

第一章 绪论

1.1研究背景

1.1.1 研究理论简介

自美国医生Liberson于1961年提出功能性电疗法（functional elctrotherapy）以来，这种通过电流刺激神经以解决偏瘫问题的疗法已经逐渐发展成熟，并走进了人们的视线。该疗法现今被广泛称为功能性电刺激疗法（FES，Functional Electrical Stimulation），迄今为止已经在全世界范围内获得了非常好的实践效果，为千千万万的偏瘫患者带来了康复的福音。

侧控制功能电控制（CCFES， Contralaterally Controlled Functional Electrical Stimulation）是由FES衍生出的一种特殊疗法。CCFES疗法与传统FES的最大区别在于刺激信号的来源，具体而言就是：传统FES疗法主要采用人工编码来生成刺激电流，患者在治疗过程中都是被动地接受刺激和治疗，很容易疲劳，而且人体无法完全适应；CCFES则是利用传感器采集患者健侧动作的电信号来刺激偏瘫部位的肌肉产生相应的动作，极大的弥补了传统FES疗法的不足，患者可以充分调动自己的主观意志，大大加强了治疗的效果。图1.1所示的就是一套CCFES治疗设备，传感器会采集健侧肢体运动时的微弱电信号，然后通过FES设备处理以刺激患者瘫痪一侧的肢体做出相应的行动。

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