本發(fā)明涉及集成電路技術領域，尤其涉及一種肌電信號采集電路及及可穿戴式設備。

背景技術：

可穿戴式設備，尤其是基于肌肉電信號原理的可穿戴式設備，已逐漸被大眾關注和接受。肌肉電信號在被應用于控制領域以來，經(jīng)歷了近百年的發(fā)展，一直被研究應用于醫(yī)學診斷和生物機械領域。隨著生物醫(yī)學技術、人工智能技術的發(fā)展，使用肌電信號進行手勢識別的方法被提出并不斷探索，對肌電信號采集的研究也變得極其重要。

一般來說，肌電生物信號為交流電壓信號，信號強度一般為毫伏級更甚為納伏級，但由于人體本身就是一個良導體，外界的工頻干擾及體外的電場、磁場感應都會在人體內(nèi)形成測量噪聲干擾和影響肌電信息的檢測。請參見圖1，圖1為現(xiàn)有技術的肌電信號采集與處理系統(tǒng)的電路結構示意圖。該肌電信號采集與處理系統(tǒng)10包括肌電傳感器11、低噪聲前置放大器12、高通濾波器13、后置放大電路14、低通濾波電路15、有效值電路16及AD轉換電路17。

由于低噪聲前置放大器12很易引入噪聲，且高通濾波器13也會引入噪聲，另外，肌電傳感器11與低噪聲前置放大器12通常采用導線連接，會很容易受到外界干擾而導致信號傳輸過程中帶來噪聲。

技術實現(xiàn)要素：

因此，為解決肌電信號采集電路對肌電信號進行采集時容易引入噪聲而導致肌電采集精度下降的問題，本發(fā)明提出一種肌電信號采集電路及可穿戴式設備。

具體地，本發(fā)明實施例提出的一種肌電信號采集電路(20)，包括信號放大電路(21)、整流電路(22)、濾波電路(23)及可變增益放大電路(24)；其中，

所述信號放大電路(21)、所述整流電路(22)、所述濾波電路(23)及所述可變增益放大電路(24)依次電連接；所述信號放大電路(21)還電連接位于所述肌電信號采集電路(20)前端的肌電傳感器(30)，所述可變增益放大電路(24)還電連接位于所述肌電信號采集電路(20)后端的肌電信號處理電路(40)。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述信號放大電路(21)為AD8211芯片。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述整流電路(22)包括第一電阻(R1)、第二電阻(R2)、第三電阻(R3)、第四電阻(R4)、第五電阻(R5)、第一電容(C1)、第一比較器(COMP1)、第二比較器(COMP2)、第一開關管(D1)及第二開關管(D2)；其中，

所述第一電容(C1)、所述第一電阻(R1)、所述第二電阻(R2)、所述第三電阻(R3)及所述第四電阻(R4)串接于所述信號放大電路(21)與所述濾波電路(23)之間；所述第一開關管(D1)、所述第二開關管(D2)及所述第五電阻(R5)串接后電連接至所述第二電阻(R2)的兩端；

所述第一比較器(COMP1)的第一輸入端電連接至接地端(GND)，第二輸入端電連接至所述第一電阻(R1)和所述第二電阻(R2)串接形成的節(jié)點處且其輸出端電連接至所述第一開關管(D1)和所述第二開關管(D2) 串接形成的節(jié)點處；

所述第二比較器(COMP2)的第一輸入端電連接至所述所述第二開關管(D2)和所述第五電阻(R5)串接形成的節(jié)點處，第二輸入端電連接至所述第三電阻(R3)和所述第四電阻(R4)串接形成的節(jié)點處且其輸出端電連接至所述所述濾波電路(23)。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述濾波電路(23)包括第六電阻(R6)、第七電阻(R7)、第二電容(C2)及第三比較器(COMP3)；其中，所述第六電阻(R6)和所述第七電阻(R7)串接于所述整流電路(22)和所述可變增益放大電路(24)之間；所述第二電容(C2)電連接至所述第七電阻(R7)的兩端；所述第三比較器(COMP3)的第一輸入端電連接接地端(GND)，第二輸入端電連接至所述第六電阻(R6)和所述第七電阻(R7)串接形成的節(jié)點處且其輸出端電連接至所述可變增益放大電路(24)。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述可變增益放大電路(24)包括第八電阻(R8)、第九滑動電阻(R9)及第四比較器(COMP4)；所述第八電阻(R8)和所述第九滑動電阻(R9)串接于所述所述濾波電路(23)和所述有效值電路(26)之間；所述第四比較器(COMP4)的第一輸入端電連接接地端(GND)，第二輸入端電連接至所述第八電阻(R8)和所述第九滑動電阻(R9)串接形成的節(jié)點處且其輸出端電連接至所述肌電信號處理電路(40)。

本發(fā)明另一實施例提出的一種可穿戴式設備，佩戴于人體特定部位處，包括多個肌電信號采集單元(a)和柔性連接材料(b)，所述柔性連接材料(b)用于連接所述肌電信號采集單元(a)以形成環(huán)狀結構；其中，所述肌電信號采集單元(a)包括肌電傳感器(30)、肌電信號處理電路(40)及上述實施例所述的肌電信號采集電路(20)。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述肌電傳感器(30)采用1Cr12材料作為電極片。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述肌電傳感器(30)焊接在承載所述肌電信號采集電路(20)的電路板(25)上且通過電路板微孔與所述信號放大電路(21)電連接。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述肌電傳感器(30)包括兩個第一電極(31)和一個第二電極(32)，所述第二電極位于兩個所述第一電極之間且所述第二電極的尺寸小于所述第一電極的尺寸。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述肌電信號處理電路(40)包括有效值電路(41)和AD轉換電路(42)；所述有效值電路(41)分別電連接所述AD轉換電路(42)和所述所述可變增益放大電路(24)。

本發(fā)明的實施例，相對于現(xiàn)有技術，具備如下優(yōu)勢：

1、去掉前置濾波器，減少了前置濾波器引入的噪聲；

2、使用新型信號采集方式和AD8221電路解決了減少噪聲對信號引起的干擾；

3、使用整流電路對肌電信號進行整流提高信號利用率；

4、使用可變增益放大電路，提高了系統(tǒng)的適用范圍；

5、體積減小，易小型化，集成化；

6、解決了AgCl電極片為耗材，使用價格昂貴且不能二次回收的缺點；

7、通過電路板微孔技術取代傳輸線，減少外界對信號造成干擾。

通過以下參考附圖的詳細說明，本發(fā)明的其它方面和特征變得明顯。但是應當知道，該附圖僅僅為解釋的目的設計，而不是作為本發(fā)明的范圍的限定。還應當知道，除非另外指出，不必要依比例繪制附圖，它們僅僅力圖概念地說明此處描述的結構和流程。

附圖說明

下面將結合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細的說明。

圖1為現(xiàn)有技術的肌電信號采集與處理系統(tǒng)的電路結構示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的一種肌電信號采集電路的電路結構示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的一種可穿戴式設備的結構示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的一種整流電路的電路結構示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的一種濾波電路的電路結構示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例提供的一種可變增益放大電路的電路結構示意圖；以及

圖7為本發(fā)明實施例提供的一種肌電采集傳感器的結構示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做詳細的說明。

請一并參見圖2及圖3，圖2為本發(fā)明實施例提供的一種肌電信號采集電路的電路結構示意圖；圖為本發(fā)明實施例提供的一種可穿戴式設備的結構示意圖。該電路可以應用于采用肌電信號采集的方式進行人機交互的可穿戴式設備，該設備可以佩戴于人體特定部位處，如手臂或者腿部肌肉群比較集中的部位；該可穿戴式設備包括多個肌電信號采集單元(a)和柔性連接材料(b)，所述柔性連接材料(b)用于連接所述肌電信號采集單元(a)以形成環(huán)狀結構；其中，所述肌電信號采集單元(a)包括肌電傳感器(30)、肌電信號處理電路(40)及肌電信號采集電路(20)。

具體地，該肌電信號采集電路(20)包括信號放大電路(21)、整流電路(22)、濾波電路(23)及可變增益放大電路(24)；其中，所述信號放大電路(21)、所述整流電路(22)、所述濾波電路(23)及所述可變增益放大電路(24)依次電連接；所述信號放大電路(21)還電連接位于所述肌電信號采集電路(20)前端的肌電傳感器(30)，所述可變增益放大電路(24)還電連接位于所述肌電信號采集電路(20)后端的肌電信號處理電路(40)。

本實施例，通過去除前置濾波器，設置信號放大電路和整流電路實現(xiàn)肌電信號采集電路噪聲干擾的降低，為基于肌電信號設別的可穿戴式設備應用提供了廣闊的前景。

實施例二

請一并參見圖4-圖6，圖4為本發(fā)明實施例提供的一種整流電路的電路結構示意圖；圖5為本發(fā)明實施例提供的一種濾波電路的電路結構示意圖；圖6為本發(fā)明實施例提供的一種可變增益放大電路的電路結構示意圖。本實施例在上述實施例的基礎上，將對本發(fā)明的肌電信號采集電路進行詳細描述。

具體地，所述信號放大電路(21)為AD8211芯片。通過AD8221芯片實現(xiàn)了原始肌電信號的采集和初級放大，有效的解決了傳輸線和前置濾波器引入的噪聲影響。

具體地，所述整流電路(22)包括第一電阻(R1)、第二電阻(R2)、第三電阻(R3)、第四電阻(R4)、第五電阻(R5)、第一電容(C1)、第一比較器(COMP1)、第二比較器(COMP2)、第一開關管(D1)及第二開關管(D2)；其中，所述第一電容(C1)、所述第一電阻(R1)、所述第二電阻(R2)、所述第三電阻(R3)及所述第四電阻(R4)串接于所述信號放大電路(21)與所述濾波電路(23)之間；所述第一開關管(D1)、所述第二開關管(D2)及所述第五電阻(R5)串接后電連接至所述第二電阻(R2)的兩端；所述第一比較器(COMP1)的第一輸入端電連接至接地端(GND)，第二輸入端電連接至所述第一電阻(R1)和所述第二電阻(R2)串接形成的節(jié)點處且其輸出端電連接至所述第一開關管(D1)和所述第二開關管(D2) 串接形成的節(jié)點處；所述第二比較器(COMP2)的第一輸入端電連接至所述所述第二開關管(D2)和所述第五電阻(R5)串接形成的節(jié)點處，第二輸入端電連接至所述第三電阻(R3)和所述第四電阻(R4)串接形成的節(jié)點處且其輸出端電連接至所述所述濾波電路(23)。采用該整流電路(22)對放大后的肌電信號進行整流，提高信號利用率。

具體地，所述濾波電路(23)包括第六電阻(R6)、第七電阻(R7)、第二電容(C2)及第三比較器(COMP3)；其中，所述第六電阻(R6)和所述第七電阻(R7)串接于所述整流電路(22)和所述可變增益放大電路(24)之間；所述第二電容(C2)電連接至所述第七電阻(R7)的兩端；所述第三比較器(COMP3)的第一輸入端電連接接地端(GND)，第二輸入端電連接至所述第六電阻(R6)和所述第七電阻(R7)串接形成的節(jié)點處且其輸出端電連接至所述可變增益放大電路(24)。采用該濾波電路(23)可以將整流后的信號進行信號濾波，去除信號中的噪聲影響。

具體地，所述可變增益放大電路(24)包括第八電阻(R8)、第九滑動電阻(R9)及第四比較器(COMP4)；所述第八電阻(R8)和所述第九滑動電阻(R9)串接于所述所述濾波電路(23)和所述有效值電路(26)之間；所述第四比較器(COMP4)的第一輸入端電連接接地端(GND)，第二輸入端電連接至所述第八電阻(R8)和所述第九滑動電阻(R9)串接形成的節(jié)點處且其輸出端電連接至所述肌電信號處理電路(40)。由于人的個體性差異，肌肉特性等諸多原因使得肌電信號的幅值特性存在不同，為了更好地放大提取出肌電信號，采用該可變增益放大電路結構，根據(jù)實際需要針對個體的差異性設計放大倍數(shù)。

實施例三

請參見圖7，圖7為本發(fā)明實施例提供的一種肌電采集傳感器的結構示意圖。該所述肌電傳感器(30)包括兩個第一電極(31)和一個第二電極(32)，均焊接于承載所述肌電信號采集電路(20)的電路板(25)上且均通過電路板微孔與所述信號放大電路(21)電連接。其中，所述第二電極位于兩個所述第一電極之間且所述第二電極的尺寸小于所述第一電極的尺寸。

對于該電極材料的選材，現(xiàn)有技術通常采用AgCl材料，而AgCl電極片為耗材，使用價格昂貴且不能二次回收，因此，本發(fā)明采用1Cr12材料作為電極片。由于1Cr12材料由碳、錳 、鉻、鎳 等化學物質組成，通常是一種為汽輪機葉片及高應力部件的不銹耐熱鋼，抗拉強度大，且已回收再利用的優(yōu)勢。另外，通過對比醫(yī)用心電電極單片、醫(yī)用心電電極、A、B電極等材料的對比，1Cr12材料同等條件下數(shù)據(jù)采集效果最好。

本實施例，采用電路板盲孔和填孔技術取代導線完成肌電傳感器與肌電信號采集電路的連接，大大減少外界對信號造成干擾。另外，電極采用1Cr12新型納米材料，可以有效降低肌電傳感器的價格并可重復使用。

綜上所述，本發(fā)明實施例提出的肌電信號采集電路及可穿戴式設備可以達成以下一個或多個有益效果：1)去掉前置濾波器，減少了前置濾波器引入的噪聲；2)使用新型信號采集方式和AD8221電路解決了減少噪聲對信號引起的干擾；3)使用整流電路對肌電信號進行整流提高信號利用率；4)使用可變增益放大電路，提高了系統(tǒng)的適用范圍；5)體積減小，易小型化，集成化；6)解決了AgCl電極片為耗材，使用價格昂貴且不能二次回收的缺點；7)通過電路板微孔技術取代傳輸線，減少外界對信號造成干擾。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍內(nèi),當可利用上述揭示的技術內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案的范圍內(nèi)。