在cRIO嵌入式系统上进行FPGA并行数字过,用于实时线性信封检测表面肌电图信号

科学领域:

• 生物医学工程 生物医学工程
• 信号处理 信号处理
• 嵌入式系统 嵌入式系统

背景情况:

• 表面电肌图 (sEMG) 对于医学诊断和人机接口至关重要.
• 精确的线性信封检测sEMG信号需要高效的处理管道.
• 现有的方法可能无法满足复杂应用的实时性能需求.

研究的目的:

• 为实时线性信封检测sEMG信号实施一个优化的处理框架.
• 设计和评估一个新的Butterworth低通波器用于FPGA上的sEMG处理.
• 将拟议过器的性能与传统的移动平均 (MAV) 过器进行比较.

主要方法:

• 开发了一个实时sEMG处理管道,包括数据采集,全波整形和低通.
• 在FPGA核心上实现了平行二级Butterworth低通波器.
• 使用平均平方误差 (MSE) 和硬件资源消耗评估过器性能.
• 将拟议的LP波器与移动平均线 (MAV) 波器进行比较.

主要成果:

• 拟议的Butterworth LP波器实现了每样98 ns的决定性执行时间,比获取间隔快得多.
• 与MAV波器相比,设计的LP波器显示了更好的平均平方误差 (MSE).
• 拟议的过器设计导致FPGA上的硬件资源消耗减少.
• 实时性能得到了保证,处理速度比数据采集样本间隔快两个数量级.

结论:

• 拟议的优化处理框架使sEMG信号的有效和准确的实时线性信封检测.
• 新的巴特沃斯LP过器设计是MAV等传统方法的有效可靠替代方案.
• 在FPGA上的实现提供了高精度与最小的硬件资源利用,适合嵌入式系统.