Please use this identifier to cite or link to this item: https://ir.swu.ac.th/jspui/handle/123456789/25108
Title: การพัฒนาเซนเซอร์วัดสัญญาณไฟฟ้ากล้ามเนื้อชนิดไร้สายเพื่องานวิจัย
Other Titles: A development of wireless myoelectric sensor for research
Advisor : วีรยส อร่ามเพียรเลิศ
Authors: ชนัญชน์ เนตรประสิทธิ์
ศรัณวัชร์ พูนจิรานิตย์
Keywords: การบันทึกสัญญาณไฟฟ้ากล้ามเนื้อ
วงจรขยายอินสตรูเมน
ไมโครคอนโทรลเลอร์ ESP32
Issue Date: 2564
Publisher: ภาควิชาวิศวกรรมชีวการแพทย์ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ
Abstract(TH): Electromyography (EMG) เป็นวิธีการสังเกตกิจกรรมของกล้ามเนื้อในแง่ของสัญญาณไฟฟ้า การวัดศักยภาพทางชีวภาพประเภทนี้ถูกนำมาใช้เป็นเครื่องมือสำหรับการประเมินการวินิจฉัยของ กล้ามเนื้อ เช่นเดียวกับสัญญาณควบคุมสำหรับเทคโนโลยีที่เป็นนวัตกรรมใหม่ที่เกี่ยวข้อง เช่น รถเข็นคนพิการและแขนขาเทียม จำเป็นต้องมีอุปกรณ์เฉพาะในการขยายสัญญาณศักยภาพทางชีวภาพประเภทนี้ จากระดับแรงดันไฟฟ้าที่เล็กไปจนถึงระดับที่เหมาะสมสำหรับการใช้งาน อุปกรณ์ EMG โดยทั่วไปมีราคาแพงและขนาดที่เทอะทะ ต้องใช้สายอิเล็กโทรดจำนวนหนึ่งสำหรับการรับสัญญาณ ดังนั้นอุปกรณ์นี้จึงไม่เหมาะสำหรับใช้ในกิจกรรมที่มีการเคลื่อนที่ โครงการวิศวกรรมนื้มีวัตถุประสงค์เพื่อออกแบบและพัฒนาต้นแบบเซ็นเซอร์ EMG ไร้สายแบบพกพา โดยอุปกรณ์ต้นแบบที่ออกแบบประกอบด้วย 2 ส่วนหลัก คือ แอมพลิฟายเออร์ไบโอโพเทนเชียลแอนะล็อกและไมโครคอนโทรลเลอร์ ส่วนแรกประกอบด้วย 4 ขั้นตอน วงจรขยายสัญญาณปฐมภูมิ วงจรกรองความถี่ตํ่า วงจรกรองความถี่สูง และวงจรขยายสัญญาณแบบไม่กลับเฟส วงจรเหล่านื้จะขยายสัญญาณ EMG ตามอัตราขยายที่ปรับได้ จากนั้น สัญญาณแอนะล็อกจะถูกแปลงเป็นข้อมูลดิจิทัลโดยตัว แปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัล (ADC) บนบอร์ดพัฒนาไมโครคอนโทรลเลอร์ ESP32 ข้อมูลดิจิตอล EMG จะถูกบันทึกลงในการ์ด SD และแสดงผลบนหน้าจอคอมพิวเตอร์ ไมโครคอนโทรลเลอร์ ESP32 ได้รับการตั้งโปรแกรมให้สามารถปรับอัตราการสุ่มตัวอย่างข้อมูลของ ADC ที่ค่าเฉพาะเพื่อรับข้อมูลสัญญาณ EMG ที่ความละเอียดสูงขึ้นหากจำเป็นสำหรับการวิจัยเกี่ยวกับประสาทและกล้ามเนื้อ ประสิทธิภาพของต้นแบบที่พัฒนาแล้วได้รับการประเมินในแง่ของการใช้แบตเตอรี่ อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน (SNR) และการตอบสนองความถี่เมื่อเปรียบเทียบกับเซ็นเซอร์กล้ามเนื้อต้นทุนตํ่า MyoWare นอกจากนี้ เฟิร์มแวร์ที่ตั้งโปรแกรมไว้ได้รับการประเมินในแง่ของข้อผิดพลาดในอัตราการเก็บข้อมูลที่อัตราการสุ่มตัวอย่างที่ระบุที่ 2000, 4000, 8000 และ 10,000 ตัวอย่างต่อวินาทีตามลำดับ ผลการประเมินพบว่าตัวอุปกรณ์ต้นแบบ สามารถใช้งานร่วมกับแบตเตอรี่ความจุ 10,000 mAh ได้ถึง 5 ชั่วโมง มีค่าอัตราส่วนของสัญญาณและสัญญาณรบกวน ที่ 22.2715 dB ค่าอัตราส่วนระหว่างสัญญาณกับสัญญาณรบกวนนั้นควรจะมีค่าที่ประมาณ 100 dB ขึ้นไป ขึ้นอยู่กับอัตรากำลังขยายของสัญญาณภายในวงจรด้วยเช่นกัน และในส่วนของการตอบสนองทางความถี่จากเซนเซอร์ Myoware และอุปกรณ์ต้นแบบนั้นมีช่วงของความถี่อยู่ที่ 0-500HZ ซึ่งเป็นช่วงความถี่ปกติของสัญญาณ EMG นอกจากนั้นการปรับอัตราสุ่มตัวอย่างสัญญาณที่ความถี่ 2KHz 4KHz 8KHz และ lOKHz มีค่าความคาดเคลื่อนของจำนวนข้อมูลที่น้อยโดยของเซนเซอร์ Myoware อยู่ที่ 1.42% และจากอุปกรณ์ต้นแบบ 1.51% ซึ่งถือว่าเป็นค่าที่น้อยและบ่งบอกถึงประสิทธิภาพที่มีความเสถียรของเฟิร์มแวร์
Abstract: Electromyography (EMG) is the method of observing the activities of muscles in terms of electrical signals. This type of biopotential measurement has been applied as a tool for neuromuscular diagnostic assessment and as well as control signals for related innovative technologies, e.g., wheelchairs and limb prostheses. A specific device is necessary to amplify this type of biopotential signal from its tiny voltage level to an appropriate level for its applications. The EMG devices are generally expensive and bulky. They require an amount of electrode cable for signal acquisition. Therefore, the devices are unsuitable for use in high mobility movement activities. This engineering project aimed to design and develop a portable wireless EMG sensor prototype. The designed prototype consists of 2 main parts; an analog biopotential amplifier and a microcontroller. The first part consists of 4 stages; a preamplifier, a lowpass filter, a high pass filter, and a non-inverting amplifier. These circuits amplify the EMG signal according to the adjustable amplification gain. Then, the analog signals are converted into digital data by the analog-to-digital converter (ADC) on the ESP32 microcontroller development board. The digital EMG data are recorded to an SD card and visualized on the computer screen. The ESP32 microcontroller was programmed to be able to adjust the data sampling rate of the ADC at specific values to acquire the EMG signal data at a higher resolution if necessary for neuromuscular research. The efficiencies of the developed prototype were evaluated in terms of battery consumption, signal-to-noise ratio (SNR), and frequency response in comparison with a low-cost muscle sensor, MyoWare. Additionally, the programmed firmware was evaluated in terms of its error in data acquisition rate at specified sampling rates of 2000, 4000, 8000, and 10,000 samples-per-second respectively. The evaluations showed that the prototype device can be used with a 10,000 mAh battery for up to 5 hours with a signal-to-noise ratio of 22.2715 dB. The signal-to-noise ratio should be approximately 100 dB or more depending on the amplification rate of the signal within the circuit as well and the frequency response from the Myoware sensor and prototype device has a frequency range of 0-500HZ, which is the normal frequency range of the EMG signal. เท addition, the sampling rate of 2KHz, 4KHz, 8KHz, and lOKHz frequencies showed a small error of 1.42% of the Myoware sensor and 1.51% of the prototype, which was considered a low error value and indicates the stable performance of the firmware.
URI: https://ir.swu.ac.th/jspui/handle/123456789/25108
Appears in Collections:BioEng-Senior Projects

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Eng_Chanun_N.pdf
  Restricted Access
62.64 MBPDFView/Open Request a copy


Items in SWU repository are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.