基于飞思卡尔低成本MCU的肌电假手解决方案

　　医疗假手设计成本昂贵。如何为产品选择经济的问题解决办法是摆在设计人员面前的一道难题。MC9S08QE是一款经济高效的通用低功耗MCU，它封装小巧，特性丰富，为解决方案提供了极好的投资保护，因此非常适合于肌电假手(MHP)应用。请看本文的介绍。

　　医疗假手设计成本昂贵。因为政府补贴，发达国家的设计人员并不用精打细算。这样，他们就可以快速将他们的产品推向市场。

　　发展中国家的设计人员可能得不到政府的资助，这也是为什么设计人员必须要花更多时间为产品选择材料和组件的原因。他们必须找到经济的问题解决办法。

　　一个由来自“Universidad Jesuita de Guadalajara”ITESO研究生院工程系学生组成的墨西哥团队设计出肌电假手，让那些极度需要价格适中的保健产品和服务的截肢患者看到了希望。在2007年7月举行的飞思卡尔Black Widow设计应用大奖赛上，该团队荣获一等奖。团队中包括Gabriel Herrera、Sergio Santana、 Missael Maciel、Andres Alvarez、Carlos Soto、Ramon Guillen和Alan Collins。

　　肌电假手基于肌肉产生的电信号，同时执行收缩和放松过程。

　　肌电假手(MHP)有4个不同的用户控制器运动(打开/关闭假手和右/左手腕)。此外，系统还可以调节关闭运动压力，支持100kPa以上的压力。这个压力足以拿住常见的物体。

　　低成本MHP使用MC9S08QE4微控制器作为主要的脑部处理器。

　　MC9S08QE是一款经济高效的通用低功耗MCU，它封装小巧，特性丰富，为解决方案提供了极好的投资保护，因此非常适合于MHP应用。

　　假手调节器由飞思卡尔H桥器件MC33887驱动，低功耗模式用来延长电池使用寿命。

　　MHP通过用户前臂中的电极传感信号。这些信号处于mV范围，因此用一个增益为106?仪表放大器对它们进行处理。

　　为了消除所有非肌电信号，我们在15-400Hz的频率范围内设计了二阶低通滤波器和一阶高通滤波器，作为肌电信号的下一步骤。然后使用参考电压比较器，选择一个将噪声信号从用户前臂的其他肌肉中消除的电压水平。，还有一条将正确的电压驱动到微控制器键盘中断(KBI)引脚的电路。

　　MC9S08QE4从复位开始，所以系统要检查复位源(电源开、低电池电压、看门狗、非法操作码等)，然后根据复位源情况决定怎么做。

　　在CPU和外设初始化后，微控制器进入低功耗模式。当检测到肌电信号时，只有外部中断可以唤醒系统。然后系统进入信号捕捉状态。这种状态会关闭外部中断，并提供模数定时器中断。微控制器然后再进入低功耗模式。

　　当出现定时器中断时，系统可能从低功耗模式中唤醒。中断频率执行Nyquist理论，因为登记的更高肌电信号频率是3.125 kHz，所以中断在经过配置后每151.5 μs(6.6 kHz)出现。在中断子程序中，肌电输入信号被检查并登记它们的状态。然后检查计数器，如果未达到可配置的计数，微控制器再次进入低功耗模式，直到出现另外一个定时器中断。但是，如果达到了可配置计数，微控制器就进入信号解码状态。

　　在信号解码状态中，MC9S08QE4检查在规定时间内哪个肌电信号注册了更多激活。然后微控制器决定接下来执行哪种状态：打开假手、关闭假手、将手腕左移或将手腕右移。但是，如果系统认为是电子脉冲导致了微控制器从低功耗模式中唤醒，系统除提供外部中断外不做任何处理，并重新进入低功耗模式。

　　一旦系统决定了接下来将执行的状态，定时器/脉宽调制器(PWM)就会配置输出信号，以便在假手中生成一个动作。然后系统会启用外部中断，并进入低功耗模式，等待下肌电刺激。

　　模数转换器(ADC)用来不断检查DC电机的电流消耗，以便控制假手关闭动作所引起的压力。由于MC33887 H桥器件所提供的专用硬件(能够从驱动电机的电源那里得到反馈)，这种监控才成为可能。

　　MC9S08QE4拥有4KB闪存和256KB RAM，分别用于代码和数据。该微控制器内使用和加载的资源是：Flash(代码)：983字节；RAM(数据)：35字节。这为未来升级和预加载运动子程序预留了3KB闪存和221KB RAM。

　　在不久的将来，通过为机械硬件选择更轻和更结实的材料，提供更美观的假手，该项目将有较大的改进。设计一个更美观的手套将给用户带来重要的心理优势。

　　现在，技术的进步可谓是突飞猛进。飞思卡尔的任务就是不断地采用并开发这些技术，以便提供更好、更广泛的器件系列，让设计人员不断创建和改进动态解决方案。

　　在未来设计修改中，飞思卡尔也指明了方向。Flexis微控制器系列中的引脚至引脚功能实现了8位和32位MCU之间的轻松应用移植，从而可以在产品中增加更多特性。

　　飞思卡尔在密切注视着发展中国家的问题，并意识到我们的社会需要解决这些问题，以便为生活在这里的人民提供更好的生活质量。一个失去了手的人会经常感到灰心丧气，因为他或她可能再也不能像社会上的其他正常人一样生活了。这种沮丧情绪不仅是关于身体机能的，也是关于美学的。让他们重新找回初的身体机能和美学，对飞思卡尔来说，无论是作为一家公司、一个设计团队还是这个社会的一份子，都是一种莫大的荣耀。

  

参考文献:

[1]. MC33887 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/MC33887_1077298.html.