JENNIFER NATHALY MUÑOZ RENGIFO FERNANDO ARIAS LEANDRO ORDÓÑEZ ANTE. Ing. JUAN SEBASTIAN CABRERA

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1 FASE DE DESARROLLO II ADQUISICIÓN DE SEÑALES EMG (Detección de movimientos de Extensión y Flexión) ADQUISICIÓN DE SEÑAL DESPLIEGUE Y ALMACENAMIENTO EN SOFTWARE JENNIFER NATHALY MUÑOZ RENGIFO FERNANDO ARIAS LEANDRO ORDÓÑEZ ANTE Ing. JUAN SEBASTIAN CABRERA UNIVERSIDAD DEL CAUCA FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES POPAYÁN 2008.

2 SEGUNDA FASE DE DESARROLLO 1. DESCRIPCIÓN DE PROCEDIMIENTOS REALIZADOS. La segunda fase de desarrollo tiene como objetivo digitalizar la señal adquirida de la salida del amplificador EMG para posteriormente enviar esta señal digitalizada a un computador, donde será desplegada en una gráfica de voltaje EMG contra tiempo. Para esto se abordaron dos posibles soluciones: 1.1 Digitalización de señal EMG usando un PIC (18F452), envío de datos al computador a través del puerto paralelo y adquisición de los mismos mediante una rutina de Matlab. 1.2 Adquisición de la Señal a través de la tarjeta de sonido de un computador usando el toolbox de Matlab para adquisición de datos: Data Acquisition Toolbox. Para la primera solución se implementó sobre el PIC una rutina programada en lenguaje C que permitía digitalizar la señal con una frecuencia de muestreo de 2 khz con una resolución de 10 bits, además de un bit de sincronización que cambiaba de estado cada vez que el Conversor A/D procesaba una muestra. Cada muestra obtenida era enviada a dos de los puertos del microcontrolador para, posteriormente enviarlos a un PC a través del puerto paralelo. El puerto paralelo debe recibir las señales digitales provenientes del PIC para que tengan el respectivo procesamiento en el PC, MATLAB se encarga de hacer la lectura de estos valores por este puerto, el cual permite obtener la información a la tasa de baudios requerida. Control del Puerto Paralelo desde Matlab La adquisición de datos en MATLAB se maneja por medio de los subsistemas DIO (Entradas-Salidas Digitales) los cuales están diseñados para transferir valores digitales desde y hacia el hardware, estos valores pueden ser en forma de bits (o líneas) o como puertos (típicamente formados por 8 líneas), un objeto DIO puede asociarse al puerto paralelo o a otra tarjeta de adquisición. El puerto paralelo esta conformado por 3 registros o puertos Puerto de Datos: 8 bits bidireccionales Puerto de Estado: 5 bits de solo lectura (entrada de datos) Puerto de Control: 4 bits bidireccionales

3 Figura 1. Puerto paralelo Los cuales están identificados de la siguiente manera: Si ID = 0 Puerto de Datos Si ID = 1 Puerto de Estado Si ID = 2 Puerto de Control Para el puerto paralelo, el dispositivo puede ser LPT1, LPT2 o LPT3 y las direcciones base de estos puertos generalmente son: 378, 278 y 3BC respectivamente. Para obtener información de los adaptadores y de los Ids soportados se ejecuta la función daqhwinfo en la ventana de comandos así: >> out = daqhwinfo; >> out.installedadaptors Lo que da como resultado en este caso: ans = 'parallel' 'winsound' Una vez que Matlab ha reconocido el PP, ejecutamos: >> daqhwinfo('parallel')

4 ans = AdaptorDllName: [1x50 char] AdaptorDllVersion: '2.7 (R14SP3)' AdaptorName: 'parallel' BoardNames: {'PC Parallel Port Hardware'} InstalledBoardIds: {'LPT1'} ObjectConstructorName: {'' '' 'digitalio('parallel','lpt1')'} Lo que nos permite ver información detallada del puerto paralelo para su programación. Después de haber verificado toda la información del puerto en el sistema se procede a implementar el código que nos permita recibir los datos, para esto se empieza por crear un objeto de tipo DIO por medio de la función digitalio de la siguiente manera: >> parport = digitalio('parallel','lpt1'); Una vez creada la entrada digital del PP, lo que sigue es asignar que pines serán para entrada y cuales para salida. Para lo que utilizamos la función addline, en este caso solo se necesita configurar los pines del puerto de datos y los pines 1, 14, 16 del puerto de control como entradas, así: >> addline(parport,0:7,0,'in')% los 8 pines de datos >> addline(parport,0:2,2,'in')% 3 de los pines de control Se debe tener en cuenta que NO se permite tener pines combinados (entrada/salida) en un puerto. A cada línea se le asocia un índice (Index), que es el que usa MATLAB para acceder a los pines y con la propiedad Line tenemos acceso a estos índices >> parport.line(1:11) Se usa la función putvalue para escribir datos en el puerto: >>putvalue(parport.line(1:8),data)%data es un valor decimal de 8 bits Se usa la función getvalue para leer datos del puerto: >> lineval = getvalue(parport.line(1:11))% leer 11 bits del puerto

5 En la implementación de la comunicación con el computador para transferir los datos de las señales electromiográficas digitalizadas provenientes del PIC, el cual envía 10 bits de datos y un bit de control que permite saber en que momento debe recibirse el dato de la señal para ser almacenado. El siguiente es el archivo en Matlab para la recepción de datos recibir.m: clear all clc A=[]; parport = digitalio('parallel','lpt1'); addline(parport,0:7,0,'in'); addline(parport,0:2,2,'in'); bandera=getvalue(parport.line(11)); if (bandera==0) end datos = getvalue(parport.line(1:8)); datos1 = getvalue(parport.line(9)); datos2 = getvalue(parport.line(10)); datos3 = [datos,datos1,datos2] A=[A;datos3] Bandera es el bit de control para recibir cada dato de la señal digital. Además de implementar el código para el control del puerto paralelo que permita la adquisición de datos, se deben realizar las configuraciones correspondientes en la BIOS del PC (accesible en unos PCs con la tecla F2) para que el puerto LPT1 pueda actuar como un dispositivo de entrada y salida, lo que va a permitir usar los pines del 2 al 9 como de entrada. La segunda alternativa que se consideró como solución consistió en la adquisición de la señal EMG proveniente del amplificador a través de la tarjeta de sonido de un computador. Para esto, al igual que en el caso anterior se usó la toolbox de adquisición de datos de Matlab:

6 Control de la tarjeta de sonido desde Matlab De la misma manera que con el puerto paralelo, el control de la tarjeta de sonido se realiza mediante el toolbox de adquisición de datos de MATLAB el cual se divide en tres componentes principales: Las funciones M establecidas El motor de adquisición de datos Los manejadores (drivers) de la tarjeta de adquisición de datos (en este caso, la de sonido) Como se muestra en la figura 2, estos componentes permiten intercambiar información entre Matlab y el hardware de adquisición de datos. Figura 2. Componentes del toolbox de adquisición de datos. Propiedades Con el manejo de las propiedades es posible controlar el comportamiento de la aplicación. Las propiedades contienen información sobre la configuración del hardware.

7 Datos Pueden ser datos provenientes de un sensor conectado a un subsistema de entrada analógica para ser almacenados en Matlab o también pueden ser datos de salida de Matlab a un actuador conectado a un subsistema de salida analógica. Eventos Un evento ocurre en un tiempo particular una vez que ciertas condiciones se hayan cumplido y se produzcan una o más acciones predeterminadas. Los eventos solo pueden generarse después de haber configurado las propiedades correspondientes. Una forma de utilizar los eventos puede ser el analizar o graficar datos una vez que se adquiere un número predeterminado de ellos. Funciones M Para ejecutar cualquier tarea con la aplicación de adquisición de datos, debe llamarse algunas funciones M. Entre otras cosas, estas funciones permiten: Crear dispositivos de objetos que proporcionan un camino de Matlab al hardware y permite controlar el comportamiento de la aplicación Capturar datos o sacar datos Configurar las propiedades Evaluar el estado y los recursos del hardware de adquisición El motor de adquisición de datos Es una librería de enlace dinámico (.dll) en forma de archivo MEX que: Guarda los dispositivos de objetos y sus valores asociados de configuración que controlan la aplicación de adquisición de datos Controla la sincronización de eventos Controla el almacenaje de datos capturados o en espera de ser sacados Mientras el motor ejecuta estas tareas, puede usarse Matlab para ejecutar otras tareas como el análisis de los datos adquiridos. En otras palabras, el motor y Matlab son asíncronos. El adaptador del manejador del hardware El adaptador del manejador del hardware, o simplemente el manejador, es una interfaz entre el motor de adquisición de datos y el manejador de la tarjeta. El propósito principal del adaptador es pasar información entre Matlab y la tarjeta adquisitora a través del manejador (driver) generalmente proporcionado por el fabricante. En la siguiente tabla se muestran las tarjetas soportadas por el toolbox de adquisición de datos.

8 Adquisición de Datos Para realizar la sesión de un sistema de adquisición de datos se realizan los siguientes pasos: 1. Creación del objeto de tipo dispositivo. Crear el objeto del canal analógico de entrada ai para la tarjeta de sonido. ai=analoginput( winsound ) 2. Agregar canales. Agregar un canal de hardware (E/S analógicas). addchannel(ai,1); 3. Configurar propiedades. Configurar la tasa de muestreo deseada y tiempo de captura de muestras set(ai,'samplerate',8000)% minima frecuencia de muestreo 8000HZ set(ai,'samplespertrigger',160000)% 20 segundos de muestreo 4. Adquirir datos e Iniciar la adquisición. Cuando terminen de adquirir todos los datos, ai automáticamente detiene la ejecución. start(ai) data = getdata(ai); plot(data)

9 5. Limpiar el espacio de trabajo. Una vez que ya no se requiera utilizar ai, debe eliminarse de la memoria y del espacio de trabajo de Matlab. delete(ai) clear ai Para las pruebas realizadas sobre el circuito amplificador EMG, se utilizaron algunas de las herramientas que dispone Matlab en la toolbox de adquisición de datos: Softscope: El softscope es una interfaz gráfica interactiva para mostrar en pantalla datos en tiempo de ejecución y almacenarlos en arreglos de Matlab o archivos *.mat. Figura 3. Softscope de Matlab. demoai_fft: crea un objeto de tipo entrada analógica asociado con el adaptador de la tarjeta de sonido. La señal de entrada y su espectro son desplegados en tiempo de ejecución.

10 Figura 4. demoai_fft. 2. PRUEBAS Y RESULTADOS. Después de realizar todas las pruebas necesarias para adquirir los datos por el puerto paralelo y a pesar de realizar las configuraciones pertinentes para habilitar la lectura de datos por este medio y de utilizar diferentes drivers, no fue posible obtener los datos provenientes del PIC, sin embargo, las consultas posteriores referentes al tema permitieron establecer que la configuración de este puerto en el sistema operativo Windows XP no admite su lectura ya que tiene demasiadas restricciones de seguridad. Por lo tanto se opto trabajar en la adquisición de datos a través de la tarjeta de sonido, de tal manera que después de seguir el procedimiento descrito anteriormente, se realizaron pruebas de las cuales se obtuvo resultados satisfactorios, logrando desplegar y almacenar 10 muestras de señales corresponedientes a los movimientos de extensión y flexión. Estas muestras serán utilizadas en la siguiente fase de desarrollo sometiéndolas a un proceso de extracción de características que permitan identificar que tipo de movimiento se desea realizar.