Resultados

Os materiais utilizados para gerar os sinais para os testes foram o gerador de funções do aplicativo Function Generator em um celular LG-Q6 com sistema operacional Android 7.1.1. Esse aplicativo apresenta diversas opções para alteração de frequência, amplitude e forma de onda, além de oferecer recursos de varredura em frequência e amplitude e operações de modulação FM e AM, com a possibilidade de utilização de até dois canais independentes de geração de sinal.

Para utilização do sinal gerado através do App Function Generator, foi adaptado um conector P2 na saída de áudio do celular. A saída do conector P2 foi conectada ao circuito em análise. A Figura 41 apresenta o sinal gerado com o App supracitado, exibindo a forma de onda em um osciloscópio digital de baixo custo, do modelo DSO-138.

Os demais materiais utilizados nos testes são apresentados na Figura 35. Foi utilizada a placa NI DAQ-USB-6001 para realizar aquisições dos sinais de entrada do circuito (Gerador de Função) e na saída do circuito de filtragem. O fluxograma na Figura 36 apresenta os passos para realizar tais aquisições. Ao todo foram analisadas 76 valores de frequências.

Após a aquisição, foi desenvolvido um algoritmo para obter os valores de tensão de pico-a-pico (Vpp), cada valor de frequência, sendo realizada operação para calcular o ganho, relacionado o valor Vpp do sinal de saída e de entrada, e convertido para valores de decibéis. Após essas operações, foi possível comparar a resposta em frequência do circuito em protoboard obtido através do experimento citado acima, a resposta obtida pela simulação e a resposta teórica. Essa comparação pode ser visualizada na Figura 37.

É possível observar que a curva experimental (em vermelho) acompanha de modo satisfatório as frequências de corte inferior e superior, relacionadas aos FPA e FPB. A frequência de rejeição relacionada ao FRF apresentou um ligeiro deslocamento, no valor de 63 Hz, em -6dB, aproximadamente.

Após os testes iniciais, e a constatação de que foram atingidos resultados satisfatórios nos testes em protoboard, foi desenvolvido o layout da PCB no software Proteus (Figura 38). Optou-se pelo desenvolvimento de uma placa dupla face para redução do tamanho da placa, possibilitando uma melhor distribuição das trilhas que conectam os componentes.

Foram realizadas três tentativas na confecção da placa. A maior dificuldade encontrada nesta etapa consistiu em alinhar a face superior e a inferior na transferência do layout para a placa, utilizando o método térmico. A melhor opção encontrada foi a transferência de uma das faces, a furação de diversos pontos para inserção dos terminais dos componentes e em seguida a transferência da outra face do layout.

A placa já corroída é apresentada na Figura 39. quanto ao resultado final de desenvolvimento da PCB pode ser visualizado na Figura 40

O circuito auxiliar foi desenvolvido utilizando o circuito integrado ICL7660S . Foi produzida uma PCB com o circuito auxiliar (Figura 41), e foram realizados testes iniciais para verificar a conformidade, e a qualidade do sinal. Observou-se que este circuito auxiliar introduzir componentes indesejadas no sinal, conforme apresentado na Figura 42. Por essa razão optou-se pela realização de um teste similar com a utilização de duas baterias de 3,7V, no qual foi possível obter um sinal de linha de base com menor quantidade de ruído.

As Figuras 43 e 44 apresentam os espectros de frequência ,obtidos através da FFT no Matlab, relacionados aos testes executados om alimentação de duas baterias de 3,7V e com o circuito auxiliar, respectivamente. Fica evidente a influência do circuito auxiliar, inserindo componentes de frequência em aproximadamente 300Hz e 550 Hz, na ordem de 1,8 mV e 1,3 mV. Já em relação à análise realizada com alimentação de duas baterias observa-se a ausência de tais componentes de frequências, sendo possível observar apenas a componente CC do sinal de linha de base, devido ao nível médio inserido no hardware de condicionamento. Por esta razão, optou-se no presente projeto pela utilização da alimentação do protótipo a partir das duas baterias de 3,7V.

Figura 45- Protótipo final

Fonte: Elaborado pela autora

A Figura 48 apresenta a resposta em frequência obtida através de teste similar comentado na seção anterior, com a diferença que o sinal do gerador de funções foi condicionado utilizando um amplificado com ganho de 12,4 V/V, e um circuito atenuador de -60dB. A resposta em frequência do atenuador é demonstrada na Figura 46. Foram contabilizados 83 valores de frequência neste experimento para obtenção da resposta em frequência.

Figura 46- Esquemático do circuito utilizado como atenuador (a esquerda) e sua respectiva resposta em frequência (a direita)

Fonte: Elaborado pela autora

Figura 47 - Amplitude das etapas do circuito de condicionamento do sinal de teste

Observa-se através da Figura 48 que o ganho na faixa de passagem no experimento com o protótipo ficou ligeiramente menor que o ganho obtido em simulação. Enquanto o ganho em dB da simulação atingiu 47,9dB (248 V/V), o experimento atingiu 47,1 dB (226,46 V/V), o erro percentual obtido para o ganho em (V/V) foi de 8,68%.

Devido a opção de trocar a bateria de 9V para uma bateria de 3,7V, o diodo zener acrescentado ao circuito perdeu sua funcionalidade, pois o sinal satura em 2,9 V, devido a tensão de saturação do amplificador operacional escolhido para o projeto.

Quanto ao nível médio, notou-se que devido a utilização de um divisor de tensão para gerar a referência de nível, este valor fica sujeito a variações de tensão da bateria, que ocorrem no caso em que as baterias foram recém carregadas e atingem o valor de 4V, e quando estão descarregando atingido 3,6V.

O primeiro protocolo estabelecido consiste em três movimentos, conforme indicado na Figura 49. Os eletrodos foram cuidadosamente posicionados sobre o músculo bíceps e o eletrodo de referência posicionado no cotovelo. O primeiro movimento (M1) consiste no braço em repouso, apoiado na mesa; o segundo (M2) consiste no braço estendido e elevado sem apoio, e sem realizar a contração muscular; por fim, o terceiro movimento (M3) consiste na contração muscular, com o braço flexionado. Os movimentos serão executados na seguinte ordem: M1,M2,M3 e M2. Os testes foram realizados na própria autora do presente trabalho.

Figura 49 - Descrição do protocolo 1

Fonte: Elaborado pela autora

Foi realizada um aquisição de 10 segundos do sinal EMG. A Figura 50 apresenta o sinal EMG bruto, ou seja, sem realização de nenhuma rotina de processamento, com a indicação dos movimentos estabelecidos do protocolo 1 de aquisição .

A Figura 51 traz uma comparação entre o sinal bruto e o sinal filtrado com os FPB e FPA, na qual é possível identificar a remoção do nível médio do sinal EMG. A Figura 52 apresenta o sinal retificado, e o envelope obtido com o filtro média-móvel.

O segundo protocolo estabelecido consiste na repetição dos movimentos M2 e M3 do protocolo anterior, durante 30 segundos. A Figura 55 apresenta o sinal bruto e filtrado, do sinal EMG.

Já a Figura 56, gráfico superior, apresenta o envelope do sinal EMG com as detecções das contrações musculares, e abaixo o sinal filtrado com as respectivas detecções. Para as detecções o limiar foi estabelecido como indicado para o Protocolo 1, porém multiplicado por um fator de 2,35. A modificação foi realizada pois com o mesmo valor do protocolo 1 não foram todos as contrações musculares que foram reconhecidas, porém após a modificação desse fator foi possível detectar todos os movimentos completos, ou seja, os movimentos em que detectou-se o início e o fim, sendo a última contração muscular descartada pois não houve a finalização desta dentro do tempo de 30 segundos estabelecido. Foram detectadas 18 contrações ao longo do experimento.

Os índices RMS e FMED são apresentados na Figura 57 e 58 respectivamente. Acrescentou-se uma linha de tendência obtida através de regressão linear. Observa-se que esta linha de tendência não se ajusta adequadamente aos pontos, mas auxilia na verificação de uma tendência no valor RMS aumentar, e do valor de FMED diminuir.

Para o experimento final foi realizado teste similar ao Protocolo 2, porém, neste caso com um objeto de aproximadamente 2 kg, durante 180 segundos. A Figura 59 apresenta o sinal bruto e o sinal filtrado.

Os índices RMS e FMED são apresentados na Figura 61 e 62 respectivamente. Acrescentou-se uma linha de tendência obtida através de regressão linear. Observa-se que esta linha de tendência não se ajusta adequadamente aos pontos, mas auxilia na verificação de uma tendência no valor RMS aumentar, e do valor de FMED diminuir.

Em relação a FMED, observa-se que os valores acompanham a linha de tendência, porém para o índice RMS, os dados apresentaram-se mais dispersos. Para a FMED, é possível identificar uma tendência de redução ao longo da atividade realizada, contudo esta redução não é tão expressiva, o que pode estar relacionada tanto ao tempo da tarefa executada quanto à tarefa executa em si, sendo necessária, posteriormente, o desenvolvimento das atividades de forma mais controlada.