一种人体活动的无线检测装置制造方法及图纸

基于MEMS的加速度计和陀螺仪，发明专利技术了一种人体活动的无线检测装置，可以实时获取人体活动的加速度、角速度信息。传感器数据经IIC总线汇集到MSP430单片机，封装成数据帧以后，经过ZigBee无线模块发送到PC机上，完成对数据的分析、显示和存储。ZigBee模块接口可实现多个检测装置的组网，完成对人体多个关节活动的检测。无线通讯方式提高了可穿戴性，实现无约束状态下人体活动检测。

【技术实现步骤摘要】
一种人体活动的无线检测装置
本专利技术涉及一种检测装置，尤其涉及一种人体活动的无线检测装置。
技术介绍
人体活动是神经系统和肌肉骨骼系统综合运动功能的反应，活动信息不仅可以表述人体运动轨迹，而且可用于研究人体与周边环境的关系。因此，人体活动的检测、分析已经成为人机交互领域重要的研究内容。检测到的人体行为信息，可以帮助计算机或机器人更好地完成任务。具体应用领域包括：健身训练和康复、医疗保健、紧急救援和定位跟踪等。人们一直尝试利用不同的技术手段实现人体活动的信息获取。图像、视频是广泛使用的手段，但深受设备安装和移动的局限。为了实现无约束状态下的人体活动检测，基于惯性传感器检测和无线数据传输的方案，越来越受到重视。ZigBee技术是一种新型短距离、低复杂度、低功耗、低成本的双向无线通信技术，主要用于距离短、功耗低、传输速率不高的场合，可在各种电子设备之间进行周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据的传输，形成自组织、多跳的无线通信网络。MEMS全称MicroElectromechanicalSystem，微机电系统。是指尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置，其内部结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统。主要由传感器、作动器（执行器）和微能源三大部分组成。MEMS具有以下几个基本特点：微型化、智能化、多功能、高集成度和适于大批量生产。MEMS技术的目标是通过系统的微型化、集成化来探索具有新原理、新功能的元件和系统。其研究内容一般可以归纳为以下三个基本方面：①理论基础：在当前MEMS所能达到的尺度下，宏观世界基本的物理规律仍然起作用，但由于尺寸缩小带来的影响（ScalingEffects），许多物理现象与宏观世界有很大区别，因此许多原来的理论基础都会发生变化，如力的尺寸效应、微结构的表面效应、微观摩擦机理等，因此有必要对微动力学、微流体力学、微热力学、微摩擦学、微光学和微结构学进行深入的研究。这一方面的研究虽然受到重视，但难度较大，往往需要多学科的学者进行基础研究。②技术基础研究：主要包括微机械设计、微机械材料、微细加工、微装配与封装、集成技术、微测量等技术基础研究。③微机械在各学科领域的应用研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了方便快捷的采集记录人体活动的加速度、角速度信息，设计了一种人体活动的无线检测装置。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：人体活动的无线检测装置由加速度计、陀螺仪、MSP430F149单片机、ZigBee无线传输模块、供电电路、串口电路等部分构成。通过加速度计和陀螺仪采集人体活动的加速度和角速度，传感器数据采用IIC接口汇集到MSP430单片机。ZigBee无线传输模块带有RS-485总线，可实现组网功能，将人体多个关节的活动信息实时传输到PC机上进行分析和显示。考虑到检测过程中尽量不影响人体活动状态，检测装置尽可能小巧轻便，无线传输方式极大提高了检测过程中人体活动的范围。所述的加速度计选用ST公司的加速度计LSM303DLHC，它属于容感式加速度计，具有如下特点：①小而薄的3mm×5mm×1mmLGA封装；②分辨率随g的提高而提高，±16g时高达13位；③输出数据为16位二进制补码格式，可通过SPI或IIC数字接口访问；④-40℃～85℃的温度范围，输出受温度影响很小；⑤可以承受10000g的冲击。所述的陀螺仪选用ST公司的L3GD20陀螺仪。它采用了硅超微精密环形传感器设计，具有如下特点：①宽测量范围2000dps；②数据输出为16bit，可通过SPI或IIC数字接口访问；③工作温度范围为-40℃～85℃，极小的±2%温漂，能进行有效的温度补偿；④嵌入电源关闭和睡眠模式、嵌入温度传感器、嵌入FIFO。所述的MSP430F149单片机是TI公司研发的一款超低功耗16位单片机，具有工作电压低、功耗低、数据处理能力强、内置丰富等优点，非常适用于各种要求功耗低的场合。本专利技术的有益效果是：本文结合人机交互的大背景，探讨了人体活动检测的方法和途径，设计了相应的装置。显示结果证明系统能快速准确地检测人体活动信息，实时分辨率高。采用ZigBee无线模块传输数据，提高了可穿戴性，向实际应用更加接近。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是人体活动信息检测装置总体框架。图2是MSP430F149单片机采集信息程序流。图3是IIC连续读取时序图。图4是MAX485收发电路。具体实施方式如图1所示，人体活动的无线检测装置由加速度计、陀螺仪、MSP430F149单片机、ZigBee无线传输模块、供电电路、串口电路等部分构成。通过加速度计和陀螺仪采集人体活动的加速度和角速度，传感器数据采用IIC接口汇集到MSP430单片机。ZigBee无线传输模块带有RS-485总线，可实现组网功能，将人体多个关节的活动信息实时传输到PC机上进行分析和显示。考虑到检测过程中尽量不影响人体活动状态，检测装置尽可能小巧轻便，无线传输方式极大提高了检测过程中人体活动的范围。如图2所示，MSP430F149单片机工作流程：初始化LSM303DLHC加速度计、L3GD20陀螺仪，准备采集和读取数据；读取和发送数据，当一帧数据发送完成将TI置1，否则继续发送数据；最后给数据加上帧头、数据通道数和帧尾形成完整的一帧数据，一帧数据发送完后，继续下一帧数据的接收和发送。如图3所示IIC连续读取的时序，采用的LSM303GHLC与L3GD20传感器支持IIC总线数字输出，故运用MSP430F149单片机USART0串行通信模块的IIC模式进行数据读取。IIC总线支持连续读取，为了加快数据的读取速度，采用了6字节数据连续读取。如图4所示，MAX485收发器采用了工业级电路，本设计中单片机采集转换的信号经过MAX485收发器输送到ZigBee中进行数据传输。为了保证系统的稳定性，MAX485收发器采用了工业级电路，图中J3的1和2脚分别接ZigBee模块的485(+)和485(-)脚。为方便开发，选用带有ZigBee协议的无线通信模块，如图4所示，组网配置成功后可以直接通信。为使数据能够可靠的传输到PC机串口，自定义了数据通信协议格式。数据以帧为单位进行无线传输，然后在PC机中解算出来。帧头0xA5标示数据帧的起始，帧尾0xAE标示数据帧的结束。帧头后面是数据通道数，便于解算时区分是哪个通道的数据。通道数后面是12字节的数据域，是IIC总线模式读取的加速度和陀螺仪数据。单片机串口波特率采用115200bps，8位数据位，无奇偶校验，无控制位。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种人体活动的无线检测装置，由加速度计、陀螺仪、MSP430F149单片机、ZigBee无线传输模块、供电电路、串口电路等部分构成；通过加速度计和陀螺仪采集人体活动的加速度和角速度，传感器数据采用IIC接口汇集到MSP430单片机；ZigBee无线传输模块带有RS‑485总线，可实现组网功能，将人体多个关节的活动信息实时传输到PC机上进行分析和显示；考虑到检测过程中尽量不影响人体活动状态，检测装置尽可能小巧轻便，无线传输方式极大提高了检测过程中人体活动的范围。

【技术特征摘要】
1.一种人体活动的无线检测装置，由加速度计、陀螺仪、MSP430F149单片机、ZigBee无线传输模块、供电电路、串口电路等部分构成；通过加速度计和陀螺仪采集人体活动的加速度和角速度，传感器数据采用IIC接口汇集到MSP430单片机；ZigBee无线传输模块带有RS-485总线，可实现组网功能，将人体多个关节的活动信息实时传输到PC机上进行分析和显示；考虑到检测过程中尽量不影响人体活动状态，检测装置尽可能小巧轻便，无线传输方式极大提高了检测过程中人体活动的范围。2.根据权利要求1所述的人体活动的无线检测装置，其特征是所述的加速度计选用ST公司的加速度计LSM303DLHC，它属于容感式加速度计，具有如下特点：①小而薄的3mm×5mm×1mmLGA封装；②分辨率随g的提高而提高，±16g时高达13位；③输出数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：许亚夫，
申请(专利权)人：许亚夫，
类型：发明
国别省市：辽宁,21