一种基于加速度传感器的大小鼠步态监测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于加速度传感器的大小鼠步态监测装置，包括主控模块、加速度传感器模块、数据传输模块、电源模块及上位机模块；加速度传感器模块安装在大小鼠的身上，用于测量大小鼠运动的方向、加速度及运动身体姿态数据并将该数据发送至主控模块；主控模块用于处理接收的数据得到大小鼠运动的速度和距离信息，并将该信息及接收的数据发送至数据传输模块；数据传输模块用于将接收的信息发送至上位机模块；上位机模块用于显示测得的反映大小鼠步态的数据；电源模块用于为其他模块供电。本实用新型专利技术以加速度传感器为数据采集单元，不受视觉和场地的限制；各模块体积小，不影响大小鼠步态，功耗低，待机时间长；回馈快，极具应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于加速度传感器的大小鼠步态监测装置
本技术属于电子信息与传感器监测
，涉及一种基于加速度传感器的大小鼠步态监测装置。
技术介绍
步态指的是生物走路时所表现的姿态，及走路所有的动作。在动物机能学和药理学中，步态是实验动物状态的重要特征。以研究抗抑郁药物大小鼠实验为例，对于不同精神状态的大小鼠来说，它们的步态例如运动速度，运动姿态信息等会出现明显差异。目前，广泛使用在大小鼠步态识别的技术主要是图像识别。由于图像在拍摄过程中，存在视觉范围，遮挡等原因，识别的局限性较大，准确率较低。还有一些大小鼠步态识别的技术是基于压力传感器，这就需要大小鼠在特定的场地行走。这些大小鼠步态识别的技术都存在一定的局限性。因此，开发一种能克服以上技术缺陷的大小鼠步态监测设备极具现实意义。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术局限性较大、准确率较低且应用场景受限的缺陷，提供一种应用场景广且准确率较高的大小鼠步态监测设备。本技术的大小鼠步态监测设备主要应用于大小鼠机能实验，通过该装置可以测量大小鼠的步行速度、步行方向和步行姿态，能够有效记录大小鼠步态数据。为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种基于加速度传感器的大小鼠步态监测装置，包括主控模块、加速度传感器模块、数据传输模块、电源模块及上位机模块；所述加速度传感器模块安装在大小鼠的身上，用于测量大小鼠运动的方向、加速度及运动身体姿态数据并将该数据发送至主控模块；所述主控模块用于处理接收的数据得到大小鼠运动的速度和距离信息，并将该信息及接收的数据发送至数据传输模块；所述数据传输模块用于将接收的信息发送至上位机模块；所述上位机模块用于显示测得的反映大小鼠步态的数据；所述电源模块用于为其他模块供电。本技术的大小鼠步态监测装置以加速度传感器为数据采集单元，加速度传感器可以放置在小鼠的腰部和四肢等多个部位，其测量数据不受视觉和场地的限制，此外，本技术选用的各模块的体积小，不影响大小鼠本身的活动(即不影响大小鼠步态)，功耗低，待机时间长，极具应用前景。作为优选的技术方案：如上所述的一种基于加速度传感器的大小鼠步态监测装置，所述主控模块、加速度传感器模块、数据传输模块及电源模块集成在一根绑带上，所述绑带固定在待监测的大小鼠身上。本技术的保护范围并不仅限于此，也可将以上所述模块单独固定，但将其集成在一起，易用性更佳，方便使用。如上所述的一种基于加速度传感器的大小鼠步态监测装置，所述主控模块的型号为STC15W204S，其运行模式为空闲模式，功耗低，STC15W204S的封装为SOP-8_150mil，体积较小。STC15W204S包括低速模式、空闲模式和掉电模式三种运行模式，正常工作模式下，STC15系列单片机的典型功耗是2.7mA～7mA，而掉电模式下的典型功耗是<0.1uA，空闲模式下的典型功耗是1.8mA。本技术选用空闲模式，其能满足设备功耗低的需求。综上STC15W204S可以满足整体装置低功耗、小体积的目的。本技术的主控模块的具体型号并不仅限于此，本技术仅以此为例，本领域技术人员可根据实际需求选择合适的主控模块，当然选择时最好优选选择体积小、功耗低的模块。如上所述的一种基于加速度传感器的大小鼠步态监测装置，所述加速度传感器的型号为ADXL345，其采用3mm×5mm×1mm的14引脚小型超薄塑料封装；ADXL345与STC15W204S之间的数据传输实用SPI(串行外设接口)。ADXL345采用集成式存储器管理系统，使用一个32级先进先出(FIFO)缓冲器，可用于存储数据，从而将主机处理器负荷降至最低，并降低整体系统功耗。低功耗模式支持基于运动的智能电源管理，从而以极低的功耗进行阈值感测和运动加速度测量。测量模式下ADXL345功耗为23μA。综上ADXL345可以满足整体装置低功耗、小体积的目的。本技术的加速度传感器的具体型号并不仅限于此，本技术仅以此为例，本领域技术人员可根据实际需求选择合适的加速度传感器，当然选择时最好优选选择体积小、功耗低的加速度传感器。ADXL345芯片主要用于获取大小鼠运动中的速度，角度，角加速度，运动姿态等，其中角加速度是芯片可以直接测得的数据，速度和角度则是通过积分和四元数法获得的，运动姿态主要通过Z轴的角度获取。加速度传感器ADXL345芯片通过SPI方式将测得和算得的速度、角度、角加速度、运动姿态数据发送给STC15W204S单片机(主控模块)。如上所述的一种基于加速度传感器的大小鼠步态监测装置，所述数据传输模块为两WH-BLE103蓝牙单元，其封装尺寸为10mm×10mm×2mm，WH-BLE103蓝牙单元包括从机及主机两种模式，其中一WH-BLE103蓝牙单元为主机模式，布置在绑带上，与主控模块连接，另一WH-BLE103蓝牙单元为从机模式，USB与上位机模块连接，两WH-BLE103蓝牙单元之间通过蓝牙通讯，通讯距离最远可达120m，完全可以使用在大小鼠的动物机能学和行为学的大型实验中。WH-BLE103蓝牙单元在从机模式下功耗2.4mA，在主机模式下功耗为4.5mA。综上WH-BLE103可以满足整体装置低功耗、小体积的目的。本技术的数据传输模块的具体型号并不仅限于此，本技术仅以此为例，本领域技术人员可根据实际需求选择合适的数据传输模块，其他如通讯线、wifi模块等也可适用于本技术，当然无线通讯模块的使用便捷性更佳。如上所述的一种基于加速度传感器的大小鼠步态监测装置，布置在绑带上的WH-BLE103蓝牙单元与主控模块间的通信方式为串口通讯；设为从机模式的WH-BLE103蓝牙模块与上位机模块之间的通讯通过TTL转USB转上位机模块的方式实现，具体为首先通过TTL转USB模块，将从机蓝牙接收的数据通过USB接口上传到PC端(上位机模块)。如上所述的一种基于加速度传感器的大小鼠步态监测装置，所述电源模块采用锂电池供电，锂电池容量为30mAh或45mAh，不同容量的锂电池适用于大小不同的实验鼠，45mAh的锂电池可以长时间供电8～9小时，完全可以满足长时间进行实验的要求，考虑到小实验鼠在大负重下会出现异常步态的情形，本技术可以将电源模块换为30mAh的锂电池，减轻佩戴在小实验鼠身上的装置重量，达到测量步态数据的准确性，为下面的步态识别提供更加准确的实验数据，所述电源模块可进行充电，其具有保护电路，可以防止过充、过放、短路、过流情况。如上所述的一种基于加速度传感器的大小鼠步态监测装置，所述WH-BLE103蓝牙单元和主控模块的工作电压为3.3V；所述电源模块内设有电源低压差稳压单元，以保证供电电压稳定，确保监测装置可以长时间处于正常工作的状态。如上所述的一种基于加速度传感器的大小鼠步态监测装置，所述电源模块内设有电源滤波电路，以确保锂电池的供电电压可以稳定在工作电压3.3V处。如上所述的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于加速度传感器的大小鼠步态监测装置，其特征在于，包括主控模块、加速度传感器模块、数据传输模块、电源模块及上位机模块；/n所述加速度传感器模块安装在大小鼠的身上，用于测量大小鼠运动的方向、加速度及运动身体姿态数据并将该数据发送至主控模块；/n所述主控模块用于处理接收的数据得到大小鼠运动的速度和距离信息，并将该信息及接收的数据发送至数据传输模块；/n所述数据传输模块用于将接收的信息发送至上位机模块；/n所述上位机模块用于显示测得的反映大小鼠步态的数据；/n所述电源模块用于为其他模块供电。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于加速度传感器的大小鼠步态监测装置，其特征在于，包括主控模块、加速度传感器模块、数据传输模块、电源模块及上位机模块；
所述加速度传感器模块安装在大小鼠的身上，用于测量大小鼠运动的方向、加速度及运动身体姿态数据并将该数据发送至主控模块；
所述主控模块用于处理接收的数据得到大小鼠运动的速度和距离信息，并将该信息及接收的数据发送至数据传输模块；
所述数据传输模块用于将接收的信息发送至上位机模块；
所述上位机模块用于显示测得的反映大小鼠步态的数据；
所述电源模块用于为其他模块供电。


2.根据权利要求1所述的一种基于加速度传感器的大小鼠步态监测装置，其特征在于，所述主控模块、加速度传感器模块、数据传输模块及电源模块集成在一根绑带上，所述绑带固定在待监测的大小鼠身上。


3.根据权利要求2所述的一种基于加速度传感器的大小鼠步态监测装置，其特征在于，所述主控模块的型号为STC15W204S，其运行模式为空闲模式，STC15W204S的封装为SOP-8_150mil。


4.根据权利要求3所述的一种基于加速度传感器的大小鼠步态监测装置，其特征在于，所述加速度传感器模块的型号为ADXL345，其采用3mm×5mm×1mm的14引脚小型超薄塑料封装；
ADXL345与STC15W204S之间的数据传输使用SPI。


5.根据权利要求4所述的一种基于加速度传感器的大小鼠步态监测装置，其特征在于，所述数据传输模块为两WH-BLE1...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄经纬，曹乐，阚秀，李思迪，刘乐远，李敏，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：新型
国别省市：上海;31