一种基于STM32的平衡仪系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于STM32的平衡仪系统，涉及运动康复器材技术领域。本发明专利技术包括控制子系统和人机交互子系统；控制子系统包括MCU电路、电源供电模块、压力传感器模块、AD转换模块、直流电机驱动模块；MUC电路通过RS485串口与上位机连接；人机交互子系统包括上位机和显示屏、压力数据采集模块、出厂参数模块。本发明专利技术通过多个压力传感器采集压力信号，AD转换模块通过SPI接口与MCU通信并传输数字信号，终端处理器STM32F407RBT6进行数据的处理和分析，计算出重心的位置，并通过串口与上位机连接，进行可视化的人机交互操作，解决了现有的平衡感康复设备智能性差、压力中心坐标分析不准确的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于STM32的平衡仪系统
本专利技术属于运动康复器材
，特别是涉及一种基于STM32的平衡仪系统。
技术介绍
在人体众多的生理指标中，保持身体平衡是人体一项基本运动技能和重要生理指标。维持人体平衡稳定的生理机制是十分繁琐的，科学领域至今仍未阐明。医学界普遍认为，大脑将协调人体本体、前庭和视觉三方面，通过神经和运动系统的运动控制来维持身体的静态和动态平衡。人体保持平衡的关键主要在于前庭觉、视觉、神经系统以及本体感觉系统对身体的状态位置进行感知与调整。而人体重心投影到水平面的位置在身体姿势变化时会相应发生改变，通过研究重心投影点的变化可以观察到人体平衡能力的相关特征。对于老年人以及那些平衡功能存在障碍的患者，如脑卒中患者、帕金森病患者、脑血栓患者等，他们的平衡能力大大降低，为了防止摔伤等需要进行平衡能力测试。据2016年国家卫生服务第五次调查显示，我国的老龄化问题越来越突出，心脑血管疾病和神经系统疾病的人数也急剧增加，其中由脊髓损伤、脑血管意外、脑外伤、脑卒中等中枢神经系统疾病引起的下肢运动功能障碍患者的人数在逐年上升。另外运动、车祸、骨科疾病、肌肉萎缩等也导致大量下肢运动功能障碍患者。因此一些针对人体平衡能力评测的方法与研究便逐渐加增起来。对人体平衡能力进行准确的评测在体育运动中也具有实际意义：辅助教练员判断运动员保持自身稳定性的能力，通过平衡能力的等级水平测试（优、良、中、差）进行运动员的选拔。同时也可以对运动员进行多次测评，通过测评结果的比对校验观察训练方案是否有效。现有设备对于老年人以及因外部损伤造成平衡功能障碍的患者在进行下肢平衡感练习的过程中有效训练强度和时间的累积无法客观测量。另外现有下肢平衡感练习设备结构复杂，智能性差。因此，本申请文件利用STM32设计一款平衡仪系统，能够有效解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于STM32的平衡仪系统，通过多个压力传感器采集压力信号，AD转换模块通过SPI接口与MCU通信并传输数字信号，终端处理器STM32F407RBT6进行数据的处理和分析，计算出重心的位置，并通过串口与上位机连接，进行可视化的人机交互操作，解决了现有的平衡感康复设备智能性差、压力中心坐标分析不准确的问题。为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术为一种基于STM32的平衡仪系统，包括控制子系统和人机交互子系统；所述控制子系统包括MCU电路、电源供电模块、压力传感器模块、AD转换模块、直流电机驱动模块；所述压力传感器模块与AD7795模块连接；所述压力传感器模块用于将读取压力值传递给AD7795模块；所述AD7795模块用于将压力值由模拟信号转换成数字信号；所述AD7795模块通过SPI接口与MCU电路通信连接；所述MUC电路与直流电机驱动模块连接；所述直流电机驱动模块的输出端连接有电机；所述电源供电模块的输出端与MUC电路连接；所述MUC电路通过RS485串口与上位机连接；所述人机交互子系统包括上位机和显示屏、压力数据采集模块、出厂参数模块；所述上位机通过HDMI接口与显示屏连接；所述上位机用于人与机器的可视化交互、平台高度的选择，并显示人体重心的移动轨迹；所述上位机包括上位机主界面、压力数据采集界面和出厂参数界面。优选地，所述MCU电路采用STM32F407RBT6作为主控芯片。优选地，所述电源供电模块采用TPS5430芯片；所述TPS5430芯片集成了低阻抗高侧N沟道MOSFET；所述TPS5430芯片内部集成有电压误差放大器。优选地，所述压力传感器模块采用4Pin设计，其中，1和4引脚分别接模拟参考电压和模拟地，2和3引脚为模拟信号输入。优选地，所述AD转换模块采用AD7795芯片；所述AD7795芯片内置一个低噪声24位/16位的6路差分输入的ADC；所述AD7795芯片内部还集成了片内低噪声仪表放大器；所述AD7795芯片通过SPI接口与MCU电路通信，将转化完成的数字信号传输给MCU电路。优选地，所述直流电机驱动模块采用MC33931芯片。优选地，所述压力数据采集模块能够通过上位机设置单次采集和连续采集两种模式，当选择连续采集模式时，通过点击停止采集按钮能够随时结束数据采集。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术通过12个压力传感器采集压力信号，AD转换模块通过SPI接口与MCU通信并传输数字信号，终端处理器STM32F407RBT6进行数据的处理和分析，计算出重心的位置，并通过串口与上位机连接，进行可视化的人机交互操作，准确、清晰地计算出重心位置，进而判断受测者的平衡功能是否正常，排查出有平衡能力障碍的患者,可大大提高医院的检查效率。本专利技术装置和方法不仅适用于患者下肢的康复，还可用于运动员的平衡感测试，具有较好的灵活性。当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的一种基于STM32的平衡仪系统结构示意图；图2为本专利技术平衡仪系统的MCU模块设计电路图；图3为本专利技术平衡仪系统电源模块电路图；图4为本专利技术平衡仪系统压力传感器接口模块电路图；图5为本专利技术平衡仪系统模数转换模块电路图；图6为本专利技术平衡仪系统电源模块电路图；图7为本专利技术的人机交互系统软件流程。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1所示，本专利技术为一种基于STM32的平衡仪系统，包括控制子系统和人机交互子系统；控制子系统包括MCU电路、电源供电模块、压力传感器模块、AD转换模块、直流电机驱动模块；压力传感器模块与AD7795模块连接；压力传感器模块用于将读取压力值传递给AD7795模块；AD7795模块用于将压力值由模拟信号转换成数字信号；AD7795模块通过SPI接口与MCU电路通信连接；MUC电路与直流电机驱动模块连接；直流电机驱动模块的输出端连接有电机；电源供电模块的输出端与MUC电路连接；直流电机驱动模块用于控制平衡台的升降；平衡台静止放在水平面上，人体静止站在平衡仪上，通过控制电路将人体对平衡仪底部压力传感器的压力值传送至计算机，然后通过力学原理计算出压力中心在平衡仪平面的坐标，最终绘制出压力中心坐标的轨迹图像。通过分析轨迹的变化，可以判断平衡能力的好坏。MUC电路通过RS485串口与上位机连接；人机交互子系统包括上位机和显本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于STM32的平衡仪系统，包括控制子系统和人机交互子系统，其特征在于：/n所述控制子系统包括MCU电路、电源供电模块、压力传感器模块、AD转换模块、直流电机驱动模块；所述压力传感器模块与AD7795模块连接；所述压力传感器模块用于将读取压力值传递给AD7795模块；所述AD7795模块用于将压力值由模拟信号转换成数字信号；所述AD7795模块通过SPI接口与MCU电路通信连接；所述MCU电路与直流电机驱动模块连接；所述直流电机驱动模块的输出端连接有电机；所述电源供电模块的输出端与MCU电路连接；/n所述MCU电路通过RS485串口与上位机连接；/n所述人机交互子系统包括上位机和显示屏、压力数据采集模块、出厂参数模块；所述上位机通过HDMI接口与显示屏连接；所述上位机用于人与机器的可视化交互、平台高度的选择，并显示人体重心的移动轨迹；所述上位机包括上位机主界面、压力数据采集界面和出厂参数界面。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于STM32的平衡仪系统，包括控制子系统和人机交互子系统，其特征在于：
所述控制子系统包括MCU电路、电源供电模块、压力传感器模块、AD转换模块、直流电机驱动模块；所述压力传感器模块与AD7795模块连接；所述压力传感器模块用于将读取压力值传递给AD7795模块；所述AD7795模块用于将压力值由模拟信号转换成数字信号；所述AD7795模块通过SPI接口与MCU电路通信连接；所述MCU电路与直流电机驱动模块连接；所述直流电机驱动模块的输出端连接有电机；所述电源供电模块的输出端与MCU电路连接；
所述MCU电路通过RS485串口与上位机连接；
所述人机交互子系统包括上位机和显示屏、压力数据采集模块、出厂参数模块；所述上位机通过HDMI接口与显示屏连接；所述上位机用于人与机器的可视化交互、平台高度的选择，并显示人体重心的移动轨迹；所述上位机包括上位机主界面、压力数据采集界面和出厂参数界面。


2.根据权利要求1所述的一种基于STM32的平衡仪系统，其特征在于，所述MCU电路采用STM32F407RBT6作为主控芯片。


3.根据权利要求1所述的一种基于STM32的平衡仪系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾庆，杨凯，
申请(专利权)人：江苏省体育科学研究所，
类型：新型
国别省市：江苏;32