分布式电磁人体运动检测装置制造方法及图纸

一种分布式电磁人体运动检测装置，该装置由发射器（１）、接收器（２）、控制及信号处理硬件电路（３）、主机算计（４）及装置系统软件组成；其中：该控制及信号处理硬件电路（３），包括有单片机、振荡器、发射电子开关、发射功放、接收电子开关、接收信号放大器、检波、接收信号调零、Ａ／Ｄ转换、串口及电源组成；该主机算计（４），用于提供电源，并通过ＲＳ２３２异步通讯口与控制及信号处理硬件电路（３）通讯，系统软件包括有单片机控制软件和主计算机软件。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术为一种分布式电磁人体运动检测装置，属于电子
随着工程仿生学，运动医学，机器人控制及大规模网络虚拟现实技术的发展，迫切需要人体运动检测装置的微型化，无源化及精确化。现有的人体运动检测装置有如下几种其一是，固定视场中的多视角合成装置，一般通过特定空间中分布的CCD镜头从不同角度摄取活体运动图象，再按照一定的空间关系重构运动过程。其二是利用超声波，红外光波及无线电磁波在固定发射位置的三点定位方法，确定活体的运动绝对坐标；其三是利用机械与检测元件特性的物理变化检测人体运动中，各个运动肢体间的相对运动关系，如应变片式分布角度传感系统，光纤数据衣，数据手套(这也是目前比较流行的活体运动检测装置)；其四是利用加速度传感器及惯性导航系统结合，构成六自由度空间位置传感器。前两者的缺点是运动者必须处于特定的环境中，后两者的缺点是运动者必须附着或穿戴复杂的检测设备。另外，光纤数据衣及光纤数据手套等造价昂贵，使系统的应用受到限制。本专利技术一种电磁分布式人体运动检测装置，其目的是可以弥补现有活体运动检测装置的缺陷，满足工程需要，该装置操作使用简单方便，且成本造价较低。本专利技术是一种分布式电磁人体运动检测装置，该装置由若干固定在人肢体上的无线发射线圈称发射器1、无线接收线圈称接收器2、控制及信号处理硬件电路3、主机算计(PC)4及装置软件组成；该发射器1包括尼龙线圈骨架11和漆包线12，漆包线缠12绕在骨架11上，构成空心线圈；该接收线器2包括尼龙骨架21、漆包线22及谐振电容23，漆包线22缠绕在骨架21上，构成空心线圈，它作为谐振电感，谐振电容23与谐振电感并联，构成接收谐振电路；该控制及信号处理硬件电路3，由单片机31、振荡器32、发射电子开关33、发射功放34、接收电子开关35、接收信号放大器36、检波37、接收信号调零38、A/D转换39、串口及电源40等部分组成；其连接关系是单片机31分别连接串口及电源40、连接A/D转换39、连接发射电子开关33、连接接收电子开关35，振荡器32分别连接发射电子开关33、连接检波37，发射电子开关33连接发射功放34，发射功发34连接发射器1，A/D转换39连接接收信号调零38，接收信号调零38连接检波37，检波37连接接收信号放大器36，接收信号放大器36连接接收电子开关35，接收电子开关连接接收器2，串口及电源40分别连接主计算机4；其中单片机31的主要功能是控制发射器和接收器对的选择、A/D转换39控制、接收信号滤波处理及与主计算机4的通讯等，这些功能全部由采样软件实现；振荡器32是方波发生器，振荡频率100KHz；发射电子开关33为单刀多掷开关，单路进多路出(路数由检测角度数量决定)；接收电子开关35为单刀多掷开关，多路进(路数由检测角度数量决定)单路路出，电子开关33、35导通选择由单片机31控制；接收信号放大器36为普通运算放大器，放大倍数10倍；检波37由可控开关及采样保持电路组成，两个开关控制端分别由发射方波的振荡器32的高低电平控制，当方波处于正半周时，开关A导通，开关B截止，采样保持器A保持，当方波处于负半周时，开关A截止，开关B导通，采样保持器B保持，得到接收角度信号；接收信号调零38，使接收信号保持在0-5V之间；A/D转换39，将接收的讯号转换为数字信号，要求A/D转换39采用逐次逼近式转换器，分辨率12bit，转换速度10μs左右；串口40，将单片机采得的31将采得的信号经滤波处理后通过串口40通过传送给主计算机(PC)4，同时，硬件板上的电源+12V、-12V、+5V、-5V均通过串口电缆由主计算机(PC)4提供；该主机算计(PC)4，用于提供硬件板电源，并通过RS232异步通讯口与硬件板通讯，将装置检测的数据进行图象重构，实时显示人体运动过程；该装置的系统软件主程序由两部分组成一．发射、接收硬件电路中的单片机控制软件，它的作用主要是分时控制发射器和接收器对的选择，同时，对所测得的信号进行滤波处理消除干扰，再将信息通过RS232串口40传送给主机算计4；二、主计算机软件，它的主要功能是将接收的信号进行图象重构，在屏幕上实时显示被测目标的运动状态。该装置的安装及工作过程如下1．安装●相邻肢体间弯曲角度的测量。将发射器1和接收器2分别安装于相邻肢体上，使发射器1与接收器2的轴线夹角与肢体间被测夹角重合，且运动过程中两者的距离应在15cm-30cm之间变化。●同一肢体的扭转角度的测量。将发射器1和接收器2分别安装于被测肢体的不同位置上，使发射器1与接收器2的轴线的夹角与肢体的扭转角度重合，两者的距离为10cm-20cm。●弯曲角度和扭转角度的测量可以分时共用发射器1或接收器2，见实施例。●控制及信号处理硬件电路3制成一盒体，被测者可随身携带，可悬挂于腰间或放于口袋中，通过串口电缆与主计算机相连。2．工作过程打开主计算机电源，运行主程序，计算机上便可实时显示被测者的运动状态。本专利技术一种分布式电磁人体运动检测装置，其优点和独特之处是1．利用微型无线发射和接收器检测人体运动肢体间的相对角度，使运动检测过程摆脱周围环境的影响，与常规电磁人体运动检测装置的由固定大功率发射，被测者只安装接收器的思路有着本质的不同。2．所测数据量小且直观，不需要进行复杂的坐标变换处理，因而，增强了装置检测的实时性，简化了主机算计的后续处理过程。3．本装置体积小、重量轻、价格便宜，测量速度及精度可满足一般的工业及商业要求。本专利技术具有如下附图附图说明图1a．发射器结构及参数1b．接收器结构及参数2．分布式电磁人体运动检测装置原理方框3a．发射振荡器电路图3b．发射电子开关电路图3c．接收电子开关电路图3d．发射功放电路图4a．接收信号放大电路图4b．接收信号调零电路图5a．接收信号检波电路图5b．接收信号电路调试波形图6．A/D转换电路图7．串口及电源电路图8．装置主软件流程9．装置数据采集软件流程10．单臂运动检测发射器及接收器的位置安装图11．单臂运动检测发射器及接收器分时检测时序12．单臂运动检测瞬间状态图13a、b、c控制及信号处理硬件电路图。图中标号如下1．发射器 11．发射器尼龙骨架 12．发射器漆包线2．接收器 21．接收器尼龙骨架 22．接收器漆包线23．接收器谐振电容3．控制及信号处理硬件电路31．单片机(CPU) 32．振荡器 33．发射电子开关34．发射功放 35．接收电子开关36．接收信号放大器37．检波 38．接收信号调零 39．A/D转换40．串口及电源4．主机算计(PC)兹配合附图详细说明如下本专利技术是一种分布式电磁人体运动检测装置，由若干个固定在人肢体上的无线发射线圈称发射器1、无线接收线圈称接收器2，控制及信号处理硬件电路3，主机算计(PC)4及装置系统软件组成；发射器1本专利技术中发射器是空心线圈，其结构尺寸如图1a所示，尼龙骨架11的外沿直径为15mm，内孔径为8mm，内孔外径为10mm。线径0.11的漆包线12绕在骨架11上300匝左右，线圈内阻40Ω。接收器2本专利技术中接收器2是LC皆振电路，其线圈的结构尺寸如图1b所示，尼龙骨架21及漆包线22的参数与发射器1相同，线圈匝数为400匝左右，线圈内阻50Q，谐振电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式电磁人体运动检测装置，其特征在于：该装置由若干固定在人肢体上的无线发射线圈称发射器（１）、无线接收线圈称接收器（２）、控制及信号处理硬件电路（３）、主机算计（４）及装置系统软件组成；该发射器（１）包括尼龙线圈骨架（１１）和漆包 线（１２），漆包线缠（１２）绕在骨架（１１）上，构成空心线圈；该接收线器（２）包括尼龙骨架（２１）、漆包线（２２）及谐振电容（２３），漆包线（２２）缠绕在骨架（２１）上，构成空心线圈，它作为谐振电感，谐振电容（２３）与谐振电感并联，构成 接收谐振电路；该控制及信号处理硬件电路（３），由单片机（３１）、振荡器（３２）、发射电子开关（３３）、发射功放（３４）、接收电子开关（３５）、接收信号放大器（３６）、检波（３７）、接收信号调零（３８）、Ａ／Ｄ转换（３９）、串口及电源（４ ０）组成；其连接关系是：单片机（３１）分别连接串口及电源（４０）、连接Ａ／Ｄ转换（３９）、连接发射电子开关（３３）、连接接收电子开关（３５），振荡器（３２）分别连接发射电子开关（３３）、连接检波（３７），发射电子开关（３３）连接发射功放（３４），发射功发（３４）连接发射器（１），Ａ／Ｄ转换（３９）连接接收信号调零（３８），接收信号调零（３８）连接检波（３７），检波（３７）连接接收信号放大器（３６），接收信号放大器（３６）连接接收电子开关（３５），接收电子开关（３５）连接接收器（２），串口及电源（４０）分别连接主计算机（４）；该主机算计（４），用于提供电源，并通过ＲＳ２３２异步通讯口与控制及信号处理硬件电路（３）通讯，将装置检测的数据进行图象重构，实时显示人体运动过程；该装置的系统软件主程序由两部分组成： 一．发射、接收硬件电路中的单片机控制软件，它的作用主要是分时控制发射器和接收器对的选择，同时，对所测得的信号进行滤波处理消除干扰，再将信息通过ＲＳ２３２串口（４０）传送给主机算计（４）；二．主计算机软件，它的主要功能是将接收的信号进 行图象重构，在屏幕上实时显示被测目标的运动状态。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑红，
申请(专利权)人：郑红，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]