一种足部加速度信息采集系统及其加速度信息采集方法技术方案

本发明专利技术公开了一种足部加速度信息采集系统。装置包括足部加速度采集系统和腕部信息接收系统。其中，足部加速度采集系统固定在左脚运动鞋上，将腕部信息接收系统设计成腕表式样，戴在左手腕上。足部加速度采集系统与腕部信息接收系统通过无线通信方式进行数据传输。采集装置工作后，足部加速度采集系统内的加速度传感器按照一定的采样速率，采集人体运动时的足部加速度信息，并无线发送至腕部信息接收系统，腕部信息接收系统将接收到的加速度数据信息按照一定的数据格式存储到系统内的存储器。采集结束后，腕部信息接收系统将存储的数据经过ＵＳＢ接口上传到ＰＣ机，进行后续的分析处理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及传感器应用领域，尤其是涉及。
技术介绍
随着微机械电子技术的发展，以及集成电路设计和制造业的进步，加速度传感器 的研究已经取得了突飞猛进的进展。目前，已经出现了大量的MEMS加速度传感器芯片。这 些加速度传感器芯片大都具有体积小、功耗低、量程可选择的特点，为加速度传感器的应用 提供了广阔的应用前景。 近年来越来越多的研究机构对加速度信息进行了大量的研究。他们利用MEMS加 速度传感器芯片，设计并制作了各种人体运动时，身体部位加速度信息的采集装置。在加 速度信息获取后，通过对其进行分析、处理，提取其中能反映人体运动情况的重要参数，进 而进行下一步的基于加速度信息的相关研究。例如，澳大利亚的新南威尔士大学生物医学 工程实验室的M. J. Mathie， J. Basilakis， B. G. Celler等人，把含有三轴加速度传感器的采 集装置安置在医院病人的腰部，并进行长时间的腰部加速度信息的采集。通过对获取的加 速度信息进行后续处理，从而实现对慢性阻塞性肺疾病和充血性心力衰竭病人的长时间监 视，通过对获取的加速度信息进行处理，能得到病人的活动状况、目前身体姿态以及一段时 间内身体运动的能量消耗等信息。这是一个利用加速度传感器，获取人体特定部位的加速 度信息，然后进行人体姿态和动作识别研究，以及基于加速度信息进行能量消耗评估研究 的实例。 然而，通过对专利数据库的检索，却没有研究机构将加速度传感器安置在人体的 足部，来获取人体运动时足部的加速度信息。由运动学理论可知，人体运动时，足部的加速 度信息同样包含着大量的、能反映人体运动情况的信息和参数。因此，足部加速度信息的采 集，同样具有重要的研究意义和实际应用意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，针 对目前没有应用在足部的加速度传感器的情况，能实时采集人体在任何运动情况下的足部 三维加速度信息，通过对获取的足部三维加速度信息进行分析，能获得人体运动的运动学 参数，建立反映人体运动环节的运动规律模型，为进一步研究足部加速度信息提供相应硬 件平台。 为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为 —种足部加速度信息采集系统，其特征在于包括足部加速度采集系统和腕部信 息接收系统；所述足部加速度采集系统包括微控制器A和与微控制器A电连接的电池及电 源管理模块A，所述微控制器A上还电连接有无线收发模块A及三维加速度传感器；所述腕 部信息接收系统包括有微控制器B和与微控制器B电连接的电池及电源管理模块B，所述微3控制器B上还电连接有无线收发模块B、存储器及USB接口 。 所述的一种足部加速度信息采集系统，其特征在于所述足部加速度采集系统安 装在鞋上，所述三维加速度传感器紧贴鞋子。 所述的一种足部加速度信息采集系统，其特征在于所述微控制器A型号为 MSP430F1232，其内部内置有A/D转换器。 所述的一种足部加速度信息采集系统，其特征在于所述三维加速度传感器为型 号是MMA7331L的三轴加速度传感器芯片。 所述的一种足部加速度信息采集系统，其特征在于所述腕部信息接收系统外部 为腕表式样，佩带在人体手腕上，其表面安装有液晶显示模块及控制按键，所述液晶显示模 块及控制按键与所述微控制器B电连接。 所述的一种足部加速度信息采集系统，其特征在于所述微控制器B型号为 STM32F103RC，其内部内置有USB设备控制器。 所述的一种足部加速度信息采集系统，其特征在于所述存储器型号为 AT45DB161。 所述的一种足部加速度信息采集系统，其特征在于所述无线收发模块A及无线 收发模块B均采用型号为Nrf24101的无线收发芯片，所述无线收发模块A及无线收发模块 B均工作在2. 4 2. 5G世界通用的ISM频段。 —种基于足部加速度信息采集系统的加速度信息采集方法，其特征在于人体行 走时，足部加速度采集系统开始工作；首先在腕部信息接收系统中设置指令，腕部信息接收 系统的无线收发模块B将指令信息发送至足部加速度采集系统，足部加速度采集系统通过 无线收发模块A接收腕部信息接收系统发送的指令信息；接收到指令后，足部加速度采集 系统按照无线收发模块B发出的采样速率持续对三维加速度传感器输出的模拟信号进行 A/D转换；转换后的数字信号被传输至微控制器A，微控制器A将采集到的数字信号中包含 的加速度数据信息通过无线收发模块A发送至腕部信息接收系统； 腕部信息接收系统通过无线收发模块B接收到足部加速度采集系统采集到的加 速度数据信息后，将加速度数据信息存储到存储器中，并且在液晶显示模块中显示出加速 度信息；根据实际需要，通过控制按键对足部加速度信息采集系统和腕部信息接收系统的 工作进行控制和干预；采集结束后，腕部信息接收系统通过USB接口将加速度数据上传到 PC机进行后续的分析和处理。 足部加速度采集系统固定在左脚运动鞋上，将腕部信息接收系统设计成腕表式 样，戴在左手腕上。足部加速度采集系统与腕部信息接收系统通过无线通信方式进行数据 传输。将采集系统固定在左脚运动鞋上，使得被采集者在运动过程中不会感觉到异常。这 种传输方式和固定方式，可以使足部加速度信息采集过程，不受人体运动及其动作的影响， 不会让被采集者有不适感。 足部加速度采集系统包括三维加速度传感器、微控制器A、无线收发模块A、电池 及电源管理模块A。 电池及电源管理模块A为整个足部加速度采集系统提供电源，并进行相关的电源 管理，以降低系统功耗。在足部加速度采集系统开始工作后，无线收发模块A等待接收腕部 信息接收系统无线发送的指令信号。当接收到指令后，中断微控制器A ;接着微控制器A根据腕部信息接收系统发出的指令信息，修改微控制器A的数据采样速率等具体采集参数。 然后，微控制器A按照设定的采样速率，对三维加速度传感器的输出进行反复AD转换，并缓 存AD装换结果。 三维加速度传感器的三个模拟量输出经过微控制器A的AD转换，并对AD转换结 果进行处理、打包成无线收发模块A的发送格式，然后传送至无线收发模块A缓存，并无线 发送给腕部信息接收系统。 足部加速度采集系统是固定在左脚运动鞋上，且三维加速度传感器可以采集X 轴、Y轴和Z轴三个方向的加速度信息，因此本专利技术装置可以实时采集人体运动时，脚部在 前进方向、左右方向和上下方向的加速度信息。 腕部信息接收系统包括微控制器B、电池及电源管理模块B、无线收发模块B、存储 器、USB接口 、液晶显示模块、控制按键。 电池及电源管理模块B为整个腕部信息接收系统提供电源，并进行相关的电源管 理，以降低系统功耗；腕部信息接收系统开始工作后，无线收发模块B持续接收足部加速度 采集系统采集到的加速度信息，并在微控制器B的控制下将接收到的加速度数据信息存储 到存储器中；在将接收到的加速度数据信息存储到存储器之前，微控制器B将无线收发模 块接收到的足部三维加速度信息数据进行初步处理，使存储前的数据具有统一的格式。 在腕部信息接收系统的工作过程中，液晶显示模块可以实时的显示整个系统的工 作状态，比如当前的加速度采样速率、已经采样的时间、存储器容量已使用百分比和未使用 百分比；控制按键可以用来对腕部信息接收系统的工作进行外部干预，比如，开启电池及电 源管理模块、关闭电池及电源管理模块、关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种足部加速度信息采集系统，其特征在于：包括足部加速度采集系统和腕部信息接收系统；所述足部加速度采集系统包括微控制器Ａ和与微控制器Ａ电连接的电池及电源管理模块Ａ，所述微控制器Ａ上还电连接有无线收发模块Ａ及三维加速度传感器；所述腕部信息接收系统包括有微控制器Ｂ和与微控制器Ｂ电连接的电池及电源管理模块Ｂ，所述微控制器Ｂ上还电连接有无线收发模块Ｂ、存储器及ＵＳＢ接口。

【技术特征摘要】
一种足部加速度信息采集系统，其特征在于包括足部加速度采集系统和腕部信息接收系统；所述足部加速度采集系统包括微控制器A和与微控制器A电连接的电池及电源管理模块A，所述微控制器A上还电连接有无线收发模块A及三维加速度传感器；所述腕部信息接收系统包括有微控制器B和与微控制器B电连接的电池及电源管理模块B，所述微控制器B上还电连接有无线收发模块B、存储器及USB接口。2. 根据权利要求1所述的一种足部加速度信息采集系统，其特征在于所述足部加速 度采集系统安装在鞋上，所述三维加速度传感器紧贴鞋子。3. 根据权利要求l所述的一种足部加速度信息采集系统，其特征在于所述微控制器A 型号为MSP430F1232，其内部内置有A/D转换器。4. 根据权利要求1所述的一种足部加速度信息采集系统，其特征在于所述三维加速 度传感器为型号是MMA7331L的三轴加速度传感器芯片。5. 根据权利要求1所述的一种足部加速度信息采集系统，其特征在于所述腕部信息 接收系统外部为腕表式样，佩带在人体手腕上，其表面安装有液晶显示模块及控制按键，所 述液晶显示模块及控制按键与所述微控制器B电连接。6. 根据权利要求l所述的一种足部加速度信息采集系统，其特征在于所述微控制器B 型号为STM32F103RC，其内部内置有USB设备控制器。7. 根据权利要求1所述的一种足部加速度信息采集系...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨先军，王昌喜，周旭，黎秀龙，马祖长，孙怡宁，杨新刚，刘志，戚功美，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]