一种人体运动信息检测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种人体运动信息检测装置，属于电子信息与模式识别领域。所述检测装置包括设置在一双鞋子上的无线传感综合模块和连接在PC终端的上位机接收模块，基于单个三轴加速度计和Zigbee模块，本实用新型专利技术将人体运动信息作为触发性的消息，通过无线传输方式发送给上位机，进行人机交互使用，可以用来控制PC、手机等智能终端，用以玩游戏等用途。本实用新型专利技术采用近距离低功耗的无线解决方案Zigbee，使得系统可以使用体积和容量更小的电池，以减小整个系统重量和体积，更加有利于放置在鞋子的底部。稳压供电设计，避免了加速度计在使用电池供电过程中，由于工作电压下降带来的量化后的加速度值的误差。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种基于传感器与电子通讯技术的人体运动信息检测装置及其检测方法，属于电子信息与模式识别领域。
技术介绍
智能运动鞋是一个信息技术与传统制鞋业的交叉产物。目前市面上所出现的智能运动鞋有耐克的nike+和阿迪达斯的micoach。其中nike+系列运动鞋采用了压电感应技术，通过其专利技术实现了跑步的计数和里程的估算，并实时的通过无线传输技术将人体的运动数据传输到苹果的智能终端上，如IPOD、IPHONE等；阿迪达斯的micoach智能运动鞋，采用了 VTI科技有限公司的技术，基于内置的加速度计，结合其修正技术，可以测量加 速度、速度以及跑动的里程。阿迪达斯的micoach除了实时传输外，还可以将数据记录在内置的闪存中，将运动数据离线的传输给PC机等智能终端。国内所申请的专利中，申请号为201020676320. 6的专利申请公开了一种多功能智能鞋，是基于加速度计实现的，其提到的“所述的空间传感器可以包括三轴加速度传感器，采集的原始数据包含空间位置、方向、加速度、加速度时间等，数据价值高”，其中对于采集的“原始数据包含”的内容表述是不科学的。加速度计本身只能输出代表实际加速度值的三个电压值，经过AD采样量化，以及做零偏和刻度因数的试验后，可以根据所选用的加速度计量程，通过计算还原成实际的加速度值。所谓“原始数据”自然也就只有加速度信息一种。而对于利用加速度计所得到的信息还原“空间位置”，工程上基本是不可能实现的，具体原因有三个I、所有的加速度计都是基于其本身的局部坐标系的，也就是说每一次所采集的加速度都是相对值，加速度计所输出的信息是三个局部坐标系轴向上的加速度，而局部坐标系的本身就是一个不断变化的，其原点位置和姿态都是随着人体的脚部的移动随时变化的。单靠加速度计是无法还原出加速度在空间中的真实方位的，当然也就不可能实现“空间位置”的测量；2、其所谓的“可以根据实际应用中不同功能的鞋子，设计安放位置”对于计算“空间位置”是一个巨大的缺陷，原因在于如果加速度计的放置位置是任意的，比如将所谓的“空间传感器”绑在鞋带上，那么加速度计的基准位置就是不定的(运动过程中会剧烈晃动，导致姿态变化。退一步讲，即使绑的很结实，那么每个人体绑的位置和姿态不同，加速度计的三个轴向输出的基准值也是不同的，也就是说静止状态时刻，加速度计三个轴向的输出电压是不确定的，XYZ三个轴向的静止时刻加速度输出也是各不相同的)，一般而言，对于平放在地面的加速度计，设地平面为XOY面，天地轴为Z轴，其经过计算量化后的实际输出应该接近，ax=0, aY=0, aZ=g (其中g是重力加速度)。因此，想要测量“空间位置”，校准是必不可少的，即使将装置平放在鞋底，也是需要对静止状态下加速度计三个轴向的输出进行测量，作为校正的基准，才有可能通过加速度等原始数据测量得到所谓的“空间位置”。3、加速度计至少需要配合陀螺(最好还要附加磁阻传感器进行航向修正)，才可以测量传感器所在载体的“空间位置”，因为陀螺(附加磁阻传感器)可以提供运动的方向数据，将加速度计所计算得到的相对坐标系下的位移量，通过空间坐标的转换，转换到绝对的坐标系下，经过每一个计算周期不断的计算，才可以计算得到空间位置以及姿态信息。因此在实际应用中，仅仅依靠三轴加速度计，是几乎不可能计算出所谓的“空间位置”的。此外，任何电池供电过程中，电压都是在不断下降的，而对于加速度计，工作电压直接影响到其三个轴向的电压输出。由于在实际的工程应用中，，人在较快的运动中，其脚部瞬时加速度绝对值可达5g，因此以± IOg的量程的加速度计为例，3. 3V供电，2. 5V参考电压下，实际输出的零偏I. 65V，当工作电压下降O. 05V，则代表着实际输出的加速度将偏差为10g*0. 05/ (2. 5-1. 65)=0. 588g，也意味着误差将达到重力加速度的一半还多，这将严重影响到对于实际加速度和速度，以及位置等信息的计算。因此对于任何依靠加速度计进行测量的系统，稳定工作电压是必不可少的·，否则所量化得到的加速度值本身就是错误的，也就无从谈起后续的速度和距离等的计算。对于一种可以植入鞋子内部的无线传感器，必须要考虑其功耗问题，否则会导致使用时间过短，或者由于功耗太大需要安装大容量的电池，将会带来体积和重量过大，不利于安装和使用的情况。因此无论是选择MCU还是无线通讯手段，都要按照低功耗的原则选取。针对无线通讯这一关键技术而言，某些专利文献中所谓采用WIFI以及电信领域的通讯技术，是完全不具备可行性的，原因在于目前WIFI以及电信领域通讯技术的功耗过大。目前而言，低功耗蓝牙技术，以及Zigbee技术是比较切实可行的通讯解决方案。
技术实现思路
本技术针对前述
技术介绍
中存在的几点不足，设计了一种基于单个三轴加速度计和Zigbee无线通讯模块的人体运动信息检测装置，基于步态识别技术和统计数据建模，只依靠三轴加速度计就可以实现部分人体运动信息的检测，填补了利用单个三轴加速度计测量人体运动方向，将其用于人机交互应用的空白。依靠低功耗的单片机配合Zigbee通讯技术，实现了较低的整机功耗，可以采用较低容量的电池，有利于缩小整个系统的体积和重量，使得系统可以很方便的植入鞋子内部。本技术所述的一种基于三轴加速度计和Zigbee无线模块的人体运动信息检测装置，主要包括设置在一双鞋子上的无线传感综合模块和连接在PC终端的上位机接收模块，所述的无线传感综合模块包括基于三轴加速度计的三自由度传感器单元、中央处理单元、无线传输模块A、基于闪存的存储单元、独立供电的可充放电电源单元和电源控制芯片；所述的电源单元为三自由度传感器单元、中央处理单元、无线传输模块和存储单元供电，所述的三自由度传感器单元采集的加速度信息经过信号调理单元调理为可用信号后进入中央处理单元，中央处理单元对数据进行处理后得到人体运动信息，人体运动信息存储在存储单元中，并由无线传输模块A传送到上位机接收模块，实现对PC、手机、电视和其他智能终端的交互控制。所述的人体运动信息主要包括加速度a、速度V、运动的起止时间Tstart、Tend、每一次运动的距离d、检测到运动初始时刻、人体出脚的方向Θ (相对于局部坐标系的方向)和运动的步数step。上位机接收模块包括单片机、无线传输模块B、USB/UART接口转换芯片、电源芯片以及USB接口，无线传输模块B用于接收无线传感综合模块发送过来的人体运动信息数据，并通过USB/UART接口转换芯片后，通过USB接口连接PC机终端；电源芯片用于为无线传输模块B、USB/UART接口转换芯片、电源芯片以及USB接口供电；单片机用于将人体运动信息传输给上位机的数据缓冲区，以备调用。本技术中将采集人体运动信息的无线传感综合模块放置在鞋底，并处于鞋子的足弓处，原因有两点，其一在于足弓处受力小，利于无线传感综合模块的保护；其二在于鞋子底部较为平坦，加速度计在静止状态下水平面两个轴向的输出加速度接近0，有利于后期计算。本技术中将设置有凹槽的鞋作为存放无线传感综合模块的载 体。在设计上，左右脚每只鞋子足弓处有凹槽，便于无线传感综合模块的安装和固定，之所以设计在鞋子底部，其原因在于对于人体而言，在静止状态下，鞋底与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种人体运动信息检测装置，其特征在于：包括设置在一双鞋子上的无线传感综合模块和上位机接收模块，所述的无线传感综合模块包括基于三轴加速度计的三自由度传感器单元、信号调理单元、中央处理单元、无线传输模块A、基于闪存的数据存储单元、独立供电的可充放电电源单元和连接在电源单元输出端的电源控制芯片；所述的电源单元为三自由度传感器单元、中央处理单元、无线传输模块和存储单元供电，所述的三自由度传感器单元采集的加速度信息经过信号调理单元调理为可用信号后发送到中央处理单元，中央处理单元处理后得到人体运动信息，人体运动信息存储在数据存储单元中，并由无线传输模块A传送到上位机接收模块。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宋子健，刘高峰，金辉，吕建勋，
申请(专利权)人：宋子健，刘高峰，
类型：实用新型
国别省市：