可穿戴人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的可穿戴人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量裝置，包括控制芯片模塊，所述控制芯片模塊上安裝有依次連接的姿態(tài)監(jiān)測(cè)電路模塊、遠(yuǎn)程報(bào)警端電路模塊和無線通信電路模塊；所述控制芯片模塊、姿態(tài)監(jiān)測(cè)電路模塊、遠(yuǎn)程報(bào)警端電路模塊和無線通信電路模塊均通過電源模塊供電。所述控制芯片模塊以STM32F103C8T6作為控制芯片，通過串口總線與MPU6050模塊連接，進(jìn)行姿態(tài)數(shù)據(jù)采集。本裝置運(yùn)用了單片機(jī)技術(shù)，無線通信技術(shù)，姿態(tài)識(shí)別技術(shù)等多種信息技術(shù)融合在一起，實(shí)現(xiàn)了對(duì)人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和分析，結(jié)合無線傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和報(bào)警，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)人體姿態(tài)識(shí)別的自動(dòng)化和智能化，為運(yùn)動(dòng)姿態(tài)識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了一種新的設(shè)計(jì)思路和方法。
【專利說明】可穿戴人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種人體姿態(tài)測(cè)量裝置，尤其是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、設(shè)計(jì)巧妙、智能化程度高的可穿戴人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]人體姿態(tài)包括人體的靜止姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量是指以人為研究對(duì)象，通過測(cè)量手段測(cè)得人體或人體局部部位在運(yùn)動(dòng)時(shí)有關(guān)人體姿態(tài)的信息，包括空間位置，空間形態(tài)，運(yùn)動(dòng)速度、夾角、力、加速度、肌電信號(hào)等，并分析測(cè)得信息從而了解或獲取人體的瞬間姿態(tài)及姿態(tài)變化規(guī)律。人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量是人體信息獲取必不可少的測(cè)試技術(shù)，在體育訓(xùn)練、步態(tài)和動(dòng)作識(shí)別、醫(yī)療康復(fù)、運(yùn)動(dòng)和健康管理以及生物認(rèn)證等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。
[0003]人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量方法包括五種:
[0004]其一，機(jī)械跟蹤法，利用機(jī)械相對(duì)位移或檢測(cè)元件特性的物理變化，檢測(cè)人體運(yùn)動(dòng)中各個(gè)運(yùn)動(dòng)部位間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，如應(yīng)變片式分布角度傳感系統(tǒng)，光纖數(shù)據(jù)衣，數(shù)據(jù)手套坐寸ο
[0005]其二，電磁跟蹤法，利用三軸線圈發(fā)射低頻電磁場(chǎng)，用固定在被測(cè)對(duì)象上的三軸磁探測(cè)器探測(cè)磁場(chǎng)的變化信息，通過電磁發(fā)射信號(hào)和感應(yīng)信號(hào)之間的耦合關(guān)系確定被測(cè)對(duì)象的方位。此類系統(tǒng)一般由發(fā)射源、接收傳感器和數(shù)據(jù)處理單元組成。
[0006]其三，聲學(xué)跟蹤法，常用的聲學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉裝置由發(fā)送器、接收器和處理單元組成，發(fā)送器是一個(gè)固定的超聲波發(fā)生器，接收器一般由呈三角形排列的三個(gè)超聲探頭組成。通過測(cè)量聲波從發(fā)送器到接收器的時(shí)間或者相位差，計(jì)算并確定接收器的位置和方向。
[0007]其四，光學(xué)跟蹤法，固定視場(chǎng)中的多視角合成裝置，通過特定空間中分布的CCD鏡頭從不同角度攝取活體運(yùn)動(dòng)圖像，再按照一定的空間關(guān)系重構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程。
[0008]其五，加速度跟蹤法，利用MEMS技術(shù)，將加速度傳感器固定于人體的檢測(cè)部位，采集人體運(yùn)動(dòng)時(shí)相應(yīng)部位的加速度狀態(tài)，再交由處理單元運(yùn)算。人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用處理，通常由傳感器和處理單元組成。
[0009]基于光學(xué)跟蹤法的攝影攝像測(cè)量法是目前應(yīng)用最廣泛的一種人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量方法，攝影攝像法存在著極大的缺點(diǎn)，雖然它可以捕捉實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)，但后期處理的工作量較大，其中包括標(biāo)記點(diǎn)的識(shí)別、跟蹤、空間坐標(biāo)的計(jì)算等等。除此之外，對(duì)于測(cè)量場(chǎng)地的光照、反射情況有一定的要求，裝置定標(biāo)也較為繁瑣。特別是當(dāng)運(yùn)動(dòng)復(fù)雜時(shí)，不同部位的標(biāo)記點(diǎn)有可能發(fā)生混淆、遮擋，產(chǎn)生錯(cuò)誤結(jié)果，這時(shí)需要人工干預(yù)后續(xù)處理過程。
[0010]近年來，MEMS和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展與成熟，微型加速度傳感器已經(jīng)較為廣泛地運(yùn)用于設(shè)計(jì)人體訓(xùn)練強(qiáng)度監(jiān)測(cè)儀和肢體運(yùn)動(dòng)微型檢測(cè)系統(tǒng)等方面。基于MEMS技術(shù)的加速度跟蹤法是一種接觸式測(cè)量方法，但是由于加速度傳感器本身的體積較小，可以將其固定于人體，對(duì)人體活動(dòng)產(chǎn)生的影響極小。并且能夠利用無線通信技術(shù)進(jìn)行通信，該方法對(duì)于其他配套設(shè)備沒有位置的要求(如電磁跟蹤法中的發(fā)射源、聲學(xué)跟蹤法中的超聲波發(fā)射器等)，僅靠單點(diǎn)獨(dú)立運(yùn)行即可完成一個(gè)測(cè)量點(diǎn)的檢測(cè)，在大多數(shù)情況下，加速度傳感器對(duì)環(huán)境也不如攝影攝像測(cè)量法敏感，同時(shí)其具有成本較低的優(yōu)勢(shì)，因此，加速度跟蹤測(cè)量技術(shù)為人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量提供了一條更為簡(jiǎn)捷的路徑，也為其自身創(chuàng)造了廣闊的應(yīng)用前景。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]為解決上述問題，基于上述背景，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、設(shè)計(jì)巧妙、智能化程度高的可穿戴人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量裝置。
[0012]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的可穿戴人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量裝置，包括控制芯片模塊，所述控制芯片模塊上安裝有依次連接的姿態(tài)監(jiān)測(cè)電路模塊、遠(yuǎn)程報(bào)警端電路模塊和無線通信電路模塊；
[0013]所述控制芯片模塊、姿態(tài)監(jiān)測(cè)電路模塊、遠(yuǎn)程報(bào)警端電路模塊和無線通信電路模塊均通過電源模塊供電。
[0014]所述控制芯片模塊以STM32F103C8T6作為控制芯片，通過串口總線與MPU6050模塊連接，進(jìn)行姿態(tài)數(shù)據(jù)采集。
[0015]所述姿態(tài)監(jiān)測(cè)電路模塊由STM32單片機(jī)，時(shí)鐘電路，復(fù)位電路，JLINK下載插槽，無線通信NRF24L01模塊電路，MPU6050插口電路，按鍵設(shè)置電路，LED燈和蜂鳴器報(bào)警等電路組成。
[0016]所述無線通信電路模塊nrf24101與單片機(jī)數(shù)據(jù)傳輸采用SPI接口。中斷引腳IRQ與單片機(jī)外部中斷引腳相連，可以產(chǎn)生發(fā)送完成中斷，達(dá)到最多次重發(fā)中斷，接收完成中斷。
[0017]所述電源模塊采用3節(jié)5號(hào)電池供電。
[0018]本裝置運(yùn)用了單片機(jī)技術(shù)，無線通信技術(shù)，姿態(tài)識(shí)別技術(shù)等多種信息技術(shù)融合在一起，實(shí)現(xiàn)了對(duì)人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和分析，結(jié)合無線傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和報(bào)警，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)人體姿態(tài)識(shí)別的自動(dòng)化和智能化，為運(yùn)動(dòng)姿態(tài)識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了一種新的設(shè)計(jì)思路和方法。
[0019]本專利整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)巧妙，制造成本不高，操作方便，有利于大規(guī)模推廣使用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明的可穿戴人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖[0021 ] 圖2為姿態(tài)監(jiān)測(cè)電路模塊的電路圖
[0022]圖3為無線通信電路模塊的電路圖
[0023]圖4為電源模塊的電路圖
[0024]圖5為遠(yuǎn)程報(bào)警電路模塊的電路圖

【具體實(shí)施方式】
[0025]如圖1-圖5所示，本發(fā)明的可穿戴人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量裝置，包括控制芯片模塊，所述控制芯片模塊上安裝有依次連接的姿態(tài)監(jiān)測(cè)電路模塊、遠(yuǎn)程報(bào)警端電路模塊和無線通信電路模塊；
[0026]所述控制芯片模塊、姿態(tài)監(jiān)測(cè)電路模塊、遠(yuǎn)程報(bào)警端電路模塊和無線通信電路模塊均通過電源模塊供電。
[0027]所述控制芯片模塊以STM32F103C8T6作為控制芯片，通過串口總線與MPU6050模塊連接，進(jìn)行姿態(tài)數(shù)據(jù)采集。
[0028]所述姿態(tài)監(jiān)測(cè)電路模塊由STM32單片機(jī)，時(shí)鐘電路，復(fù)位電路，JLINK下載插槽，無線通信NRF24L01模塊電路，MPU6050插口電路，按鍵設(shè)置電路，LED燈和蜂鳴器報(bào)警等電路組成。
[0029]所述無線通信電路模塊nrf24101與單片機(jī)數(shù)據(jù)傳輸采用SPI接口。中斷引腳IRQ與單片機(jī)外部中斷引腳相連，可以產(chǎn)生發(fā)送完成中斷，達(dá)到最多次重發(fā)中斷，接收完成中斷。
[0030]所述電源模塊采用3節(jié)5號(hào)電池供電。
[0031]上面所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.可穿戴人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量裝置，其特征在于，包括控制芯片模塊，所述控制芯片模塊上安裝有依次連接的姿態(tài)監(jiān)測(cè)電路模塊、遠(yuǎn)程報(bào)警端電路模塊和無線通信電路模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可穿戴人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量裝置，其特征在于，所述控制芯片模塊、姿態(tài)監(jiān)測(cè)電路模塊、遠(yuǎn)程報(bào)警端電路模塊和無線通信電路模塊均通過電源模塊供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可穿戴人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量裝置，其特征在于，所述控制芯片模塊以STM32F103C8T6作為控制芯片，通過串口總線與MPU6050模塊連接，進(jìn)行姿態(tài)數(shù)據(jù)采集。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可穿戴人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量裝置，其特征在于，所述姿態(tài)監(jiān)測(cè)電路模塊由STM32單片機(jī)，時(shí)鐘電路，復(fù)位電路，JLINK下載插槽，無線通信NRF24L01模塊電路，MPU6050插口電路，按鍵設(shè)置電路，LED燈和蜂鳴器報(bào)警等電路組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可穿戴人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量裝置，其特征在于，所述無線通信電路模塊nrf24101與單片機(jī)數(shù)據(jù)傳輸采用SPI接口，中斷引腳IRQ與單片機(jī)外部中斷引腳相連，可以產(chǎn)生發(fā)送完成中斷，達(dá)到最多次重發(fā)中斷，接收完成中斷。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可穿戴人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量裝置，其特征在于，所述電源模塊采用3節(jié)5號(hào)電池供電。
【文檔編號(hào)】A61B5/11GK104434121SQ201410618067
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月6日
【發(fā)明者】王巍, 劉召鵬, 魏丁丁, 李林茂, 趙曉輝 申請(qǐng)人:河北工程大學(xué)