專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于人體運(yùn)動(dòng)模態(tài)識(shí)別的電容傳感系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電容傳感系統(tǒng)，特別是關(guān)于一種在智能肢體控制領(lǐng)域中用于人體運(yùn)動(dòng)模態(tài)識(shí)別的電容傳感系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
智能肢體是20世紀(jì)末到21世紀(jì)初發(fā)展起來(lái)的新興技術(shù)，主要包括外骨骼和智能假肢兩大類(lèi)。其主要功能特點(diǎn)是能夠根據(jù)外界條件的變化(即人動(dòng)作的變化)自動(dòng)調(diào)整肢體系統(tǒng)的參數(shù)，使其運(yùn)動(dòng)自如，為人提供助力或肢體替代。其在軍事、康復(fù)醫(yī)療以及助殘等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。智能肢體除了肢體結(jié)構(gòu)本身以外還包括感知部分、控制決策部分和驅(qū)動(dòng)部分。 智能肢體的控制策略依賴(lài)于不同的運(yùn)動(dòng)模態(tài)，如上下樓梯、平地走等。最理想的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是假肢隨著人運(yùn)動(dòng)模態(tài)而改變，具有自適應(yīng)功能。因此需要智能肢體的傳感系統(tǒng)能夠感知人下肢運(yùn)動(dòng)模式的狀態(tài)和變化。目前市場(chǎng)上絕大部分的智能假肢和外骨骼產(chǎn)品都不能自動(dòng)識(shí)別運(yùn)動(dòng)模態(tài)，模態(tài)的切換需要手動(dòng)開(kāi)關(guān)完成，實(shí)際應(yīng)用中有很多不便。因此需要能夠感知運(yùn)動(dòng)模態(tài)的傳感系統(tǒng)。目前在該領(lǐng)域上應(yīng)用到的傳感系統(tǒng)主要有以下幾類(lèi)(1)以慣導(dǎo)模塊(MU)為主的慣性傳感器，采集下肢運(yùn)動(dòng)的傾角、關(guān)節(jié)角度以及加速度等信息。(2)足底壓力傳感器，采集足底壓力信息。(3)以肌電信號(hào)傳感器(EMG)為主的生物信號(hào)傳感系統(tǒng)，采集人的生物信號(hào)。然而，這幾類(lèi)傳感系統(tǒng)存在著很多問(wèn)題，慣導(dǎo)模塊和足底壓力傳感器采集的信息會(huì)有滯后，經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理、運(yùn)算再到控制決策，經(jīng)過(guò)的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，實(shí)時(shí)性受到很大影響。為了得到更多的步態(tài)信息，傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)必須足夠多，這樣，帶來(lái)了更多的噪音。肌電信號(hào)傳感器米集肌肉收縮時(shí)皮膚表面的生物電信號(hào)，由于信號(hào)微弱(為uV級(jí)別的電壓)，電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成本很高。因此，該領(lǐng)域仍然需要性能更優(yōu)良成本更低廉的傳感系統(tǒng)。電容識(shí)別技術(shù)是基于電容耦合原理，廣泛應(yīng)用于檢測(cè)接近、濕度、液面等。一些研究人員利用電容識(shí)別技術(shù)對(duì)人體動(dòng)作進(jìn)行識(shí)別，比如利用人體電容觸發(fā)的觸摸屏和用于檢測(cè)病人是否在床上的床用人體介質(zhì)電容傳感器。但是，目前還沒(méi)有具體應(yīng)用到人體下肢運(yùn)動(dòng)模態(tài)識(shí)別的研究和設(shè)備。利用人體電容觸發(fā)的觸摸屏和用于檢測(cè)病人是否在床上的床用人體介質(zhì)電容傳感器，是將人體和設(shè)備中的金屬電極耦合為電容，利用電容的變化測(cè)量開(kāi)關(guān)量(是否接觸觸摸屏和病人是否在床上)，與人體屬于分立的系統(tǒng)，技術(shù)手段不能夠直接應(yīng)用于人體運(yùn)動(dòng)模態(tài)識(shí)別。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種延時(shí)小、成本低廉，穿戴式的用于人體運(yùn)動(dòng)模態(tài)識(shí)別的電容傳感系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種用于人體運(yùn)動(dòng)模態(tài)識(shí)別的電容傳感系統(tǒng)，其特征在于它包括兩個(gè)分別設(shè)置在人體大腿和小腿處的電容環(huán)、驅(qū)動(dòng)單元、信號(hào)處理單元和上位機(jī)，每個(gè)所述電容環(huán)均由一個(gè)發(fā)射電極、若干個(gè)接收電極和一個(gè)熱塑環(huán)構(gòu)成，所述發(fā)射電極和各接收電極間隔設(shè)置在所述熱塑環(huán)內(nèi)側(cè)，所述驅(qū)動(dòng)單元和信號(hào)處理單元構(gòu)成主電路；兩個(gè)所述電容環(huán)的發(fā)射電極連接所述驅(qū)動(dòng)單元，由所述驅(qū)動(dòng)單元輸出的交流正弦波信號(hào)作為所述發(fā)射電極的激勵(lì)源；兩個(gè)所述電容環(huán)的各接收電極均連接一分壓電阻，構(gòu)成串聯(lián)回路，所述分壓電阻上的分壓信號(hào)輸入所述信號(hào)處理單元內(nèi)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，輸入所述上位機(jī)完成對(duì)人體不同運(yùn)動(dòng)模態(tài)的識(shí)別。所述發(fā)射電極和各接收電極均采用銅片，所述熱塑環(huán)由熱塑材料構(gòu)成。在所述熱塑環(huán)上，相鄰兩個(gè)所述電極之間固定一絕緣橡膠。所述主電路包括所述驅(qū)動(dòng)單元和信號(hào)處理單元，還包括電源模塊，所述驅(qū)動(dòng)單元和信號(hào)處理單元均由所述電源模塊供電；所述驅(qū)動(dòng)單元包括波形發(fā)生電路和驅(qū)動(dòng)電路，所述波形發(fā)生電路產(chǎn)生固定頻率的正弦波信號(hào)，輸入所述驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)，由所述驅(qū)動(dòng)電路為正弦波信號(hào)提供電流驅(qū)動(dòng)，并放大至合適的電壓幅值范圍后，輸出至兩個(gè)所述電容環(huán)的發(fā)射 電極；所述信號(hào)處理單元包括RMS轉(zhuǎn)換電路、主控制器和串口電平轉(zhuǎn)換電路，所述RMS轉(zhuǎn)換電路將接收到的所述分壓電阻上的交流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成交流電壓有效值，輸入所述主控制器內(nèi)，由所述主控制器內(nèi)的AD轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并由所述主控制器進(jìn)行數(shù)字濾波后，將數(shù)字量信號(hào)經(jīng)所述串口轉(zhuǎn)換電路將I/O電平轉(zhuǎn)換至RS232電平后輸入所述上位機(jī)。所述波形發(fā)生電路采用MAX038波形發(fā)生芯片。所述驅(qū)動(dòng)電路包括四排阻和兩個(gè)相同的放大器，所述波形發(fā)生電路輸出的正弦波經(jīng)所述四排阻后，再經(jīng)兩個(gè)所述放大器分別向設(shè)置在大腿處的所述電容環(huán)發(fā)射電極和設(shè)置在小腿處的所述電容環(huán)發(fā)射電極提供正弦波信號(hào)；兩個(gè)所述放大器均采用TL3474運(yùn)放芯片。所述RMS轉(zhuǎn)換電路采用AD637芯片。所述主控制器采用STM32F103系列單片機(jī)，其內(nèi)核是ARM cortex-M3，主頻最高72MHz，最多有10路I/O 口復(fù)用AD轉(zhuǎn)換通道，轉(zhuǎn)換精度為12bit，最高采樣率1MHz。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明由于采用兩個(gè)分別設(shè)置在人體大腿處和小腿處的電容環(huán)，通過(guò)電容環(huán)測(cè)量大腿和小腿部位由于運(yùn)動(dòng)時(shí)的肌肉形變產(chǎn)生的電容值的變化，來(lái)間接識(shí)別出人體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。該系統(tǒng)比慣導(dǎo)系統(tǒng)和足底壓力傳感器延時(shí)小，比商用的EMG采集設(shè)備成本低廉，而且可以穿戴。2、本發(fā)明由于采用電容環(huán)由發(fā)射電極、若干接收電極和熱塑環(huán)組成，發(fā)射電極和接收電極間隔設(shè)置在熱塑環(huán)上，使得電容環(huán)可以根據(jù)不同人的腿部形狀進(jìn)行塑形，解決了個(gè)體差異，保證了穿戴的穩(wěn)定性。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于智能肢體控制領(lǐng)域中。


圖I是本發(fā)明的整體原理示意圖；圖2是本發(fā)明的電容環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的主電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的波形發(fā)生電路原理示意圖；圖5是本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路原理不意圖；圖6是本發(fā)明的RMS轉(zhuǎn)換電路原理示意圖7是本發(fā)明的主控制器功能示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明利用電容識(shí)別的原理，在人體兩側(cè)加金屬電極，以人體為電介質(zhì)，用電容的變化來(lái)反應(yīng)下肢肌肉形變，從而識(shí)別不同的運(yùn)動(dòng)模態(tài)。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖I、圖2所示，本發(fā)明包括兩個(gè)分別設(shè)置在人體大腿和小腿處的電容環(huán)I、驅(qū)動(dòng)單元2、信號(hào)處理單元3和上位機(jī)4，每個(gè)電容環(huán)I均由一個(gè)發(fā)射電極T、若干個(gè)接收電極R和一個(gè)熱塑環(huán)5構(gòu)成，發(fā)射電極T和各接收電極R間隔設(shè)置在熱塑環(huán)5內(nèi)側(cè)，可同時(shí)采集腿部多個(gè)部位的電容信息；且驅(qū)動(dòng)單元2和信號(hào)處理單元3構(gòu)成本發(fā)明的主電路。 兩個(gè)電容環(huán)I的發(fā)射電極T連接驅(qū)動(dòng)單元2，由驅(qū)動(dòng)單元2輸出的交流正弦波信號(hào)作為發(fā)射電極T的激勵(lì)源；兩個(gè)電容環(huán)I的各接收電極R均連接一分壓電阻R。，構(gòu)成串聯(lián)回路，分壓電阻R。上的分壓信號(hào)輸入信號(hào)處理單元3內(nèi)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，輸入上位機(jī)4，完成對(duì)人體不同運(yùn)動(dòng)模態(tài)的識(shí)別。其工作原理為電容環(huán)I的發(fā)射電極T、接收電極R和位于發(fā)射電極T與接收電極R中間處由人體構(gòu)成的電介質(zhì)形成人體電容Cbtjdy，由電容公式C= e (S/d)可知，當(dāng)電極面積S和電極之間的距離d固定時(shí)，電容值C由電介質(zhì)常數(shù)e決定其大小。因此，本發(fā)明可以通過(guò)測(cè)量大腿和小腿部位由于運(yùn)動(dòng)時(shí)的肌肉形變產(chǎn)生的人體電容Cbtjdy值的變化，來(lái)間接識(shí)別出人體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。而根據(jù)電容的阻抗Z=UcoC)-1可知，當(dāng)頻率《固定，通過(guò)測(cè)量電容的阻抗Z可以得到電容值C的大小。由于人體電容Cbtjdy和分壓電阻R。構(gòu)成串聯(lián)回路，因此人體電容Cbtjdy的變化會(huì)造成分壓電阻R。上的分壓發(fā)生變化。兩個(gè)電容環(huán)I在驅(qū)動(dòng)單元2的驅(qū)動(dòng)下，分別檢測(cè)大腿和小腿部位由于運(yùn)動(dòng)時(shí)的肌肉形變產(chǎn)生的電容值變化信號(hào)，分壓電阻R。上的分壓信號(hào)隨著兩個(gè)電容環(huán)I輸出電容值的變化而變化，通過(guò)分壓電阻R。上的分壓信號(hào)可以表征出大腿和小腿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。而分壓電阻R。上的分壓信號(hào)由信號(hào)處理單元3轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，輸入上位機(jī)4進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模態(tài)識(shí)別。上述實(shí)施例中，發(fā)射電極T和各接收電極R均采用銅片，銅片大小為2. 5 X 5cm,但不局限于此值，銅片尺寸可以根據(jù)熱塑環(huán)5的形狀和尺寸確定。熱塑環(huán)5由熱塑材料構(gòu)成，這種熱塑材料在70攝氏度以上可任意塑形，在常溫時(shí)回復(fù)其原有的硬度。因此，電容環(huán)I可以根據(jù)不同人的腿部形狀進(jìn)行塑形，解決了個(gè)體差異，保證了穿戴的穩(wěn)定性。為了避免穿戴過(guò)程中汗液的影響，還可以在熱塑環(huán)5上相鄰兩個(gè)電極之間固定一絕緣橡膠。如圖3所示，本發(fā)明的主電路最多可以采集10個(gè)通道的電容信號(hào)，其中，5個(gè)通道作為大腿處電容環(huán)I的電容信號(hào)，5個(gè)通道作為小腿處電容環(huán)I的電容信號(hào)。主電路除了驅(qū)動(dòng)單元2和信號(hào)處理單元3外，還包括電源模塊6，驅(qū)動(dòng)單元2和信號(hào)處理單元3均由電源模塊6供電。驅(qū)動(dòng)單元2包括波形發(fā)生電路7和驅(qū)動(dòng)電路8，波形發(fā)生電路7產(chǎn)生固定頻率的正弦波信號(hào)，輸入驅(qū)動(dòng)電路8內(nèi)，由驅(qū)動(dòng)電路8為正弦波信號(hào)提供足夠的電流驅(qū)動(dòng)，并放大至合適的電壓幅值范圍后，輸出至兩個(gè)電容環(huán)I的發(fā)射電極T。信號(hào)處理單元3包括RMS (有效值)轉(zhuǎn)換電路9、主控制器10和串口電平轉(zhuǎn)換電路11，RMS轉(zhuǎn)換電路9將接收到的分壓電阻Re上的交流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成交流電壓有效值RMS，輸入主控制器10內(nèi)，由主控制器10內(nèi)的AD轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并由主控制器10進(jìn)行數(shù)字濾波后，將數(shù)字量信號(hào)經(jīng)串口轉(zhuǎn)換電路11將I/O電平轉(zhuǎn)換至RS232電平后輸入上位機(jī)4。上述實(shí)施例中，如圖4所示，波形發(fā)生電路7采用MAX038波形發(fā)生芯片，其產(chǎn)生IOOkHz的正弦波。MAX038是一款精準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生芯片，加上合適的外圍電路能夠產(chǎn)生0. IHz到20MHz的多種信號(hào)。在MAX038輸入端連接可變電阻R2，可以改變輸出波形的頻率。MAX038供電電源為5V和-5V，輸出信號(hào)Vtjut的幅值是2VPP。上述實(shí)施例中，由于波形發(fā)生電路7的輸出信號(hào)Vtjut幅值范圍是-IV IV，電流驅(qū)動(dòng)能力小，直接加載到電容環(huán)I的發(fā)射電極T上會(huì)造成波形失真，影響信號(hào)質(zhì)量，因此需要足夠的電流驅(qū)動(dòng)。如圖5所示，驅(qū)動(dòng)電路8包括四排阻RPl和兩個(gè)相同 的放大器81，波形發(fā)生電路7輸出的正弦波經(jīng)四排阻RPl后，再經(jīng)兩個(gè)放大器81分別向設(shè)置在大腿處的電容環(huán)I發(fā)射電極T和設(shè)置在小腿處的電容環(huán)I發(fā)射電極T提供正弦波信號(hào)。兩個(gè)放大器81均采用TL3474運(yùn)放芯片，TL3474是一款四運(yùn)放芯片，每個(gè)運(yùn)放最大輸出電流是27mA，帶寬為4MHz，完全滿(mǎn)足信號(hào)頻率范圍。TL3474壓擺率為13V/us，保證了前一級(jí)波形發(fā)生電路7輸出的正弦波信號(hào)不失真。驅(qū)動(dòng)電路8放大倍數(shù)是4倍，因此最終向大腿處電容環(huán)I發(fā)射電極T的輸出信號(hào)Cltjse和向小腿處電容環(huán)I發(fā)射電極T的輸出信號(hào)〔2。％的幅值范圍是_4V 4V。上述實(shí)施例中，如圖6所示，RMS轉(zhuǎn)換電路9采用AD637芯片，AD637是一款模擬運(yùn)算芯片，計(jì)算輸入交流信號(hào)的有效值并輸出相應(yīng)的直流電壓。其中，AD637的輸入端連接電容環(huán)I的接收電極R，CH為輸入的正弦波信號(hào)，AD為經(jīng)AD637轉(zhuǎn)換后的輸出信號(hào)，直接輸入后級(jí)的主控制器10，Cl為濾波電容。由于人體電容Cbtjdy和分壓電阻R。構(gòu)成串聯(lián)回路，通過(guò)分壓電阻Rc上的分壓來(lái)反映人體電容的變化。本發(fā)明的主電路提取各接收電極R上的交流信號(hào)來(lái)測(cè)量分壓信號(hào)。當(dāng)接收電極R上的原始信號(hào)為IOOkHz的正弦波信號(hào)時(shí)，其幅值隨人體電容Ctody的變化相應(yīng)變化。根據(jù)有效值公式Ur=0. 707Usin2 ft，頻率f為IOOkHz保持固定，有效值Ur和電壓幅值U是線(xiàn)性關(guān)系。因此信號(hào)中的有用信息就是幅值信息，RMS轉(zhuǎn)換電路9就是將信號(hào)轉(zhuǎn)換為有效值電壓。上述實(shí)施例中，如圖7所示，主控制器10采用STM32F103系列單片機(jī)，其內(nèi)核是ARM cortex-M3，主頻最高72MHz，最多有10路I/O 口復(fù)用AD轉(zhuǎn)換通道，轉(zhuǎn)換精度為12bit，最高采樣率1MHz，完全滿(mǎn)足本發(fā)明中信號(hào)提取和數(shù)據(jù)處理的需要。由于主電路最多可采集10個(gè)通道的電容信號(hào)，當(dāng)主控制器10采用STM32F103系列單片機(jī)時(shí)，用于AD采樣的I/O 口是PAO PA7、PB0和PBl。STM32的AD轉(zhuǎn)換模塊可以分為規(guī)則通道組和注入轉(zhuǎn)換組，本實(shí)施例中，采用AD轉(zhuǎn)換模塊的規(guī)則通道組，連續(xù)轉(zhuǎn)換模式。為了節(jié)省CPU資源，AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果通過(guò)DMA方式傳輸至單片機(jī)片SRAM。系統(tǒng)可以按照控制時(shí)序調(diào)用轉(zhuǎn)換結(jié)果。由于人正常行走時(shí)一個(gè)步態(tài)周期大概在I 2s，信號(hào)頻率范圍很低，大概在IOOHz以?xún)?nèi)。為得到更多的信息，用于信號(hào)特征值計(jì)算和識(shí)別，AD采樣率為1kHz。為了濾去信號(hào)中的噪音，在STM32F103系列單片機(jī)中采用了一階滯后濾波。由于電容信號(hào)本身頻率很低，噪聲信號(hào)相對(duì)有用信號(hào)頻率較高，因此適合采用一階滯后濾波，濾波器公式為
NewValue= (l~a) X AD_Converted+aX OldValue, a G (0,1),其中，AD_Converted為本次AD采樣值,OldValue為上次濾波結(jié)果,NewValue為本次結(jié)果，滯后程度取決于滯后系數(shù)a。最終濾波得到的數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)4，主控制器10控制著數(shù)據(jù)發(fā)送的時(shí)序，本實(shí)施例中，采用單片機(jī)內(nèi)部的SysTick中斷來(lái)控制時(shí)序，SysTick中斷每Ims觸發(fā)一次,中斷函數(shù)中執(zhí)行濾波程序，同時(shí)通過(guò)標(biāo)志位來(lái)控制主函數(shù)何時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)。每Ims發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包，包含著10個(gè)通道的電容信號(hào)數(shù)據(jù)。其數(shù)據(jù)格式為
權(quán)利要求
1.一種用于人體運(yùn)動(dòng)模態(tài)識(shí)別的電容傳感系統(tǒng)，其特征在于它包括兩個(gè)分別設(shè)置在人體大腿和小腿處的電容環(huán)、驅(qū)動(dòng)単元、信號(hào)處理單元和上位機(jī)，每個(gè)所述電容環(huán)均由ー個(gè)發(fā)射電極、若干個(gè)接收電極和ー個(gè)熱塑環(huán)構(gòu)成，所述發(fā)射電極和各接收電極間隔設(shè)置在所述熱塑環(huán)內(nèi)側(cè)，所述驅(qū)動(dòng)単元和信號(hào)處理單元構(gòu)成主電路；兩個(gè)所述電容環(huán)的發(fā)射電極連接所述驅(qū)動(dòng)単元，由所述驅(qū)動(dòng)單元輸出的交流正弦波信號(hào)作為所述發(fā)射電極的激勵(lì)源；兩個(gè)所述電容環(huán)的各接收電極均連接一分壓電阻，構(gòu)成串聯(lián)回路，所述分壓電阻上的分壓信號(hào)輸入所述信號(hào)處理單元內(nèi)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，輸入所述上位機(jī)完成對(duì)人體不同運(yùn)動(dòng)模態(tài)的識(shí)別。
2.如權(quán)利要求I所述的ー種用于人體運(yùn)動(dòng)模態(tài)識(shí)別的電容傳感系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)射電極和各接收電極均采用銅片，所述熱塑環(huán)由熱塑材料構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求2所述的ー種用于人體運(yùn)動(dòng)模態(tài)識(shí)別的電容傳感系統(tǒng)，其特征在于在所述熱塑環(huán)上，相鄰兩個(gè)所述電極之間固定ー絕緣橡膠。
4.如權(quán)利要求I或2或3所述的ー種用于人體運(yùn)動(dòng)模態(tài)識(shí)別的電容傳感系統(tǒng)，其特征在于所述主電路包括所述驅(qū)動(dòng)単元和信號(hào)處理單元，還包括電源模塊，所述驅(qū)動(dòng)単元和信號(hào)處理單元均由所述電源模塊供電； 所述驅(qū)動(dòng)単元包括波形發(fā)生電路和驅(qū)動(dòng)電路，所述波形發(fā)生電路產(chǎn)生固定頻率的正弦波信號(hào)，輸入所述驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)，由所述驅(qū)動(dòng)電路為正弦波信號(hào)提供電流驅(qū)動(dòng)，并放大至合適的電壓幅值范圍后，輸出至兩個(gè)所述電容環(huán)的發(fā)射電極； 所述信號(hào)處理單元包括RMS轉(zhuǎn)換電路、主控制器和串ロ電平轉(zhuǎn)換電路，所述RMS轉(zhuǎn)換電路將接收到的所述分壓電阻上的交流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成交流電壓有效值，輸入所述主控制器內(nèi)，由所述主控制器內(nèi)的AD轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并由所述主控制器進(jìn)行數(shù)字濾波后，將數(shù)字量信號(hào)經(jīng)所述串ロ轉(zhuǎn)換電路將I/O電平轉(zhuǎn)換至RS232電平后輸入所述上位機(jī)。
5.如權(quán)利要求4所述的ー種用于人體運(yùn)動(dòng)模態(tài)識(shí)別的電容傳感系統(tǒng)，其特征在于所述波形發(fā)生電路采用MAX038波形發(fā)生芯片。
6.如權(quán)利要求4所述的ー種用于人體運(yùn)動(dòng)模態(tài)識(shí)別的電容傳感系統(tǒng)，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)電路包括四排阻和兩個(gè)相同的放大器，所述波形發(fā)生電路輸出的正弦波經(jīng)所述四排阻后，再經(jīng)兩個(gè)所述放大器分別向設(shè)置在大腿處的所述電容環(huán)發(fā)射電極和設(shè)置在小腿處的所述電容環(huán)發(fā)射電極提供正弦波信號(hào)；兩個(gè)所述放大器均采用TL3474運(yùn)放芯片。
7.如權(quán)利要求5所述的ー種用于人體運(yùn)動(dòng)模態(tài)識(shí)別的電容傳感系統(tǒng)，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)電路包括四排阻和兩個(gè)相同的放大器，所述波形發(fā)生電路輸出的正弦波經(jīng)所述四排阻后，再經(jīng)兩個(gè)所述放大器分別向設(shè)置在大腿處的所述電容環(huán)發(fā)射電極和設(shè)置在小腿處的所述電容環(huán)發(fā)射電極提供正弦波信號(hào)；兩個(gè)所述放大器均采用TL3474運(yùn)放芯片。
8.如權(quán)利要求4所述的ー種用于人體運(yùn)動(dòng)模態(tài)識(shí)別的電容傳感系統(tǒng)，其特征在于所述RMS轉(zhuǎn)換電路采用AD637芯片。
9.如權(quán)利要求5或6或7所述的ー種用于人體運(yùn)動(dòng)模態(tài)識(shí)別的電容傳感系統(tǒng)，其特征在于所述RMS轉(zhuǎn)換電路采用AD637芯片。
10.如權(quán)利要求4 9任意一項(xiàng)所述的一種用于人體運(yùn)動(dòng)模態(tài)識(shí)別的電容傳感系統(tǒng)，其特征在于所述主控制器采用STM32F103系列單片機(jī)，其內(nèi)核是ARMcortex-M3，主頻最高72MHz，最多有10路I/O ロ復(fù)用AD轉(zhuǎn)換通道，轉(zhuǎn)換精度為12bit，最高采樣率1MHz。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于人體運(yùn)動(dòng)模態(tài)識(shí)別的電容傳感系統(tǒng)，其特征在于它包括兩個(gè)分別設(shè)置在人體大腿和小腿處的電容環(huán)、驅(qū)動(dòng)單元、信號(hào)處理單元和上位機(jī)，每個(gè)電容環(huán)均由一個(gè)發(fā)射電極、若干個(gè)接收電極和一個(gè)熱塑環(huán)構(gòu)成，發(fā)射電極和各接收電極間隔設(shè)置在熱塑環(huán)內(nèi)側(cè)，驅(qū)動(dòng)單元和信號(hào)處理單元構(gòu)成主電路；兩個(gè)電容環(huán)的發(fā)射電極連接驅(qū)動(dòng)單元，由驅(qū)動(dòng)單元輸出的交流正弦波信號(hào)作為發(fā)射電極的激勵(lì)源；兩個(gè)電容環(huán)的各接收電極均連接一分壓電阻，構(gòu)成串聯(lián)回路，分壓電阻上的分壓信號(hào)輸入信號(hào)處理單元內(nèi)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，輸入上位機(jī)完成對(duì)人體不同運(yùn)動(dòng)模態(tài)的識(shí)別。本發(fā)明延時(shí)小、成本低廉，而且可以穿戴。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于智能肢體控制領(lǐng)域中。
文檔編號(hào)A61B5/11GK102670208SQ201210151050
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月15日
發(fā)明者王啟寧, 王龍, 鄭恩昊, 魏坤琳 申請(qǐng)人:北京大學(xué)