專利名稱：基于zigbee與加速度計的人體步態(tài)數(shù)據(jù)提取裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
基于zigbee與加速度計的人體步態(tài)數(shù)據(jù)提取裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及人體步態(tài)特征提取裝置及方法，特別涉及一種基于zigbee與加 速度計的人體步態(tài)數(shù)據(jù)提取裝置。
背景技術(shù)：
[0002]步態(tài)就是人走路的姿勢，作為一種生物特征，它具對人身體非侵犯性、難以偽 裝、受環(huán)境影響小等獨特的優(yōu)點，同時可以實現(xiàn)遠距離獲取步態(tài)特征，因而近年來倍受 關(guān)注。步態(tài)特征的獨特性為人的身份識別提供了新的有效線索，同時對人體步態(tài)數(shù)據(jù)的 研究也對醫(yī)療上的異步病態(tài)、偏癱等疾病的預(yù)防、診斷和康復(fù)也可以起到很顯著的輔助 作用。而且，步態(tài)特征研究也可以應(yīng)用在現(xiàn)代化的體育訓(xùn)練中，通過對運動員步態(tài)特征 的分析來監(jiān)測運動員的體能消耗情況、動作準確程度等，從而制定出科學(xué)的訓(xùn)練方案。 此外，步態(tài)還在機器人的行走、人的行為理解等科學(xué)研究上也占有舉足輕重的地位，國 內(nèi)外的許多知名大學(xué)和研究機構(gòu)如美國麻省理工學(xué)院、中國科學(xué)院自動化研究所等都廣 泛展開了步態(tài)識別研究工作，當前，常用獲取人體步態(tài)特征數(shù)據(jù)的方法是采用攝像設(shè)備 獲取人體行走的圖像，采用圖像處理的方法提取人體行走的步態(tài)特征，然而，動態(tài)環(huán)境 中拍攝的圖像結(jié)果會受光照變化、運動目標的影子等多方面因素的影響，而人體行走相 對于攝像機的角度也不同，這會給基于圖像的步態(tài)數(shù)據(jù)采集和特征提取帶來了較大困 難。發(fā)明內(nèi)容[0003]為了克服上述不足，本實用新型的目的提供一種基于zigbee與加速度計的人體 步態(tài)數(shù)據(jù)提取裝置，該裝置基于加速度計技術(shù)和無線傳輸采集技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對人體步 態(tài)特征的采集和跟蹤功能。并且具有使用方便、特征數(shù)據(jù)采集實時性好等優(yōu)點。[0004]如上構(gòu)思，本實用新型的技術(shù)方案是一種基于zigbee與加速度計的人體步 態(tài)特征提取裝置，其特征在于由至少九個無線傳感數(shù)據(jù)采集模塊、無線數(shù)據(jù)接入網(wǎng)關(guān) 和數(shù)據(jù)記錄與處理終端組成；九個無線傳感數(shù)據(jù)采集模塊分別安裝在人體四肢和腰部位 置，九個無線傳感數(shù)據(jù)采集模塊將采集的加速度數(shù)據(jù)無線發(fā)射，通過空間數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議 與無線數(shù)據(jù)接入網(wǎng)關(guān)相連接，無線數(shù)據(jù)接入網(wǎng)關(guān)通過信號發(fā)射、接收模塊與數(shù)據(jù)記錄與 處理終端相連接。[0005]上述無線傳感數(shù)據(jù)采集模塊由三軸加速度計、三路跟隨放大器與濾波電路、 msp430單片機以及zigbee無線發(fā)射模塊CCM20組成；其中三軸加速度計輸出三軸加速 度變化信號分別與三路跟隨放大器相連接，三路跟隨放大器輸出端分別接三路RC濾波電 路、三路RC濾波電路的輸出端分別與msp430單片機的P6.A0、Al、A2管腳相連接，晶 振電路的兩個輸出端分別接msp430單片機的XIN，XOUT端口 ；無線收發(fā)模塊CCM20 通過SPI接口與msp430單片機相連接，光電指示電路連接單片機的Pl.OIO端口。[0006]上述無線數(shù)據(jù)接入網(wǎng)關(guān)由CC2420和msp430單片機實現(xiàn)，msp430單片機的UART接口通過RS232串行通信接口與數(shù)據(jù)記錄與處理終端連接。[0007]上述三軸加速度計采用Analog Device公司的ADXL325。[0008]本實用新型的工作原理是將九個具有三軸加速度計的無線傳感數(shù)據(jù)采集模 塊放置在人體的四肢和腰部，當人體運動時，加速度計的輸出隨人體的運動發(fā)生變化， msp430單片機通過管腳P6.A0、Al、A2接收放大的加速度計的三軸數(shù)據(jù)，并進行模數(shù) 變化，對三軸數(shù)據(jù)進行暫存和初步處理，將數(shù)據(jù)打包后按照CCM20的格式要求傳輸?shù)?CC2420,并通過CCM20發(fā)送出去。每個無線傳感數(shù)據(jù)采集模塊具有自身地址記錄相應(yīng) 人體部位的運動變化，無線數(shù)據(jù)接入網(wǎng)關(guān)接收九個無線傳感數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)， 并在msp430單片機中對各路數(shù)據(jù)進行暫存和打包處理，并通過R^232串行接口輸送到數(shù) 據(jù)記錄與處理終端，數(shù)據(jù)記錄與處理終端記錄和存儲傳感器數(shù)據(jù)并進行解包分路處理， 并將各路信息進行處理和顯示。為后續(xù)的人體步態(tài)特征處理提供真實數(shù)據(jù)依據(jù)。[0009]本實用新型是基于加速度計技術(shù)和無線傳輸采集技術(shù)來實現(xiàn)對人體步態(tài)特征的 采集和跟蹤功能的，具有設(shè)計合理、結(jié)構(gòu)簡單、易于安裝、使用方便的優(yōu)點。并且在采 集過程中不受外界因素的影響，可精確地采集和提取人體步態(tài)的數(shù)據(jù)和特征，并不對受 實驗人體產(chǎn)生較多的負擔。


[0010]圖1是本實用新型的系統(tǒng)組成方框圖[0011]圖2是無線傳感數(shù)據(jù)采集模塊方框圖。[0012]圖3是無線數(shù)據(jù)接入網(wǎng)關(guān)與數(shù)據(jù)記錄與處理終端方框圖。
具體實施方式
[0013]一種基于zigbee與加速度計的人體步態(tài)特征提取裝置，由九個無線傳感數(shù)據(jù)采 集模塊、無線數(shù)據(jù)接入網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)記錄與處理終端組成；九個無線傳感數(shù)據(jù)采集模塊分 別安裝在人體四肢和腰部位置，九個無線傳感數(shù)據(jù)采集模塊將采集的加速度數(shù)據(jù)無線發(fā) 射，通過空間數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議與無線數(shù)據(jù)接入網(wǎng)關(guān)相連接，無線數(shù)據(jù)接入網(wǎng)關(guān)通過信號發(fā) 射、接收模塊與數(shù)據(jù)記錄與處理終端相連接。[0014]上述無線傳感數(shù)據(jù)采集模塊包括三軸加速度計、跟隨放大器與濾波電路、 msp430單片機以及zigbee無線發(fā)射模塊CCM20等部分組成，其中三軸加速度計輸出三 軸加速度變化信號分別與三路跟隨放大器相連接，放大器輸出端接RC濾波電路、三路濾 波電路的輸出與msp430的P6.A0、Al、A2管腳相連接，晶振電路的兩個輸出端分別接 msp430單片機的XIN，XOUT端口。超低功耗無線收發(fā)模塊CCM20通過SPI接口與 單片機msp430相連接，光電指示電路連接單片機的Pl.OIO端口。單片機單元負責控制 整個傳感器的操作，包括A/D變換、數(shù)據(jù)暫存、三路數(shù)據(jù)打包等工作；為了實現(xiàn)超低功 耗延長電池的使用時間，單片機控制無線收發(fā)模塊CCM20休眠與工作交替方式運行，并 只在單片機記錄一定量的數(shù)據(jù)后啟動無線發(fā)射模塊，無線收發(fā)模塊的工作狀態(tài)還要執(zhí)行 IEEE8.0.15.4 協(xié)議。[0015]上述無線傳感數(shù)據(jù)采集模塊中采用CC2420實現(xiàn)zigbee射頻發(fā)射和接收。 CC2420是Chipcon公司推出的首款符合2.4GHz IEEE802.15.4標準的射頻收發(fā)器，只需極少外部元器件，性能穩(wěn)定且功耗極低。CCM20的選擇性和敏感性指數(shù)超過了 IEEE 802.15.4標準的要求，可確保短距離通信的有效性和可靠性。利用此芯片開發(fā)的無線通信 設(shè)備支持數(shù)據(jù)傳輸率高達250kbps，可以實現(xiàn)多點對多點的快速組網(wǎng)?？煞奖銓崿F(xiàn)對多人 多步態(tài)加速度計傳感器的數(shù)據(jù)無線傳輸。[0016]上述三軸加速度計采用Analog Device公司的ADXL325，ADXL325是一種小型低功耗完全三軸加速度計，具有三路調(diào)理電壓輸出，可以測量加速度變換范圍為士相， 其輸出通過MC33502及濾波電路進行初步放大和處理。[0017]上述無線數(shù)據(jù)接入網(wǎng)關(guān)與數(shù)據(jù)記錄與處理終端相連接，無線數(shù)據(jù)接入網(wǎng)關(guān)由 CCM20和msp430單片機實現(xiàn)，并通過RS232串行通信接口與數(shù)據(jù)記錄與處理終端連 接，數(shù)據(jù)記錄與處理終端可以采用通用計算機來實現(xiàn)。其中無線收發(fā)模塊CCM20通 過SPI接口與微處理器連接，微處理器對接收的信息進行處理，通過微處理器的UART 接口接串口模塊，并通過串口與計算機相連，無線收發(fā)模塊與微處理器MCU將執(zhí)行 IEEE8.0.15.4協(xié)議實現(xiàn)對多傳感器的通信、數(shù)據(jù)傳輸和控
權(quán)利要求1.一種基于Zigbee與加速度計的人體步態(tài)特征提取裝置，其特征在于由至少九個 無線傳感數(shù)據(jù)采集模塊、無線數(shù)據(jù)接入網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)記錄與處理終端組成；九個無線傳感 數(shù)據(jù)采集模塊分別安裝在人體四肢和腰部位置，九個無線傳感數(shù)據(jù)采集模塊將采集的加 速度數(shù)據(jù)無線發(fā)射，通過空間數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議與無線數(shù)據(jù)接入網(wǎng)關(guān)相連接，無線數(shù)據(jù)接入 網(wǎng)關(guān)通過信號發(fā)射、接收模塊與數(shù)據(jù)記錄與處理終端相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于zigbee與加速度計的人體步態(tài)特征提取裝置，其特征在 于上述無線傳感數(shù)據(jù)采集模塊由三軸加速度計、三路跟隨放大器與濾波電路、msp430 單片機以及zigbee無線發(fā)射模塊CCM20組成；其中三軸加速度計輸出三軸加速度變化信 號分別與三路跟隨放大器相連接，三路跟隨放大器輸出端分別接三路RC濾波電路、三路 RC濾波電路的輸出端分別與msp430單片機的P6.A0、Al、A2管腳相連接，晶振電路的 兩個輸出端分別接msp430單片機的XIN，XOUT端口 ；無線收發(fā)模塊CCM20通過SPI 接口與msp430單片機相連接，光電指示電路連接單片機的Pl.OIO端口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于zigbee與加速度計的人體步態(tài)特征提取裝置，其特征在 于上述無線數(shù)據(jù)接入網(wǎng)關(guān)由CCM20和msp430單片機實現(xiàn)，msp430單片機的UART接 口通過RS232串行通信接口與數(shù)據(jù)記錄與處理終端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于zigbee與加速度計的人體步態(tài)特征提取裝置，其特征在 于上述三軸加速度計采用Analog Device公司的ADXL325。
專利摘要一種基于zigbee與加速度計的人體步態(tài)特征提取裝置，由至少九個無線傳感數(shù)據(jù)采集模塊、無線數(shù)據(jù)接入網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)記錄與處理終端組成；九個無線傳感數(shù)據(jù)采集模塊分別安裝在人體四肢和腰部位置，九個無線傳感數(shù)據(jù)采集模塊將采集的加速度數(shù)據(jù)無線發(fā)射，通過空間數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議與無線數(shù)據(jù)接入網(wǎng)關(guān)相連接，無線數(shù)據(jù)接入網(wǎng)關(guān)通過信號發(fā)射、接收模塊與數(shù)據(jù)記錄與處理終端相連接。本實用新型是基于加速度計技術(shù)和無線傳輸采集技術(shù)來實現(xiàn)對人體步態(tài)特征的采集和跟蹤功能的，具有設(shè)計合理、結(jié)構(gòu)簡單、易于安裝、使用方便的優(yōu)點。并且在采集過程中不受外界因素的影響，可精確地采集和提取人體步態(tài)的數(shù)據(jù)和特征，并不對受實驗人體產(chǎn)生較多的負擔。
文檔編號G06K9/00GK201812295SQ20102055409
公開日2011年4月27日 申請日期2010年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月9日
發(fā)明者張軍 申請人:天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)