本發(fā)明屬于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，具體涉及一種用于人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)檢測(cè)的低功耗系統(tǒng)裝置。

背景技術(shù)：

1、早期的人體運(yùn)動(dòng)步態(tài)識(shí)別技術(shù)主要依靠定位標(biāo)記識(shí)別技術(shù)和地面壓力裝置識(shí)別技術(shù)，但相關(guān)儀器和耗材成本較高，不利于大范圍常規(guī)使用。

2、目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于運(yùn)動(dòng)模式檢測(cè)研究主要聚焦于通過(guò)視覺進(jìn)行步態(tài)識(shí)別，也有使用傳感器收集具體運(yùn)動(dòng)數(shù)值以及人體狀況等數(shù)據(jù)進(jìn)行處理從而建立系統(tǒng)。如唐彪,樊啟潤(rùn),孫開鑫等.人體姿態(tài)識(shí)別算法在視覺人機(jī)交互中的應(yīng)用[j]中以雙攝像頭作為采集人體運(yùn)動(dòng)裝置的設(shè)備，但局限于攝像頭有限的視野和角度覆蓋范圍、對(duì)位置和角度的依賴性以及易受環(huán)境光線和條件影響，很難對(duì)實(shí)現(xiàn)人體進(jìn)行全方位多角度的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)。于是近幾年來(lái)有很多學(xué)者提出以傳感器作為人體運(yùn)動(dòng)信息收集裝置，并配以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)。如2022年徐冉,許有熊,鄭煊宇等人發(fā)表“基于加速度傳感器的人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)識(shí)別監(jiān)測(cè)研究”論文，但該論文中提到的識(shí)別方法是借助傳感器收集信息后再利用電腦matlab做計(jì)算，這樣的識(shí)別方式難以落實(shí)到生活中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、要解決的技術(shù)問(wèn)題：為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提供一種人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)檢測(cè)的低功耗系統(tǒng)裝置，是一種將傳感器與微控制單元結(jié)合在一起的人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)檢測(cè)裝置，用于人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及時(shí)識(shí)別和及時(shí)反饋，并通過(guò)人體工程學(xué)設(shè)計(jì)，便于人體佩戴。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)檢測(cè)的低功耗系統(tǒng)裝置，包括信息采集裝置、數(shù)據(jù)處理及顯示裝置；所述信息采集裝置用于運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的采集，并將采集數(shù)據(jù)無(wú)線傳遞至數(shù)據(jù)處理及顯示裝置；所述數(shù)據(jù)處理及顯示裝置用于對(duì)采集數(shù)據(jù)的處理及顯示；所述信息采集裝置和數(shù)據(jù)處理及顯示裝置之間藍(lán)牙信號(hào)連接；

3、所述信息采集裝置包括：主殼體，安裝于主殼體內(nèi)的第一系統(tǒng)板、第一物理開關(guān)、第一藍(lán)牙模塊、第一電池、第一電壓轉(zhuǎn)化模塊、第一顯示屏，副殼體，第一六軸傳感器；所述主殼體佩戴于使用者腰間，所述第一系統(tǒng)板固定于主殼體的內(nèi)腔，用于信息采集裝置的控制；所述第一電池與第一電壓轉(zhuǎn)化模塊輸入端電連接，第一電壓轉(zhuǎn)化模塊的輸出端分別與第一系統(tǒng)板、第一顯示屏、第一藍(lán)牙模塊、第一六軸傳感器電連接，為其供電；所述第一物理開關(guān)、第一藍(lán)牙模塊、第一顯示屏均與第一系統(tǒng)板電連接，其中第一物理開關(guān)用于開啟或關(guān)閉第一系統(tǒng)板，第一藍(lán)牙模塊用于第一系統(tǒng)板接收和傳送數(shù)據(jù)，第一顯示屏用于第一系統(tǒng)板的信息顯示；所述副殼體佩戴于使用者膝關(guān)節(jié)上方，所述第一六軸傳感器安裝于副殼體內(nèi)，并與第一系統(tǒng)板電連接，用于采集人體腿部數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳遞至第一系統(tǒng)板；

4、所述數(shù)據(jù)處理及顯示裝置包括：外殼，安裝于外殼內(nèi)的第二系統(tǒng)板、第二物理開關(guān)、第二藍(lán)牙模塊、第二電池、第二電壓轉(zhuǎn)化模塊、第二顯示屏、第二六軸傳感器、心率血氧傳感器；所述外殼佩戴于使用者腕部，所述第二系統(tǒng)板固定于外殼的內(nèi)腔，用于數(shù)據(jù)處理及顯示裝置的控制；所述第二電池與第二電壓轉(zhuǎn)化模塊輸入端電連接，第二電壓轉(zhuǎn)化模塊的輸出端分別與第二系統(tǒng)板、第二顯示屏、第二藍(lán)牙模塊、第二六軸傳感器、心率血氧傳感器電連接，為其供電；所述第二物理開關(guān)、第二藍(lán)牙模塊、第二顯示屏、第二六軸傳感器、心率血氧傳感器均與第二系統(tǒng)板電連接，其中第二物理開關(guān)用于開啟或關(guān)閉第二系統(tǒng)板，第二藍(lán)牙模塊用于第二系統(tǒng)板接收和傳送數(shù)據(jù)，第二顯示屏用于第二系統(tǒng)板的信息顯示，第二六軸傳感器用于采集人體腕部數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳遞至第二系統(tǒng)板，心率血氧傳感器用于采集使用者心率血氧數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳遞至第二系統(tǒng)板。

5、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述第一系統(tǒng)板為stm32f407zgt6系統(tǒng)板，第一六軸傳感器為mpu6050六軸傳感器，第一藍(lán)牙模塊為hc-05藍(lán)牙模塊，第一顯示屏為tft?lcd顯示屏。

6、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述第一電池為3v電池，所述第一電壓轉(zhuǎn)化模塊中設(shè)有5v升壓模塊和3.3v升壓模塊，所述5v升壓模塊的輸出端與第一系統(tǒng)板的電源端口連接，為其供電；所述3.3v升壓模塊的輸出端分別與第一顯示屏、第一藍(lán)牙模塊、第一六軸傳感器的電源端口電連接，為其供電。

7、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述第一系統(tǒng)板的pf1串口與第一六軸傳感器的scl串口連接，作為時(shí)鐘線，用于同步數(shù)據(jù)傳輸；第一系統(tǒng)板的pf0串口與第一六軸傳感器的sda串口連接，作為數(shù)據(jù)線，用于將第一六軸傳感器采集數(shù)據(jù)傳遞至第一系統(tǒng)板；所述第一系統(tǒng)板的pb5串口與第一顯示屏的sdi串口連接，用于第一顯示屏spi總線數(shù)據(jù)寫信號(hào)；第一顯示屏的sdo串口與第一系統(tǒng)板的pb4串口連接，用于第一顯示屏spi總線數(shù)據(jù)讀信號(hào)；所述第一藍(lán)牙模塊的txd串口與第一系統(tǒng)板的pb11串口連接，用于第一藍(lán)牙模塊向第一系統(tǒng)板發(fā)送數(shù)據(jù)；所述第一系統(tǒng)板的pb10串口與第一藍(lán)牙模塊的rxd串口連接，用于第一系統(tǒng)板向第一藍(lán)牙模塊發(fā)送指令數(shù)據(jù)。

8、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述第一六軸傳感器用于采集人體腿部x軸方向上的加速度、y軸方向上的加速度、z軸方向上的加速度、x軸方向上的角速度、y軸方向上的角速度、z軸方向上的角速度。

9、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述第二系統(tǒng)板為stm32f407vet6系統(tǒng)板、第二藍(lán)牙模塊為hc-05藍(lán)牙模塊、第二顯示屏為彩色tft?lcd顯示屏gc9a01、第二六軸傳感器為mpu6050六軸傳感器、心率血氧傳感器為max30102。

10、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述第二電池為3v電池，所述第二電壓轉(zhuǎn)化模塊中設(shè)有5v升壓模塊和3.3v升壓模塊，所述5v升壓模塊的輸出端與第二系統(tǒng)板的電源端口連接，為其供電；所述3.3v升壓模塊的輸出端分別與第二顯示屏、第二藍(lán)牙模塊、第二六軸傳感器、心率血氧傳感器的電源端口電連接，為其供電。

11、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述第二系統(tǒng)板的a8串口與第二六軸傳感器的scl串口連接，作為時(shí)鐘線，用于同步數(shù)據(jù)傳輸；所述第二六軸傳感器的sda串口與第二系統(tǒng)板的c9串口連接，作為數(shù)據(jù)線，用于將第二六軸傳感器采集數(shù)據(jù)傳遞至第二系統(tǒng)板；所述第二系統(tǒng)板的a8串口與心率血氧傳感器的scl串口連接，作為時(shí)鐘線，用于同步數(shù)據(jù)傳輸；心率血氧傳感器的sda串口與第二系統(tǒng)板的c9串口連接，作為數(shù)據(jù)線，用于將心率血氧傳感器采集數(shù)據(jù)傳遞至第二系統(tǒng)板；所述第二系統(tǒng)板的b9串口與第二顯示屏的scl串口連接，作為時(shí)鐘線，用于同步數(shù)據(jù)傳輸；第二顯示屏的sda串口與第二系統(tǒng)板的b8串口連接，作為數(shù)據(jù)線，用于將第二系統(tǒng)板的顯示信息傳遞至第二顯示屏；所述第二藍(lán)牙模塊的txd串口與第二系統(tǒng)板的b11串口連接，用于第二藍(lán)牙模塊向第二系統(tǒng)板發(fā)送數(shù)據(jù)；所述第二系統(tǒng)板的b10串口與第二藍(lán)牙模塊的rxd串口連接，用于第二系統(tǒng)板向第二藍(lán)牙模塊發(fā)送指令數(shù)據(jù)。

12、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述第二六軸傳感器用于采集人體腕部x軸方向上的加速度、y軸方向上的加速度、z軸方向上的加速度、x軸方向上的角速度、y軸方向上的角速度、z軸方向上的角速度，并將采集數(shù)據(jù)計(jì)算為累計(jì)步數(shù)傳遞至第二系統(tǒng)板。

13、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述第一藍(lán)牙模塊作為從機(jī)，所述第二藍(lán)牙模塊作為主機(jī)，當(dāng)信息采集裝置、數(shù)據(jù)處理及顯示裝置開啟后，第二藍(lán)牙模塊與第一藍(lán)牙模塊配對(duì)連接，第二藍(lán)牙模塊接收第一藍(lán)牙模塊傳送的數(shù)據(jù)。

14、有益效果

15、本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明所述一種人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)檢測(cè)的低功耗系統(tǒng)裝置，基于stm32mcu的多傳感器融合網(wǎng)絡(luò)搭建與實(shí)現(xiàn)，利用stm32微控制器單元(mcu)構(gòu)建一個(gè)多傳感器融合網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)可以同時(shí)接收并整合來(lái)自不同傳感器的數(shù)據(jù)，如六軸傳感器、心率血氧傳感器、加速度計(jì)、陀螺儀、磁力計(jì)等以獲取全面的人體運(yùn)動(dòng)信息?；趕tm32mcu的低功耗特性，所搭建出的信息采集裝置、數(shù)據(jù)處理及顯示裝置能耗較低，便于實(shí)際使用。

16、本發(fā)明第一系統(tǒng)板、第二系統(tǒng)板采用stm32微控制器單元，使整個(gè)裝置成為一個(gè)開放式系統(tǒng)。stm32mcu作為目前的主流工業(yè)芯片，可用于多數(shù)的助力外骨骼設(shè)備，本裝置提前預(yù)留了部分io端口，可接入其它設(shè)備，實(shí)現(xiàn)與其它設(shè)備的互聯(lián)。如應(yīng)用在助力外骨骼上做運(yùn)動(dòng)識(shí)別與人體運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)人體與可穿戴設(shè)備之間的緊密耦合。

17、本發(fā)明基于人機(jī)工程的可穿戴產(chǎn)品系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)，所設(shè)計(jì)信息采集裝置、數(shù)據(jù)處理及顯示裝置佩戴于使用者身體，以實(shí)現(xiàn)對(duì)人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集。其中主殼體、副殼體、外殼均采用3d打印制成，結(jié)構(gòu)形狀符合人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)，通過(guò)匹配相應(yīng)的系帶，分別佩戴于使用者腰間，腿部，腕部，以保證良好的佩戴舒適性和穩(wěn)定性，各殼體內(nèi)零件也遵循人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)，以保證能夠長(zhǎng)時(shí)間佩戴而不引起不適。本發(fā)明結(jié)構(gòu)具有輕量化、美觀、佩戴方便的特點(diǎn)。

18、本發(fā)明中第一系統(tǒng)板、第二系統(tǒng)板基于bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人工智能算法，能夠準(zhǔn)確識(shí)別人體運(yùn)動(dòng)的步幅、步頻、腳跟與腳尖著地時(shí)間、運(yùn)動(dòng)模式與運(yùn)動(dòng)相位等關(guān)鍵信息，識(shí)別范圍更準(zhǔn)確。相比市場(chǎng)上現(xiàn)有的人體運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備只能做到簡(jiǎn)單的步數(shù)統(tǒng)計(jì)，本發(fā)明采集并標(biāo)定一定規(guī)模的人體運(yùn)動(dòng)樣本信息，通過(guò)搭建并優(yōu)化算法結(jié)構(gòu)和參數(shù)，實(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)確度的人體運(yùn)動(dòng)感知識(shí)別算法。

19、相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)人體進(jìn)行全方位多角度運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，且識(shí)別范圍廣、準(zhǔn)確性高，作為開放式系統(tǒng)，還可以進(jìn)行其他需求的兼容，實(shí)用性高。本發(fā)明裝置具有小型化、集成化、智能化的特點(diǎn)，用于大眾群體日常運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、可穿戴系統(tǒng)人體運(yùn)動(dòng)感知等眾多領(lǐng)域，應(yīng)用前景寬廣。