專利名稱：基于zigbee與加速度計的人體步態數據提取裝置的制作方法
技術領域：
基于zigbee與加速度計的人體步態數據提取裝置技術領域[0001]本實用新型涉及人體步態特征提取裝置及方法，特別涉及一種基于zigbee與加 速度計的人體步態數據提取裝置。
背景技術：
[0002]步態就是人走路的姿勢，作為一種生物特征，它具對人身體非侵犯性、難以偽 裝、受環境影響小等獨特的優點，同時可以實現遠距離獲取步態特征，因而近年來倍受 關注。步態特征的獨特性為人的身份識別提供了新的有效線索，同時對人體步態數據的 研究也對醫療上的異步病態、偏癱等疾病的預防、診斷和康復也可以起到很顯著的輔助 作用。而且，步態特征研究也可以應用在現代化的體育訓練中，通過對運動員步態特征 的分析來監測運動員的體能消耗情況、動作準確程度等，從而制定出科學的訓練方案。 此外，步態還在機器人的行走、人的行為理解等科學研究上也占有舉足輕重的地位，國 內外的許多知名大學和研究機構如美國麻省理工學院、中國科學院自動化研究所等都廣 泛展開了步態識別研究工作，當前，常用獲取人體步態特征數據的方法是采用攝像設備 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特征，然而，動態環境 中拍攝的圖像結果會受光照變化、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數據采集和特征提取帶來了較大困 難。發明內容[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 步態數據提取裝置，該裝置基于加速度計技術和無線傳輸采集技術，能夠實現對人體步 態特征的采集和跟蹤功能。并且具有使用方便、特征數據采集實時性好等優點。[0004]如上構思，本實用新型的技術方案是一種基于zigbee與加速度計的人體步 態特征提取裝置，其特征在于由至少九個無線傳感數據采集模塊、無線數據接入網關 和數據記錄與處理終端組成；九個無線傳感數據采集模塊分別安裝在人體四肢和腰部位 置，九個無線傳感數據采集模塊將采集的加速度數據無線發射，通過空間數據傳輸協議 與無線數據接入網關相連接，無線數據接入網關通過信號發射、接收模塊與數據記錄與 處理終端相連接。[0005]上述無線傳感數據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]上述無線數據接入網關由CC2420和msp430單片機實現，msp430單片機的UART接口通過RS232串行通信接口與數據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據采集模 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據，并進行模數 變化，對三軸數據進行暫存和初步處理，將數據打包后按照CCM20的格式要求傳輸到 CC2420,并通過CCM20發送出去。每個無線傳感數據采集模塊具有自身地址記錄相應 人體部位的運動變化，無線數據接入網關接收九個無線傳感數據采集模塊發送的數據， 并在msp430單片機中對各路數據進行暫存和打包處理，并通過R^232串行接口輸送到數 據記錄與處理終端，數據記錄與處理終端記錄和存儲傳感器數據并進行解包分路處理， 并將各路信息進行處理和顯示。為后續的人體步態特征處理提供真實數據依據。[0009]本實用新型是基于加速度計技術和無線傳輸采集技術來實現對人體步態特征的 采集和跟蹤功能的，具有設計合理、結構簡單、易于安裝、使用方便的優點。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的數據和特征，并不對受 實驗人體產生較多的負擔。
[0010]圖1是本實用新型的系統組成方框圖[0011]圖2是無線傳感數據采集模塊方框圖。[0012]圖3是無線數據接入網關與數據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特征提取裝置，由九個無線傳感數據采 集模塊、無線數據接入網關和數據記錄與處理終端組成；九個無線傳感數據采集模塊分 別安裝在人體四肢和腰部位置，九個無線傳感數據采集模塊將采集的加速度數據無線發 射，通過空間數據傳輸協議與無線數據接入網關相連接，無線數據接入網關通過信號發 射、接收模塊與數據記錄與處理終端相連接。[0014]上述無線傳感數據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、數據暫存、三路數據打包等工作；為了實現超低功 耗延長電池的使用時間，單片機控制無線收發模塊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據后啟動無線發射模塊，無線收發模塊的工作狀態還要執行 IEEE8.0.15.4 協議。[0015]上述無線傳感數據采集模塊中采用CC2420實現zigbee射頻發射和接收。 CC2420是Chipcon公司推出的首款符合2.4GHz IEEE802.15.4標準的射頻收發器，只需極少外部元器件，性能穩定且功耗極低。CCM20的選擇性和敏感性指數超過了 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。利用此芯片開發的無線通信 設備支持數據傳輸率高達250kbps，可以實現多點對多點的快速組網。可方便實現對多人 多步態加速度計傳感器的數據無線傳輸。[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]上述無線數據接入網關與數據記錄與處理終端相連接，無線數據接入網關由 CCM20和msp430單片機實現，并通過RS232串行通信接口與數據記錄與處理終端連 接，數據記錄與處理終端可以采用通用計算機來實現。其中無線收發模塊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，無線收發模塊與微處理器MCU將執行 IEEE8.0.15.4協議實現對多傳感器的通信、數據傳輸和控
權利要求1.一種基于Zigbee與加速度計的人體步態特征提取裝置，其特征在于由至少九個 無線傳感數據采集模塊、無線數據接入網關和數據記錄與處理終端組成；九個無線傳感 數據采集模塊分別安裝在人體四肢和腰部位置，九個無線傳感數據采集模塊將采集的加 速度數據無線發射，通過空間數據傳輸協議與無線數據接入網關相連接，無線數據接入 網關通過信號發射、接收模塊與數據記錄與處理終端相連接。
2.根據權利要求1所述的基于zigbee與加速度計的人體步態特征提取裝置，其特征在 于上述無線傳感數據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.根據權利要求1所述的基于zigbee與加速度計的人體步態特征提取裝置，其特征在 于上述無線數據接入網關由CCM20和msp430單片機實現，msp430單片機的UART接 口通過RS232串行通信接口與數據記錄與處理終端連接。
4.根據權利要求2所述的基于zigbee與加速度計的人體步態特征提取裝置，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特征提取裝置，由至少九個無線傳感數據采集模塊、無線數據接入網關和數據記錄與處理終端組成；九個無線傳感數據采集模塊分別安裝在人體四肢和腰部位置，九個無線傳感數據采集模塊將采集的加速度數據無線發射，通過空間數據傳輸協議與無線數據接入網關相連接，無線數據接入網關通過信號發射、接收模塊與數據記錄與處理終端相連接。本實用新型是基于加速度計技術和無線傳輸采集技術來實現對人體步態特征的采集和跟蹤功能的，具有設計合理、結構簡單、易于安裝、使用方便的優點。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的數據和特征，并不對受實驗人體產生較多的負擔。
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 優先權日2010年10月9日
發明者張軍 申請人:天津職業技術師范大學