[發(fā)明專利]基于MEMS慣性傳感器的人體姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)及其檢測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610067655.X
• 申請(qǐng)日: 2016-01-30
• 公開（公告）號(hào): CN107024976A
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃成;李炳炳;杜靜涵;李曉曉;徐鵬;陳嘉;金威;徐志良
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F3/01
• 分類號(hào): G06F3/01;G06K9/00
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心32203
• 代理人: 馬魯晉

1.一種基于MEMS慣性傳感器的人體姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：包括數(shù)據(jù)采集與處理模塊(1)、姿態(tài)信息接收與傳輸模塊(2)和計(jì)算機(jī)(3)；數(shù)據(jù)采集與處理模塊(1)共有18塊，分別對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行編號(hào)，編號(hào)為1～18，將18個(gè)編號(hào)完畢的數(shù)據(jù)采集與處理模塊(1)分別置于人體的18個(gè)關(guān)節(jié)處，組成人體姿態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，18個(gè)數(shù)據(jù)采集與處理模塊(1)將采集處理后的姿態(tài)信息傳輸?shù)阶藨B(tài)信息接收與傳輸模塊(2)，姿態(tài)信息接收與傳輸模塊(2)將收到的姿態(tài)信息發(fā)送給計(jì)算機(jī)(3)，計(jì)算機(jī)(3)的上位機(jī)將對(duì)姿態(tài)信息進(jìn)行分析并實(shí)時(shí)地顯示當(dāng)前人體的姿態(tài)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MEMS慣性傳感器的人體姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述數(shù)據(jù)采集與處理模塊(1)包括第一微處理器(4)、慣性傳感器(5)、第一無線射頻(6)和第一電源(7)，姿態(tài)信息接收與傳輸模塊(2)包括第二微處理器(8)、第二無線射頻(9)、RS232串口(10)和第二電源(11)；其中第一電源(7)分別連接第一微處理器(4)和慣性傳感器(5)為它們供電，第二電源(11)連接第二微處理器(8)為其供電；慣性傳感器(5)采集數(shù)據(jù)發(fā)送給第一微處理器(4)，第一微處理器(4)和第二微處理器(8)通過第一無線射頻(6)和第二無線射頻(9)進(jìn)行無線通信，第二微處理器(8)便接收到姿態(tài)信息。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MEMS慣性傳感器的人體姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述18個(gè)數(shù)據(jù)采集與處理模塊(1)組成的人體姿態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)嵌入一套衣物中，在檢測(cè)人體姿態(tài)時(shí):穿戴。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MEMS慣性傳感器的人體姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述第一微處理器(4)采用MSP430F5310型號(hào)的芯片，第二微處理器(8)采用MSP430F5438型號(hào)芯片，慣性傳感器采用美國InvenSense公司的MPU9150芯片，第一無線射頻(6)和第二無線射頻(9)均為nRF24L01芯片，第一電源(7)和第二電源(11)均采用鋰電池供電。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于MEMS慣性傳感器的人體姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述數(shù)據(jù)采集與處理模塊(1)與姿態(tài)信息接收與傳輸模塊(2)之間采用無線通信，姿態(tài)信息接收與傳輸模塊(2)將接收到的18組姿態(tài)信息按通信協(xié)議通過RS232串口(10)發(fā)送給計(jì)算機(jī)(3)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MEMS慣性傳感器的人體姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前人體姿態(tài)，記錄并保存接收到的姿態(tài)信息。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MEMS慣性傳感器的人體姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述姿態(tài)信息采用四元數(shù)的形式表達(dá)。

8.一種基于MEMS慣性傳感器的人體姿態(tài)檢測(cè)方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1，將嵌入人體姿態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)的衣物穿戴完畢，并將系統(tǒng)上電；

步驟2，各個(gè)數(shù)據(jù)采集與處理模塊(1)上的慣性傳感器(5)采集相應(yīng)關(guān)節(jié)處的姿態(tài)數(shù)據(jù)，采集到姿態(tài)數(shù)據(jù)后將其發(fā)送到第一微處理器(4)；

步驟3，第一微處理器(4)對(duì)慣性傳感器(5)采集到的姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，解算得到姿態(tài)信息；

步驟4，第一微處理器(4)將處理后的姿態(tài)信息發(fā)送給第一無線射頻(6)，第一無線射頻(6)和第二無線射頻(9)進(jìn)行無線通信，將姿態(tài)信息傳輸給第二微處理器(8)，第二微處理器(8)按照通信協(xié)議將收到的姿態(tài)信息通過RS232串口(10)發(fā)送給計(jì)算機(jī)(3)；計(jì)算機(jī)(3)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，如果數(shù)據(jù)合格則計(jì)算機(jī)(3)對(duì)姿態(tài)信息進(jìn)行處理，在上位機(jī)中顯示出當(dāng)前人體的姿態(tài)，并記錄人體姿態(tài)信息，如果不合格則返回步驟4；

步驟5，判斷系統(tǒng)是否斷電，斷電則姿態(tài)檢測(cè)結(jié)束，否則返回步驟2。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述基于MEMS慣性傳感器的人體姿態(tài)檢測(cè)方法，其特征在于：步驟3所述第一微處理器(4)對(duì)慣性傳感器(5)采集到的姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行的處理過程包括：對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始校準(zhǔn)，以獲取系統(tǒng)的初始值，即初始化四元數(shù)；通過四元數(shù)法和數(shù)據(jù)融合算法對(duì)人體姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，對(duì)姿態(tài)信息進(jìn)行更新，并重復(fù)以上過程。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于MEMS慣性傳感器的人體姿態(tài)的檢測(cè)方法，其特征在于：步驟4所述的通信協(xié)議，其過程為：建立計(jì)算機(jī)(3)與第二微處理器(8)的連接；計(jì)算機(jī)(3)確定響應(yīng)報(bào)文；斷開計(jì)算機(jī)(3)與第二微處理器(8)的連接；其中第二微處理器(8)對(duì)計(jì)算機(jī)(3)的報(bào)文格式為：報(bào)文頭+命令字+幀號(hào)+18個(gè)節(jié)點(diǎn)姿態(tài)數(shù)據(jù)+根節(jié)點(diǎn)加速度+根節(jié)點(diǎn)位移+校驗(yàn)和+結(jié)束符，每一條報(bào)文共有179個(gè)字節(jié)，具體的報(bào)文格式為：