人体运动测量系统设计论文.docx

人体运动测量系统设计论文1系统构成本系统通过装置于人体头部、手部和腿部的3个惯性测量模块来获取人体运动姿态数据。其中位于头部的模块用来获取人的转动等基本动作位于手部的模块用来获取手臂摆动等基本动作位于腿部的模块用来获取人的跳跃、下蹲等基本动作。该运动测量系统包括陀螺仪、加速度计和磁传感器三种传感器类型的信号其中陀螺仪测量绕模块三轴的转动角速度加速度计测量沿模块三轴的直线加速度磁传感器与加速度计构成电子罗盘来提供初始对准从而获得运动姿态数据。2系统硬件电路设计本系统按照其功能结构可分为：主控单片机、电源模块、传感器模块、MicroSDCard接口等几个部分。其中主控单片机采用意法半导体（ST）公司的STM32F103CBT6用于处理传感器模块得到的位姿数据以及姿态角解算。本系统技术指标要求工作电压为+5V理论姿态角检测范围如下：横滚角为（-180度180度）俯仰角为（-90度90度）航向角为（-180度180度）误差在±1度特率为115200。系统内部采用模拟I2C的通信接口外部采用串口通信。3系统主控制程序完成系统硬件电路后通过J-Link调试仿真器对系统进行程序设计与调试。本系统所用到的程序是在Keiluvision4平台下编写的配合J-Link仿真器完成了整个系统的程序设计。4测试结果与分析系统测试了上文提及的各种动作由于水平转动是人体运动中重要基本动作之一现给出手部模块的测试过程和结果。手持该模块水平转动具体步骤如下：首先将模块逆时针转动360度待数据稳定后再将其顺时针旋转360度。通过对人体各种基本动作进行测试验证系统的姿态角数据误差均较小说明本测试系统的可靠性满足人体运动的侧量要求。5结论本文利用惯性测量单元实现了人体的姿态运动检测设计了测量系统的硬件电路和软件程序。本系统便捷易携耗能低并能存储位姿数据于MicroSD卡中便于后期分析。利用基于ARM内核的STM32系列单片机作为主控芯片实现传感器模块初始化、数据存储以及通信最终达到识别人体动作的目的。作者：周贝利单位：上海海事大学