人體運(yùn)動(dòng)信號的無線采集與實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】人體運(yùn)動(dòng)信號的無線采集與實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)，包括信息采集單元、信息傳輸單元和信息處理單元，所述信息采集單元設(shè)置在人體上，所述信息傳輸單元包括設(shè)置在人體上的Zigbee子節(jié)點(diǎn)和遠(yuǎn)端上位機(jī)的Zigbee主節(jié)點(diǎn)，所述信息處理單元包括設(shè)置在人體上的MSP430單片機(jī)、485芯片以及遠(yuǎn)端上位機(jī)、與遠(yuǎn)端上位機(jī)相連的計(jì)算機(jī)。所述信息處理單元所采集的信號交給MSP430單片機(jī)和485芯片處理，經(jīng)過處理的信號通過485總線的形式和帶有485接口的Zigbee子節(jié)點(diǎn)連接，Zigbee子節(jié)點(diǎn)將信號傳輸給Zigbee主節(jié)點(diǎn)，遠(yuǎn)端上位機(jī)對信號進(jìn)行解算與實(shí)施圖形化顯示，并與計(jì)算機(jī)相連由計(jì)算機(jī)對信號做進(jìn)一步處理。
【專利說明】人體運(yùn)動(dòng)信號的無線采集與實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種人體運(yùn)動(dòng)信號的無線采集與實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 人體步態(tài)分析系統(tǒng)提供了人體在運(yùn)動(dòng)時(shí)的空間軌跡和受力情況，為運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn) 練、運(yùn)動(dòng)姿態(tài)分析等提供分析數(shù)據(jù)；同時(shí)人體的生理功能、疾病、甚至精神狀態(tài)等各種因素 都會(huì)不同程度地影響人體的步態(tài)，有關(guān)人體步態(tài)的研究分析能夠?yàn)槿斯ぜ僦?、康?fù)醫(yī)學(xué)提 供理論依據(jù)；因此，研究人體多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)信息的獲取和足底壓力對于步態(tài)分析、康復(fù)醫(yī)療、 臨床醫(yī)學(xué)均具有積極意義和重要價(jià)值。而目前國內(nèi)對步態(tài)行走和震顫的研究相對落后，因 此本裝置的開發(fā)和應(yīng)用具有重要意義。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0003] 為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)地獲取人體的步態(tài)信息，本實(shí)用新型提供了一種可實(shí)現(xiàn)人體運(yùn)動(dòng)信號 的無線采集與實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對各個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)信息的無線采集，并在上位機(jī)即刻處 理與顯示；可準(zhǔn)確、清晰地獲取人體的步態(tài)信息，為相關(guān)應(yīng)用提供技術(shù)數(shù)據(jù)支持。
[0004] 本實(shí)用新型的技術(shù)原理是：人體下肢可看成一個(gè)四構(gòu)件六自由度的剛體系統(tǒng)，它 包括三個(gè)方向上的直線運(yùn)動(dòng)，三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。直線運(yùn)動(dòng)能夠用線位移、線速率、線 加速度來表述，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)能夠用角位移、角速率、角加速度來表述。
[0005] 人體多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)信息采集裝置在硬件設(shè)計(jì)上要滿足以下幾個(gè)要點(diǎn)：（1)加速度傳 感器、地磁傳感器和角速率傳感器具有高精度的采樣；（2)抑制系統(tǒng)內(nèi)的各種噪聲干擾，t匕 如傳感器噪聲和電源噪聲等；(3)多關(guān)節(jié)信號采集，應(yīng)采用總線形式傳遞。（4)測量人體步 態(tài)行走，便于攜帶采用無線傳輸。
[0006] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下。
[0007] 人體運(yùn)動(dòng)信號的無線采集與實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)，包括信息采集單元、信息傳輸單元和 信息處理單元，所述信息采集單元設(shè)置在人體上，所述信息傳輸單元包括設(shè)置在人體上的 Zigbee子節(jié)點(diǎn)和遠(yuǎn)端上位機(jī)的Zigbee主節(jié)點(diǎn)，所述信息處理單元包括設(shè)置在人體上的 MSP430單片機(jī)、485芯片以及遠(yuǎn)端上位機(jī)、與遠(yuǎn)端上位機(jī)相連的計(jì)算機(jī)。所述信息處理單元 所采集的信號交給MSP430單片機(jī)和485芯片處理，經(jīng)過處理的信號通過485總線的形式和 帶有485接口的Zigbee子節(jié)點(diǎn)連接，人體上的Zigbee子節(jié)點(diǎn)將信號傳輸給遠(yuǎn)端上位機(jī)的 Zigbee主節(jié)點(diǎn)，遠(yuǎn)端上位機(jī)對信號進(jìn)行解算與實(shí)施圖形化顯示，并與計(jì)算機(jī)相連由計(jì)算機(jī) 對信號做進(jìn)一步處理。
[0008] 進(jìn)一步地，所述信息采集單元包括位移信息采集模塊和生理信息采集模塊。
[0009] 進(jìn)一步地，所述位移信息采集模塊包括加速度計(jì)、陀螺儀和地磁傳感器。
[0010] 進(jìn)一步地，所述生理信息采集模塊包括心率傳感器、血壓傳感器、肌肉電位傳感 器。
[0011] 進(jìn)一步地，設(shè)置在人體同一個(gè)部位的信息采集單元、MSP430單片機(jī)、485芯片和 Zigbee子節(jié)點(diǎn)集成在一塊電路板，形成一個(gè)測量節(jié)點(diǎn)。
[0012] 本實(shí)用新型的有益效果是，可以實(shí)時(shí)利用加速度傳感器、陀螺儀、地磁傳感器對人 體的運(yùn)動(dòng)信號如運(yùn)動(dòng)速度、加速度、地磁信號等信號進(jìn)行采集與分析，通過Zigbee無線通 訊技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行無線傳輸，同時(shí)上位機(jī)對信號進(jìn)行解算與實(shí)施圖形化顯示，攜帶方便，實(shí) 時(shí)性好，可為相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用提供技術(shù)數(shù)據(jù)支持。
[0013] 實(shí)現(xiàn)了用綜合同步方法采集同時(shí)發(fā)生的各種人體體質(zhì)數(shù)據(jù)（如：心率、肌電等參 數(shù)）、各種人體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)（如：速度、加速度、位移、力值、時(shí)間等參數(shù)）；用系統(tǒng)控制操作軟 件即時(shí)合成存儲(chǔ)；用實(shí)時(shí)直播和回放2種模式播放用綜合同步方法采集的各種人體體質(zhì)數(shù) 據(jù)（如：心率、肌電、腦電等參數(shù)）、各種人體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)（如：速度、加速度、位移、力值等參 數(shù)）

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1是人體攜帶測量節(jié)點(diǎn)的側(cè)面圖。
[0015] 圖2是人體攜帶測量節(jié)點(diǎn)的正面圖。
[0016] 圖3是基于zigbee技術(shù)數(shù)據(jù)的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)示意圖。
[0017]圖4是本實(shí)用新型所提供的人體運(yùn)動(dòng)信號的無線采集與實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)功能流程 框圖。
[0018] 附圖標(biāo)記：1.上肢肩關(guān)節(jié)測量節(jié)點(diǎn)一，2.上肢肘關(guān)節(jié)測量節(jié)點(diǎn)一，3.下肢胯關(guān)節(jié) 測量節(jié)點(diǎn)一，4.下肢膝關(guān)節(jié)測量節(jié)點(diǎn)一，5.上肢肩關(guān)節(jié)測量節(jié)點(diǎn)二，6.上肢肘關(guān)節(jié)測量節(jié) 點(diǎn)二，7.下肢胯關(guān)節(jié)測量節(jié)點(diǎn)二，8.下肢膝關(guān)節(jié)測量節(jié)點(diǎn)二，9. Zigbee子節(jié)點(diǎn)，10. Zigbee 主節(jié)點(diǎn)，11.遠(yuǎn)端上位機(jī)。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。
[0020] 人體運(yùn)動(dòng)信號的無線采集與實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)，包括信息采集單元、信息傳輸單元和 信息處理單元，所述信息采集單元設(shè)置在人體上，所述信息傳輸單元包括設(shè)置在人體上的 Zigbee子節(jié)點(diǎn)和遠(yuǎn)端上位機(jī)的Zigbee主節(jié)點(diǎn)，所述信息處理單元包括設(shè)置在人體上的 MSP430單片機(jī)、485芯片以及遠(yuǎn)端上位機(jī)、與遠(yuǎn)端上位機(jī)相連的計(jì)算機(jī)。所述信息處理單元 所采集的信號交給MSP430單片機(jī)和485芯片處理，經(jīng)過處理的信號通過485總線的形式和 帶有485接口的Zigbee子節(jié)點(diǎn)連接，人體上的Zigbee子節(jié)點(diǎn)將信號傳輸給遠(yuǎn)端上位機(jī)的 Zigbee主節(jié)點(diǎn)，遠(yuǎn)端上位機(jī)對信號進(jìn)行解算與實(shí)施圖形化顯示，并與計(jì)算機(jī)相連由計(jì)算機(jī) 對信號做進(jìn)一步處理。所述信息采集單元包括位移信息采集模塊和生理信息采集模塊。所 述位移信息采集模塊包括加速度計(jì)、陀螺儀和地磁傳感器。所述生理信息采集模塊包括心 率傳感器、血壓傳感器、肌肉電位傳感器。設(shè)置在人體同一個(gè)部位的信息采集單元、MSP430 單片機(jī)、485芯片和Zigbee子節(jié)點(diǎn)集成在一塊電路板，形成一個(gè)測量節(jié)點(diǎn)。
[0021] 在圖1中，在人體上肢下肢各主要運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)布置8個(gè)獨(dú)立的測量節(jié)點(diǎn)，各測量節(jié)點(diǎn) 包括加速度傳感器、陀螺儀、地磁傳感器以及其他信號采集模塊、MSP430單片機(jī)、485芯片 和Zigbee子節(jié)點(diǎn)，各測量節(jié)點(diǎn)通過獨(dú)立的電源供電，可獨(dú)立工作。
[0022] 在圖2中，展現(xiàn)的是人體攜帶后的正面示意圖，圖中可看出，各測量節(jié)點(diǎn)獨(dú)立分 布，人體攜帶方便，不影響人體運(yùn)動(dòng)。
[0023] 在圖3中，系統(tǒng)利用Zigbee無線傳輸技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)，各子節(jié)點(diǎn)具有自己獨(dú)立的發(fā) 射模塊，在接收端利用與上位機(jī)連接的Zigbee主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收，上位機(jī)內(nèi)的解算程序 對實(shí)時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行解算進(jìn)行圖形化顯示。
[0024] 在圖4中，系統(tǒng)下位機(jī)采用MSP430單片機(jī)進(jìn)行傳感器數(shù)據(jù)的采集，同時(shí)利用抗干 擾能力和組網(wǎng)能力強(qiáng)的485信號進(jìn)行傳輸，基于Zigbee無線通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)下位機(jī)與上位機(jī) 之間的通訊，上位機(jī)通過解算程序數(shù)據(jù)信號進(jìn)行解算及圖像化顯示。
【權(quán)利要求】
1. 人體運(yùn)動(dòng)信號的無線采集與實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)，其特征在于，包括信息采集單元、信息傳 輸單元和信息處理單元，所述信息采集單元設(shè)置在人體上，所述信息傳輸單元包括設(shè)置在 人體上的Zigbee子節(jié)點(diǎn)和遠(yuǎn)端上位機(jī)的Zigbee主節(jié)點(diǎn)，所述信息處理單元包括設(shè)置在人 體上的MSP430單片機(jī)、485芯片以及遠(yuǎn)端上位機(jī)、與遠(yuǎn)端上位機(jī)相連的計(jì)算機(jī)，所述信息采 集單元包括位移信息采集模塊和生理信息采集模塊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述位移信息采集模塊包括加速度計(jì)、陀 螺儀和地磁傳感器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述生理信息采集模塊包括心率傳感器、 血壓傳感器、肌肉電位傳感器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)置在人體同一個(gè)部位的信息采集單元、 MSP430單片機(jī)、485芯片和Zigbee子節(jié)點(diǎn)集成在一塊電路板。
【文檔編號】A61B5/0488GK203898286SQ201420256422
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年5月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月19日
【發(fā)明者】向馗, 王士濤, 李寧, 唐志偉 申請人:武漢理工大學(xué)