CN102662468B - 一种体感鞋及其人机交互方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种体感鞋及其人机交互方法，属于电子信息、自动化与计算机领域。所述的体感鞋主要包括一个采用无线技术的上位机接收模块和设置在一双鞋上的无线传感综合模块，所述的无线传感综合模块用于采集用户脚步移动、转动、跳跃等运动信息，并将运动信息以无线方式传输给上位机接收模块，与终端设备间实现交互。本发明在普通鞋子或者运动鞋上安装无线传感综合模块，通过左右两只鞋子的运动信息来替换键盘和鼠标操作，提供了一种新颖的人机交互方式。采用加速度计和数字陀螺，制作成本低，易于大规模的生产实践。具有功耗低，使用时间长的优点。

Description

一种体感鞋及其人机交互方法

技术领域

本发明涉及一种基于传感器与电子通讯技术的新型体感鞋子及其在人机交互应用中的实现方法，属于电子信息、自动化与计算机领域。

背景技术

传统的鞋子仅仅作为服饰的一个品种，大大制约了其在社会生活中的应用范围和前景。随着科学技术的不断发展，体感游戏与互动应用方兴未艾。目前国内外较为著名的体感应用有：联想公司的3D体感控制器鼠标，任天堂的wii游戏主机，微软的XBOXKinect等。而这些应用并没有和现实中真正的鞋子联系在一起，目前仅有苹果与NIKE合作的nike+是与鞋子相关的，但是Nike+的传感器只能计算步数，配合苹果公司的软件平台以显示户外运动时人体所运动的时间、距离、速度与消耗的卡路里等，产品定位于健身的辅助工具。而在室内活动以及家庭娱乐生活中，目前还没有一款可以将传感技术以及无线通讯技术相结合的体感鞋子，用以代替游戏控制器或者传统的用于人机交互的键盘和鼠标。

发明内容

本发明设计实现了一种可以代替传统人机交互手段的鞋，定位于一种基于传感器与无线通讯技术的新型体感鞋，这种体感鞋将通过无线通讯技术与PC、手机、电视、平板电脑等人机交互终端设备相连接，用于代替传统的人机交互方式，尤其在体感应用领域，弥补了体感领域没有体感鞋的空白，并给出了相应的人机交互的实现方法。本发明提供的体感鞋，能够检测人双脚在三维空间内的移动和转动信息，通过无线传输和信息的二次处理，可用来代替传统的鼠标键盘等操作模式，尤其对于各类休闲娱乐的游戏应用，提供一种新颖的控制方式，将人机交互操作与运动有机结合。特别地，本发明中为每个用户双脚分别安装有差别的无线传感综合模块，并设计相应的无线传输数据结构用于区别传输脚步移动和转动信息；并在人机交互的终端设备上，基于有限状态机组的方式，实现了双脚运动信息与人机交互控制指令的映射，用以更好的控制应用程序执行相应的指令；并进一步设计了多个节点入网的综合控制方法，实现了多个用户同时进行人机交互。本发明为传统的制鞋业提供一种新型的信息科技类产品，通过该产品将人体双脚运动与人机交互系统有机结合，带来了更好的人机交互体验，设计并实现了多人互连互动的一种控制方法。

所述的有限状态机组是由两个有限状态机组成的，可以反映更多的状态，每个有限状态机分别对应每只鞋上安装的无线传感综合模块，因此每个有限状态机的结构功能相同，只是同时间可能有不同的状态对应每只鞋（如左右两双鞋）的特定运动信息。

本发明所述的用于人机交互的体感鞋主要包括一个采用无线技术的上位机接收模块和设置在一双鞋上的无线传感综合模块，所述的无线传感综合模块用于采集用户脚步移动、转动、跳跃等运动信息，并将运动信息以无线方式传输给上位机接收模块。所述的无线传感综合模块包括加速度传感器、角度传感器、信号调理单元、中央处理单元、无线传输模块和电源单元，通过鞋底的卡槽进行安装设置。所述的上位机接收模块包括无线传输模块、USB/UART接口转换芯片、电源芯片以及USB接口，所述的上位机接收模块中的无线传输模块接收无线传感综合模块中的无线传输模块发送的运动信息，并通过USB/UART接口转换芯片转换为可以通过USB接口输出的形式，所述的USB接口直接与终端设备连接，可实现即插即用。

本发明中将设置有卡槽的鞋作为存放无线传感综合模块的载体，用户双脚运动信息通过鞋上的无线传感综合模块采集处理后传输。在设计上，左右脚每只鞋子底部有卡槽，便于无线传感综合模块的安装和固定。即鞋子本身与无线传感综合模块可分离，目的在于便于鞋子的清洗，而不会损坏电子设备；此外，便于给无线传感综合模块充电。

无线传感综合模块作为采集用户两只脚的运动信息的核心模块，其包括以下关键子模块：

（1）基于三轴加速度计的三自由度的加速度传感器；（2）基于数字陀螺的旋转角度传感器；（3）基于单片机的中央处理单元;（4）基于无线传输模块的信号发送和接收单元，其中的发送单元设置在无线传感综合模块上用于发送运动信息，接收单元设置的上位机接收模块上用于接收运动信息，这样就可以实现无线传感综合模块与上位机接收模块之间的通讯；（5）独立供电的可充放电源单元。无线传感综合模块用于采集用户的双脚在空间内的三个自由度上的位移信息，以及转动信息，然后通过以单片机作为核心的中央处理单元，最后将经过处理的信息利用无线传输模块以无线信号的方式发送出去给上位机接收模块。中央处理单元选用自带高精度AD采集以及看门狗的单片机芯片。AD采集用于获得经过调理的加速度传感器的电压输出，并还原为加速度信息，经过对时间的一次积分得到速度信息，经过对时间的第二次积分得到位移数据。看门狗用于当处理器程序跑飞或者处于死机状态时，看门狗将从硬件上对处理器进行强制复位，使处理器重新进入正常工作模式。其中无线传感综合模块内部设置有ROM用于存储出厂时的唯一标识SN号和左右鞋标识ID号，即每一块成品的模块都是依靠烧写进ROM的不同信息进行区分的，类似于产品的出厂序列号。

上位机接收模块，作为接收和处理鞋子中无线传感综合模块所发送运动信息的模块，其核心在于通过无线通讯协议，与无线传感综合模块建立连接并接收相关数据，提供用户左右鞋的移动、转动和跳跃等运动信息，以备各类应用平台使用，例如Windows系统，Andriod系统，苹果IOS系统等等。上位机接收模块将集成无线传输模块，并采用USB供电的即插即用方式，以适应那些本身不带无线传输模块接收功能的硬件系统，如普通台式机、笔记本等，同时对应Windows等平台。

基于上述带有无线传感综合模块的体感鞋，本发明还提供了一种人机交互方法。即在每个通讯周期中，上位机接收模块将每个用户的双脚运动数据，D_A(Δx_A,Δy_A,Δz_A,θ_A,SN_A,ID_A)，D_B(Δx_B,Δy_B,Δz_B,θ_B,SN_B,ID_B)，进行一个针对有限状态机组合的数据转换，将原始的运动信息变为两个或多个有限状态机的组合，表示用户的双脚移动状态。这里以单个用户的双脚运动信息为例进行说明：MA用以表示当前左脚运动信息的状态机，MB用以表示右脚运动信息的状态机，其数据结构为M(mx,my,mz,θ_z)，其中mx，my的取值有三个，分别为-1、0和1，mx=-1表示沿x轴负方向移动了，mx=1表示沿x轴负方向移动了，mx=0表示没有移动，my的取值与mx有相同含义；而mz的取值有两个，分别为0和1，我们认定用户是无法运动到地平面以下的，因此mz没有负值；θ_z取值为[0,360]，表示用户的脚步旋转角度；左脚运动信息状态机MA与右脚运动信息状态机MB组成了一个有限状态机组。通过状态机MA,MB的组合，即可进一步进行人机交互的具体操作与人体的脚步动作的映射，最终实现用人体双脚的移动来进行人机交互。

本发明特别为多用户同时进行人交互应用的情况，设计一个用来存储多个用户脚步移动信息的动态链表，链表由上位机搜索匹配时进行动态创建。加速度传感器和角度传感器的数据包中含有的SN这个唯一标识变量，将用以判断是否增加一个新的链表节点。每个链表节点数据结构中包含以下信息：一个类型为链表节点的指针，用以指向下一个链表节点；一组运动信息状态机MA和MB；唯一标识变量SN。

本发明为第三方开发人员提供可供调用的API函数，每次调用函数返回一个数据链表的头指针，链表中每个节点则是存储了一组运动信息状态机MA和MB以及相应标识SN，第三方开发者可通过遍历链表的方式获取连入上位机端的全部用户的运动信息。此外，第三方开发人员可以通过具体的人机交互的应用实例的要求，实现一个状态机组与具体控制指令的映射，用于控制应用程序实现具体的人机交互操作。

本发明还提供一种基于体感鞋的人机交互方法，可实现人机交互的体感鞋的数据采集和交互，具体包括以下步骤：

（1）启动无线传感综合模块的开关，用以开启电源，设备初始化；

（2）开启上位机接收模块，进行无线搜索，匹配周围存在的无线传感综合模块（子节点），开始自组网工作。若搜索到符合协议的无线传感综合模块，则自动进行连接，实现子节点的自动入网，并建立通讯连接；如果超过阈值时间T秒（可设），仍然没有搜索到可匹配的无线传感综合模块，则自动转入连接失败处理程序。搜索过程中，上位机接收模块通过子节点的SN号与ID号，进行脚部运动信息动态链表的创建；

（3）自组网成功并且通讯建立完毕后，以tms为通讯周期，上位机接收模块按通讯周期发送运动信息数据采集指令，中央处理单元开始采集脚步位移数据和旋转角度信息。

（4）中央处理单元对采集到的数据进行解算，还原出位移信息，并与角度信息一起作为运动信息数据存储于缓存中；左脚和右脚的三个坐标轴方向上的加速度，分别记作a_x，a_y，a_z，利用两次积分运算获得XYZ三个轴向上的位移Δx,Δy,Δz；利用数字陀螺，检测出用户双脚分别绕Z轴的转动角度，记作θ。

（5）中央处理单元将处理后的运动信息传递给无线传输模块发送给上位机接收模块。

（6）上位机接收模块按照设定的通讯周期，定时接收左右脚无线传输模块发送的运动信息，即接收下位机的无线传感综合模块传输过来的位移、角度等数据。下位机发送的左右脚运动信息数据是包含了脚步移动方向、移动位移大小、转动角度、跳跃高度等在内的一个固定数组，即前述的D_A(Δx_A,Δy_A,Δz_A,θ_A,SN_A,ID_A)，D_B(Δx_B,Δy_B,Δz_B,θ_B,SN_B,ID_B)。所有这些数据将在上位机接收模块进行运动信息与人体运动信息状态机MA,MB之间的映射转换。并按照SN号的标识，存入运动数据链表，以备后续调用操作使用。

（7）如果上位机接收模块通过直接控制发送结束指令，则采集与通讯工作流停止，并退出。

此外，本发明中的无线传感综合模块中的电池为内置锂电池，设计有充电接口和相应的充电器。用户在将无线传感综合模块从体感鞋中取出后，可以很方便的对其进行充电。且无线传感综合模块带有按键式开关，当用户开启通讯模式时，若超过一定时间Tend（可设）没有搜索到无线通讯信号，则中央处理单元中的单片机将控制整个系统自动断电，以节省电力消耗；并且在器件选择和系统设计方面注意了低功耗设计，尽可能延长一次充电后的使用时间，提供更好的用户体验。

本发明的优点在于：

1、在普通鞋子或者运动鞋上安装无线传感综合模块，通过左右两只鞋子的运动信息来替换键盘和鼠标操作，提供了一种新颖的人机交互方式。

2、本发明采用加速度计和数字陀螺，制作成本低，易于大规模的生产实践。

3、本发明采用低功耗设计方案，选用低功耗的加速度计、数字陀螺、无线传输模块等，具有功耗低，使用时间长的优点。

4、本发明中通过在鞋底设置卡槽来安装无线传感综合模块，可拆卸式的结构更加方便清洗鞋子和检查测试及维护无线传感综合模块。

5、本发明中采用左右两只鞋子或者多用户多只鞋子的信息组合，获得的信息更加丰富，可实现更多的输入信息指令组合。

附图说明

图1是本发明提供的体感鞋的总体结构示意图；

图2是本发明硬件系统总体结构示意图；

图3是本发明硬件系统工作流程图；

图4是本发明中子节点入网流程图；

图5是本发明中运动信息的采集和传输的工作流程图；

图6是本发明中上位机接收模块硬件组成；

图7是本发明的多用户脚步移动信息的动态链表建立流程图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供一种体感鞋，如图1所示，所述的体感鞋1的鞋底具有凹槽，凹槽中安装有无线传感综合模块2，结合图2，所述的无线传感综合模块2与上位机接收模块3之间无线连接，上位机接收模块3直接与PC机等终端设备连接。所述的无线传感综合模块2与上位机接收模块3进行通信，上位机接收模块3用于接收体感鞋1的运动信息，通过上位机软件将体感鞋的运动信息数据按一定的映射关系，转换为预先设定的人机交互操作指令。所述的运动信息包括有人体的双脚运动导致的体感鞋的位移、转动和跳跃信息，双脚分别对应着左右两只体感鞋，双脚的运动信息通过两只体感鞋上的无线传感综合模块进行采集和发送。所述的映射关系是指运动信息与操作指令之间的映射关系，人机交互操作指令根据用户的需要进行设定，不同的运动信息，分别可以对应击左键、击右键、上翻、下翻等操作指令。

本发明的硬件系统总体结构实现如附图2所示，包括无线传感综合模块和上位机接收模块，所述的无线传感综合模块包含加速度传感器、角度传感器、信号调理单元、中央处理单元、无线传输模块和电源单元；所述的加速度传感器的数据通过信号调理单元后，与角度传感器的角度数据一起经过中央处理器单元进行处理，通过无线传输模块的发送端发送给上位机接收模块；所述的电源单元分别连接加速度传感器、角度传感器、中央处理单元和无线传输模块，以提供稳定电源。所述的上位机接收模块包含无线传输模块，USB/UART接口转换芯片、电源芯片以及USB接口，所述的无线传输模块接收无线传感综合模块发送的运动信息，并通过USB/UART接口转换芯片转换为可以通过USB接口输出的形式，所述的USB接口直接与终端设备连接，实现即插即用。

所述的加速度传感器为三轴加速度计，采用KXR94加速度计芯片，KXR94是Kionix公司生产的三轴加速度计。该加速度计内部已经对温度和电压波动引起的偏差进行了设计补偿，因此由于电压和温度引起的偏差较小。该器件测量范围为±2g，灵敏度系数为560mV／g，非线性度为0.1％，工作电压为2.8～3.3V；该加速度计功耗很低，静态电流约1.1mA，可以满足整体设计的低功耗要求。KXR94三路输出分别代表X轴输出、Y轴输出、Z轴输出，提供给后续信号调理单元之后最终被中央处理单元的单片机AD采集。

所述的角度传感器采用ST公司的L3G4200D数字输出陀螺仪。该陀螺仪具有I2C/SPI数字输出接口，16比特率值的数据输出，2.4V～3.6V的宽电源工作电压，嵌入式power-down和睡眠模式，高抗撞击能力，可以满足设计的低功耗防撞击的要求。L3G4200D获得的角度信号可以直接传给中央处理单元中的单片机使用。

所述的中央处理单元的核心是单片机。单片机选用PIC18F2520。该单片机具有宽工作电压2.0～5.5V；具有10通道10位AD采集；低功耗，空闲模式下典型电流仅5.8uA；自带看门狗电路；支持SPI及I2C。中央处理单元通过所选单片机自带的AD采集三轴加速度传感器经过信号调理单元调理的输出信号，并直接接收数字陀螺仪的信号，通过所编写的内部解算程序获得体感信息，存入缓存中；之后，通过无线传输模块传输至上位机接收模块供上位机软件使用。工作过程如附图5所示，单片机初始化后开始采集加速度及角度信息，采集完毕后，进入数据解算程序，即将加速度解算为鞋子的位移，将位移信息和角度信息作为运动信息一起存入缓冲区中，并将运动信息向上位机接收模块发送。

无线传输模块采用ZigBee模块。ZigBee无线通信技术是一种低速率、低功耗、低复杂度、低成本的双向无线通信网络技术，可广泛应用于工业监控、安全系统、传感器网络、智能家居等领域。ZigBee的优势在于低功耗，相较蓝牙或者WiFi待机时间可提高几十倍；低成本，降低了对通讯控制器的要求，而且协议专利免费；高容量，一个主节点可以管理多个子节点，最多可达254个子节点；此外还具有短时延，高安全，免执照频段等优势。Zigbee模块可以满足设计应用的要求。无线传输模块包括发送和接收两部分，分别安装在无线传感综合模块以及上位机接收模块中，用于数据通信。

电源单元采用锂电池供电，并加入AMS1117-3.3作为电源稳压芯片，使电源单元输出稳定为3.3V，可以为单片机、三轴加速度计、数字陀螺仪及无线传输模块供电。AMS1117-3.3芯片输入电压范围4.75～12V，输出电压3.267～3.333V，输出电流1A，工作温度-40～125℃。电池采用可充电锂电池，容量800～1000mAh，工作电压6V，充放电次数可达500次，即使使用很频繁也可以保证至少一年的使用时间。

上位机接收模块主要包括了无线传输模块的接收部分、USB/UART接口转换芯片、电源芯片以及USB接口。如附图6所示。无线传输模块的接收部分主要用于接收无线传感综合模块发送过来的运动信息数据。而信号类型转换芯片为FT232R，FT232R为USB/UART转换芯片，其主要功能是在内部硬件逻辑作用下实现USB和一步串行数据传输接口的转换。芯片内部继承了1024位的EEPROM和多频率时钟发生器（6MHz，12MHz，24MHz，48MHz）。电源芯片采用上文提到的AMS1117-3.3，提供3.3V输出为FT232R和Zigbee模块供电。USB接口用于与终端设备如PC机相连，完成数据传输以及电源供电功能。

如附图3所示，采用上述的无线传感综合模块进行人机交互的工作流程包括如下步骤：

1.在上位机接收模块已经插入且PC机打开的情况下，打开无线传感综合模块电源；中央处理单元的单片机、加速度计、数字陀螺以及信号调理单元进行上电和初始化；

2.上位机接收模块开始自组网工作，子节点的入网流程如附图4所示，具体为：

（A）需接入的子节点上电并初始化，延时后，判断子节点是否收到信标帧，如果没有收到，则认为子节点入网失败；如果收到，则转（B）；

（B）监听信标帧选择主节点；

（C）下位机发送入网请求给上位机接收模块，如果下位机接收到主节点的回复，则转（D）；如果下位机没有接收到主节点回复，则转（E）；

（D）分配短地址给子节点，此时子节点入网成功；

（E）判断是否存在主节点，如果没有主节点则认为子节点入网失败，如果存在主节点，则返回（B）。

所述的子节点为需要接入的无线传感综合模块，所述的主节点为上位机接收模块，所述的下位机为需接入的子节点，也是无线传感综合模块。

3.组网成功后上位机接收模块发送运动信息采集指令，中央处理单元开始采集加速度传感器和角度传感器的数据；

4.中央处理单元的单片机对采集到的数据进行解算，对加速度数据还原出位移数据，将位移数据及角度数据作为运动信息数据存储于缓存中；

5.将缓存中数据通过无线传输模块进行传输，传输给上位机接收模块；

6.上位机接收模块接收数据后通过USB直接连接PC机等终端设备，进行保存等以备后续调用操作。

本发明在人机交互方法的具体实现主要针对用户的双脚分别采集运动数据的特点，并考虑到多用户同时互连进行人机交互的可行性，特别设计了双脚运动信息的数据结构，每只鞋子的传感器的采集数据将以六元组的方式传输，左脚的运动数据记作，D_A(Δx_A,Δy_A,Δz_A,θ_A,SN_A,ID_A),右脚数据记作D_B(Δx_B,Δy_B,Δz_B,θ_B,SN_B,ID_B)。为了便于对问题进行描述，这里将世界坐标系记作XYZ三个轴向，与三轴加速度传感器的轴向重合。其中Δx_A，Δy_A表示在地平面坐标系下，用户左脚的移动位移信息，变量类型为float型，物理含义为以分米为计量的位移；Δz_A表示在高度上用户左脚抬起的高度，变量类型为浮点型，物理含义为以分米为计量的位移；θ_A表示左脚围绕其Z轴所旋转的角度，变量类型为整型，物理含义是表示以°为单位的旋转角度；SN_A表示无线传感综合模块的序列号，该变量为长整型，是无线传感综合模块唯一表示，用以区分生产出的每双鞋子，便于后续的多人互连交互的入网以及识别；ID_A作为左脚的标识，变量类型为Bool型，0代表左脚，1代表右脚。同样的，右脚数据结构有类似的含义。

人机交互控制方法的实现主要在于，基于数据包D_A(Δx_A,Δy_A,Δz_A,θ_A,SN_A,ID_A)和D_B(Δx_B,Δy_B,Δz_B,θ_B,SN_B,ID_B)，设计一个有限状态机组，用多个状态机的组合表示用户的双脚移动状态，每个无线传感综合模块作为一个状态机。这里以单个用户的双脚运动信息为例进行说明：MA用以表示当前左脚运动信息的状态机，MB用以表示右脚运动信息的状态机，其数据结构为M(mx,my,mz,θ_z)，其中mx，my的取值分别为-1、0和1，mx=-1表示沿x轴负方向移动了，mx=1表示沿x轴正方向移动了，mx=0表示没有移动，my的取值与mx有相同含义；而mz的取值有两个，为0和1，对应沿Z轴正方向没有移动和沿Z轴正方向向上移动。我们认定用户是无法运动到地平面以下的，因此mz没有负值；θ_z取值为[0,360]，表示用户的脚步旋转角度；

数据结构中M的状态由mx，my，mz附加上θ_z共同决定，而mx，my，mz值则由(Δx,Δy,Δz)与其本身的当前状态共同决定，设mx当前状态用mx（k）表示，my当前状态用my（k）表示，mz当前状态用mz（k）表示；相应的，mx下一个状态用mx（k+1）表示，my下一个状态用my（k+1）表示，mz下一个状态用mz（k+1）表示。则mx的状态转换如表1所示：

表1中出现的阈值变量Dis，含义一个以分米为单位的正数。用来表示只有超过这个值的移动，才认为是用户脚步状态有了改变。例如当用户脚步出现微小移动时，我们认为用户并不是在改变状态，同时这种设计也是为了便于人机交互控制。

表1mx状态转换表

my的状态转换与mx相同，如下表2所示：

表2my状态转换表

mz状态换转如表3所示：

表3mz的状态转换表

左脚运动信息状态机MA与右脚运动信息状态机MB组成了一个有限状态机组。利用该有限状态机组MA和MB的当前状态，即可设计实现人机交互的映射，本实施例中，对于状态机MA、MB的组合，为了识别用户双脚在平面八个方位的移动以及跳跃动作，设计了如下映射表，以提供给计算机应用程序使用：

表4有限状态机组与具体人机交互动作映射表

表4中NULL代表忽略旋转角度，该表仅仅是在平面内的八个方向以及跳跃上对脚部动作状态机组和人机交互的具体动作给出了一个具体的映射实现。具体的应用程序可以根据需求，参考动作列表中的映射完成人机交互操作。例如：诸如跳舞毯等游戏的人机交互操作，本表所涵盖的动作完全可以给予实现。而实际应用中根据各个状态变量的组合，可以衍生出更多的人机交互动作，针对具体的应用该映射表还有很大的动态扩充空间。

本发明特别为多用户同时进行人交互应用的情况，设计一个用来存储多个用户脚步移动信息的动态链表，链表由上位机搜索匹配时进行动态创建。加速度传感器和角度传感器的数据包中含有的SN这个唯一标识变量，将用以判断是否增加一个新的链表节点。每个链表节点数据结构中包含以下信息：一个类型为链表节点的指针，用以指向下一个链表节点；一组状态信息MA和MB；唯一标识变量SN，并以函数调用方式获得链表的头节点和下一个节点。具体的链表设计为：数据链表节点包括节点标识（long(idl)）、左脚状态MA、右脚状态MB、头节点指针Pfirst和下一个节点指针Pnext。

对于具体的每个无线传感综合模块进行子节点入网操作时，多用户脚步移动信息的动态链表建立流程如图7所示，首先查询是否有子节点入网；如果存在对应的SN号，则查询链表，将数据包存入该SN号标识的节点；如果不存在对应的SN号，则判断链表是否为空，如果是，则创建链表表头，重新查询子节点入网；如果不为空，则添加新的链表节点；判断查询是否超时，如果超时则停止入网操作，如果不超时，则继续查询是否有子节点入网。多用户脚步移动的信息在每周期更新后，按照表4所设计的映射关系，即可得到多个用户的人机交互的具体操作，提供给具体的多用户交互软件应用使用。

上述实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (1)

1.基于体感鞋的人机交互方法，其特征在于如下步骤：

第一步，启动体感鞋上的无线传感综合模块的开关，用以开启电源，对加速度传感器、角度传感器、中央处理器和无线传输模块供电并进行初始化；

第二步，开启上位机接收模块，进行无线搜索，开始自组网工作；

第三步，自组网成功后，上位机接收模块发送运动数据采集指令，中央处理单元开始采集加速度传感器和角度传感器的数据；

第四步，中央处理单元的单片机对采集到的数据进行解算，还原出位移及其角度信息，并作为运动信息数据存储于缓存中；

第五步，中央处理单元将缓存中的运动信息数据通过无线传输模块发送给上位机模块；

第六步，上位机接收模块接收数据后，按照运动信息与人机交互指令之间的映射关系，实现人机交互操作；

所述的运动信息以六元组的方式传输，左脚的运动数据记作D_A(Δx_A,Δy_A,Δz_A,θ_A,SN_A,ID_A),右脚数据记作D_B(Δx_B,Δy_B,Δz_B,θ_B,SN_B,ID_B)，世界坐标系记作XYZ三个轴向，与三轴加速度传感器的轴向重合，其中Δx_A，Δy_A表示在地平面坐标系下，左脚的移动位移信息，Δx_B，Δy_B表示在地平面坐标系下，右脚的移动位移信息；Δz_A和Δz_B分别表示在高度上左脚和右脚抬起的高度；θ_A和θ_B分别表示左脚和右脚围绕其Z轴所旋转的角度；SN_A和SN_B分别表示每只鞋子上安装的无线传感综合模块的序列号；ID_A和ID_B分别作为左脚和右脚的标识，0代表左脚，1代表右脚；

所述的运动信息采用状态机的组合表示用户的双脚移动状态，MA用以表示当前左脚运动信息的状态机，MB用以表示右脚运动信息的状态机，其数据结构为M(mx,my,mz,θ_z)，其中mx，my的取值分别为-1、0和1，mx＝-1表示沿x轴负方向移动了，mx＝1表示沿x轴正方向移动了，mx＝0表示没有移动，my的取值与mx有相同含义；而mz的取值有两个，为0和1，对应沿Z轴正方向没有移动和沿Z轴正方向向上移动；θ_z取值为[0,360]，表示用户的脚步旋转角度；左脚运动信息状态机与右脚运动信息状态机组成了一个有限状态机组，通过状态机MA,MB的组合，进行人机交互的具体操作与人体的脚步动作的映射，最终实现用人体双脚的移动来进行人机交互。