CN102973275A

CN102973275A - 一种人体运动状态的采集系统及采集方法

Info

Publication number: CN102973275A
Application number: CN2012104569690A
Authority: CN
Inventors: 马建; 冯典; 田野
Original assignee: WUXI SMART SENSING STARS TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Beijing wisdom Technology Service Co., Ltd.
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2012-11-14
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2032-11-14
Also published as: CN102973275B

Abstract

本发明提供了一种人体运动状态采集系统，该系统包括手机、与手机连接的耳机，以及连接在手机和耳机之间的加速度采集装置，所述的加速度采集装置包括用于采集运动加速度信号的数据采集模块、将采集到的运动加速度信号转换为数字信号的数据处理模块，以及用于控制数据采集模块采集数据并且将数字信号发送到手机的控制模块。本发明的人体运动状态采集系统是独立于手机的运动状态检测系统，它将加速度传感器，特别是三轴加速度传感器从手机中独立出来，用耳机线连接加速度传感器于耳机和手机耳机插孔之间，这样不仅能大大避免翻转等动作的发生，提高了测量的准确性和使用性。

Description

一种人体运动状态的采集系统及采集方法

技术领域

本发明涉及一种人体运动状态采集系统及检验人体运动状态的方法，具体地，涉及一种使用三轴加速度采集装置采集人体运动状态的采集系统，属于仪器仪表技术领域。

背景技术

加速度采集装置是一种可以对物体运动过程中的加速度进行测量的电子设备。通过使用它可以测量由于重力引起的加速度，可以计算出设备相对于水平面的倾斜角度。通过分析动态加速度，可以分析出设备移动的方式。在进入手机等消费电子市场前，实际已广泛应用于汽车电子领域，如车身操控、安全气囊等。加速度采集装置原理简单，价格便宜，测量数据也很精确，可进行大范围部署。

在申请号为200710191248.0的中国专利申请中披露了一种姿态及运动感应系统及用该系统的便携式电子设备。该设备包括可执行的应用程序，其中包括一种姿态及运动感应系统包括：提供第一组关于便携式电子设备姿态变化信号的三轴加速度计，提供第二组关于便携式电子设备姿态变化信号的三轴磁传感器，还包括一种为该应用程序产生输入信号的输入系统。输入系统包括：存储器、集成到该设备上的加速器、集成到该设备上的磁传感器，以及与存储器、加速度计、磁传感器配套运行的处理器用来执行应用程序，输入信号的计算程序，以及对来自加速计和磁传感器的信号进行校正的程序。

但是，以上设备由于三轴加速度采集装置是对X、Y、Z三个轴的加速度进行测量，所以它的测量值会受到坐标系相对位置的影响。

如今，在手机中集成了三轴的加速度采集装置，通过它可以测量出手机持有者的运动状态。但由于人们往往将手机放置于口袋中，在运动过程中会出现翻转等情况，三轴加速度传感器所测量的值也会随着这些翻转动作的发生而产生较大改变，所以并不能准确的反映人体的运动状态。

因此，需要一种独立于手机的运动状态检测装置。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种基于三轴加速度采集装置的人体运动状态采集系统，该系统解决了内置手机加速度采集装置由于手机运动导致测量用户运动状态不准确的问题。

根据本发明的一个方面，提出了一种基于三轴加速度采集装置的人体运动状态采集系统，该系统包括手机、与手机连接的耳机，以及连接在手机和耳机之间的加速度采集装置，所述的加速度采集装置包括用于采集运动加速度信号的数据采集模块、将采集到的运动加速度信号转换为数字信号的数据处理模块，以及用于控制数据采集模块采集数据并且将数字信号发送到手机的控制模块。

优选地，所述的手机、耳机以及加速度采集装置之间线连接。

优选地，所述的加速度采集装置的一端连接到手机的耳机插孔，加速度采集装置的另一端布置有与耳机插头相连接的插孔；或者，所述的加速度采集装置的一端连接到手机的耳机插孔，加速度采集装置的另一端布置有与无线耳机插孔相连接的插头。

优选地，所述的加速度采集装置还包括存储数据处理模块处理得到数字信号的存储模块。

优选地，所述的加速度采集装置包括用来采集在X、Y和Z三个方向运动加速度信号的数据采集模块，以及将采集到的X、Y和Z三个方向运动加速度信号分别转化为数字信号的数据处理模块。

优选地，在X方向的数据采集模块、Y方向的数据采集模块和Z方向的数据采集模块周边的电路中还布置了去波纹和噪声的电路。

优选地，数据处理模块包括A/D数模转换器和微处理器，其中A/D数模转换器用于将传感器的模拟信号输出转换为数字信号，微处理器用于将得到的数据包结构进行封装。

优选地，所述耳机包括四段与加速度采集装置连接的线路，其中的三段线路分别传输X、Y和Z方向的数据，第四段线路用来传输手机中传出的语音数据。

本发明另一方面提供了一种用于采集人体运动状态的方法，该方法包括以下步骤：首先通过加速度采集装置的控制模块控制数据采集模块采集人体运动的加速度信号，再将采集到的加速度信号转化为数字信号，并且将数字信号发送到手机中。

优选地，该方法包括以下步骤：

a)首先通过加速度采集装置的控制模块选择两种工作模式中的一种；

b)再通过加速度采集装置的控制模块控制数据采集模块采集人体运动的加速度信号；

c)将采集到的加速度信号通过数据处理模块转化为数字信号；

d)基于任一种工作模式将步骤c得到的数字信号直接传输到手机中；或者首先存储到加速度采集装置的存储模块中，再传输到手机中；其中，两种模式中：第一种是通过控制模块自动将步骤c得到的数据信号直接传输到手机中；第二种是通过控制模块手动控制，将步骤c得到的数据信号首先存储到加速度传感器中，再传输到手机中。

本发明的有益效果在于：本发明人体运动状态采集系统包括手机、与手机连接的耳机，以及连接在手机和耳机之间的加速度采集装置，其中的加速度传感器，特别是三轴加速度传感器从手机中独立出来，用耳机线连接加速度传感器于耳机和手机耳机插孔之间，这样不仅能大大避免翻转等动作的放生，提高了测量的准确行和使用性，而且并不干扰用户使用耳机，用户可以在听音乐时使用本发明来记录个人的运动状态，比一般的记录器更方便使用。

附图说明

图1表示本发明实施例1的人体运动状态采集系统的图示。

图2表示本发明加速度采集装置的各个模块之间的关系图。

图3表示本发明数据采集模块的电路图。

图4表示本发明电源模块的电路图。

图5表示本发明线控耳机电路图。

图6表示本发明控制模块的控制流程图。

图7表示本发明加速度采集装置的中断处理程序。

图8表示本发明中的数据包。

图9表示本发明实施例2的人体运动状态采集系统的图示。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的人体运动采集系统进行详细描述。实施例仅用于解释本发明，不用于限制本发明，在本发明保护范围内所做的修改、替换都在本发明的保护范围内。

实施例1

图1示出本发明的人体运动状态采集系统的图示，该人体运动状态采集系统包括手机1、加速度采集装置2以及耳机3，加速度采集装置2的一端有连接线21，该连接线的插头23连接到手机1的插孔11。在加速度采集装置2的另一端有插孔22，耳机3的耳机线31的插头32插入到插孔22。

图2中本发明的加速度采集装置2包括数据采集模块、数据处理模块、控制模块和存储模块。其中，该数据采集模块包括X方向的数据采集模块，Y方向的数据采集模块和Z方向的数据采集模块。该数据采集模块连接数据处理模块和控制模块，将采集到的三个方向的数据发送给数据处理模块，并且接收控制模块发送的指令。数据处理模块用于接收数据采集模块发送的三个方向的数据，将其进行数模变换和处理，转给手机或者存储模块。数据采集模块还用于接收控制模块发送的指令。

其中，数据采集模块在获得以上三个方向的运动加速度信号后，还将这些信号传输到数据处理模块。数据处理模块包括A/D数模转换器和微处理器，其中A/D数模转换器用于将传感器的模拟信号输出转换为数字信号，微处理器用于将得到的数据包结构进行封装。

其中，微处理器接收控制模块发出的指令，将数据直接通过耳机线发送给手机或者将数据存储的存储器中，之后进行删除或者发送给手机。

本发明的加速度采集装置还包括用来提供能量的电源。

因为本发明的数据采集模块一共采集X、Y和Z三个方向的数据，所以本发明的耳机一共有四段与加速度传感器连接的线路，其中的三段线路分别连接X、Y和Z方向的数据，第四段线路是用来连接手机中传出的声音。另外，加速度采集装置将一共有两种回传模式，第一种进行实时传输，也就是将X、Y、Z三组输出进行A/D数模转换后，再进入微处理器得到的封装数据包结构在控制模块的控制下通过语音传输线传回手机；第二种是将X、Y和Z三组输出进行A/D数模转换后，再进入微处理器得到的封装数据包结构在控制模块的控制下首先进行存储，再按照控制模块的指令通过语音传输线传回手机，同样也可以满足数据的完整性和准确性。

另外，因为本发明的数据采集模块中包括X方向数据采集模块、Y方向数据采集模块和Z方向数据采集模块，由于这三组的数据均是模拟信号输出，所示本发明在其周围设计了去波纹和噪声的电路，保证其输出信号的可读性。

如图3所示，数据采集模块包括X、Y和Z三个方向的数据采集模块以及周边的电路，这三个方向的数据采集模块即为三个方向的加速度传感器。三个方向的加速度传感器将输出X、Y、Z三个方向的加速度信号。

图4示出加速度采集装置的电源模块。其中，二极管D1串联在电路中，防止电源反接，起到保护电路的作用。接口J3为4.3V（5-0.7V）的锂离子电池充电接口。为了降低电源的纹波系数，电源管理电路中还采用了电容滤波电路。

如图5所示，本发明的线控耳机可以传输数字信号，根据耳机的国家标准，语音传输线直接与麦克风（MIC）相连，而手机麦克风直接与手机的中央处理器（CPU）相连，这样使用者可以使用手机端软件读取本装置传回的加速度数据，并进行运动状态的判断。

如图6所示，控制模块有两个按键，第一按键（KEY 2）是模式选择键，可使加速度传感器处于自动或者手动的工作方式。当第一按键（KEY2）没有按下时，采集模块处于自动方式，采集与无线传输同步进行；当第一按键（KEY2）按下时，采集模块处于手动方式，则先把加速度数据存储到存储器中，再按下第二按键，也就是数据发送开始键（KEY3）启动发送。

第二按键（KEY3）是数据采集开始/停止键，用来控制数据采集的开始、停止及手动工作模式时采集完毕后的数据发送。

在工作过程中，首先决定是否按下第一按键（KEY2）选择工作模式。

当按下第一按键（KEY2）时，发射端就工作在手动方式下，等第二按键（KEY3）按下，首先由数据采集模块进行人体运动加速度信号的采集，再将采集到的运动加速度信号在数据处理模块中处理为数字信号，并且将转化为的运动加速度数字信号存储在数据存储器模块中，待处理的数字信号的数目超过6000个时，再次按下第二按键（KEY3）数据存储模块中的数字信号就可以发送到手机的接收端。

当第一按键（KEY2）没有按下时，直接按下第二按键（KEY3），首先由数据采集模块进行人体运动加速度信号的采集，再将采集到的运动加速度信号在数据处理模块中处理为数字信号，等按下第二按键（KEY3）后，系统可以向手机接收端发送数据。当处理的数字信号小于6000个时，可以直接进行发射；当处理的数字信号超过6000个时，停止发送。

使用者可以在按下第二按键（KEY3）之前利用这段时间校正加速度传感器的佩戴位置，在数据的发送过程中，首先发送前导言，紧接着发送运动加速度数据，最后发送循环冗余校验码。

在控制模块向手机接收端每次发射完一个数据包后，就会等待手机接收端的回应信号。在本次设计中，规定正确的回应信号为“0X42”，也就是说，如果控制模块正确地接收到了接收模块的回应信号“0X42”，就给LED指示灯一个低电平使其发亮；否则，就给LED指示灯一个高电平使其熄灭。当采集到的运动加速度数据个数达到6000个，就不再向手机的接收端发送。

本发明中的手机接收端也就是手机端的控制程序流程图与发射端类似。与发射程序相同，如果接收端及时收到了前导言，紧接着就接收并存储运动加速度数据以及循环冗余校验码，并根据循环冗余校验码对接收到的数据进行校验。若不正确，就重新开始接收数据。若正确就发送回应信号“0x42"，同时把运动加速度数据通过串口送给手机的处理器进行处理。

图7中为加速度采集装置的中断处理程序流程图。中断由16位定时／计数器中的Timer0来控制，在Timer0初始化程序中，设置TL0=0xCD，TH0=0xEC，控制主程序每4ms产生一次中断。在中断处理中，加速度采集装置的数据处理模块依次对X轴、Y轴和Z轴三个方向上的信号进行A／D采样和转换。

图8是本发明的加速度采集装置经过数据处理模块得到的数据包的结构，将按照X、Y、Z的顺序将采集到的数字信号发送给手机，然后三个一组进行分析，这样能保证数据的完整性和准确性。

实施例2

图9示出本发明的人体运动状态采集系统的图示，该人体运动状态采集系统包括手机100、加速度采集装置200以及耳机300。加速度采集装置200的一端有连接线210，该连接线的插头211连接到手机100的插孔101；加速度采集装置200的另一端有连接线220，该连接线的插头221连接到耳机300的插孔301。

最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法进行限制，本发明在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围内。

Claims

1.一种人体运动状态采集系统，其特征在于，该系统包括手机、与手机连接的耳机，以及连接在手机和耳机之间的加速度采集装置，所述的加速度采集装置包括用于采集运动加速度信号的数据采集模块、将采集到的运动加速度信号转换为数字信号的数据处理模块，以及用于控制数据采集模块采集数据并且将数字信号发送到手机的控制模块。

2.根据权利要求1所述的人体运动状态采集系统，其特征在于，所述的手机、耳机以及加速度采集装置之间线连接。

3.根据权利要求2所述的人体运动状态采集系统，其特征在于，所述的加速度采集装置的一端连接到手机的耳机插孔，加速度采集装置的另一端布置有与耳机插头相连接的插孔；或者，所述的加速度采集装置的一端连接到手机的耳机插孔，加速度采集装置的另一端布置有与无线耳机插孔相连接的插头。

4.根据权利要求1所述的人体运动状态采集系统，其特征在于，所述的加速度采集装置还包括存储数据处理模块处理得到数字信号的存储模块。

5.根据权利要求4所述的人体运动状态采集系统，其特征在于，所述的加速度采集装置包括用来采集在X、Y和Z三个方向运动加速度信号的数据采集模块，以及将采集到的X、Y和Z三个方向运动加速度信号分别转化为数字信号的数据处理模块。

6.根据权利要求5所述的人体运动状态采集系统，其特征在于，在X方向的数据采集模块、Y方向的数据采集模块和Z方向的数据采集模块周边的电路中还布置了去波纹和噪声的电路。

7.根据权利要求1所述的人体运动状态采集系统，其特征在于，数据处理模块包括A/D数模转换器和微处理器，其中A/D数模转换器用于将传感器的模拟信号输出转换为数字信号，微处理器用于将得到的数据包结构进行封装。

8.根据权利要求1所述的人体运动状态采集系统，其特征在于，所述耳机包括四段与加速度采集装置连接的线路，其中的三段线路分别传输X、Y和Z方向的数据，第四段线路用来传输手机中传出的语音数据。

9.一种用于采集人体运动状态的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：首先通过加速度采集装置的控制模块控制数据采集模块采集人体运动加速度信号，再将采集到的加速度信号转化为数字信号，并且将数字信号发送到手机中。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

d)基于任一种工作模式将步骤c得到的数字信号直接传输到手机中；或者首先存储到加速度采集装置的存储模块中，再传输到手机中；

其中，两种模式中：第一种是通过控制模块自动将步骤c得到的数据信号直接传输到手机中；第二种是通过控制模块手动控制，将步骤c得到的数据信号首先存储到加速度采集装置中，再传输到手机中。