CN104656094A - 一种便携式步态信息采集装置 - Google Patents

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余韬
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Abstract

一种便携式步态信息采集装置，涉及信息采集装置。设有肌电信号模块、陀螺仪模块、激光测距仪、足底压力传感器、微处理器、SD卡模块、显示屏，肌电信号模块设有差分放大器、模拟多路复用器、A/D转换器和数字控制器；差分放大器输入端接肌电信号检测电极片，差分放大器输出端接复用器输入端，复用器输出端接A/D转换器输入端，A/D转换器输出端接数字控制器，数字控制器接复用器通道选择信号输入端，数字控制器输出端与第一微处理器通信并接第一SD卡模块；陀螺仪模块与第二微处理器I/O口相连，测距仪与第二微处理器的A/D转换接口相连，传感器与第二微处理器A/D转换接口相连，第二微处理器输出端口接第二SD卡模块和显示屏。

Description

一种便携式步态信息采集装置
技术领域
本发明涉及信息采集装置，尤其是涉及应用SD卡存储数据的一种便携式步态信息采集装置。
背景技术
由于疾病和老年化的影响，很多人都因此而丧失了正常的行动能力，他们都渴望能够摆脱轮椅，希望自己能跟我们一样自由地站立，自由地走动。于是，国内外很多科学家都纷纷地投入到智能假肢的研究中。在研究中，对于人体运动的步态分析就尤为重要，人在不同的路况下运动，躯体各部分的反应皆不相同，例如足底部位的压力、大小腿的角度变化、肌肉的收缩程度等，因此，制作一个方便实用的步态分析装置就为数据采集创造良好的条件。
目前，相继有人制作出自己的一套步态分析装置，在中国专利CN201220074660中，利用步态分析装置进行相关的实验完成人体运动数据的采集，然而他们的数据采集模块大体都是通过上位机与主控电脑相连，或者以无线通讯的方式传输，这样就对实验造成很大不便，传输过程对采集到的数据又会有一定的影响，极大地降低了实验的可靠性。因此，需要一个更好的方法来处理所采集到的数据，以满足数据采集过程能够便捷有效，同时对于采集到的数据的处理也能够准确无误，这样就为后期数据分析及算法研究提供了前提。
发明内容
本发明的目的在于针对现在技术中存在的上述缺陷，提供便捷有效，能够减少数据采集过程中外界的干扰，采集到的数据能够实时存储，准确、有效的一种便携式步态信息采集装置。
本发明设有肌电信号模块、陀螺仪模块、激光测距仪、足底压力传感器、第一微处理器、第二微处理器、第一SD卡模块、第二SD卡模块、显示屏，所述肌电信号模块设有差分放大器、模拟多路复用器、A/D转换器和数字控制器；差分放大器的输入端接肌电信号检测电极片，差分放大器的输出端接模拟多路复用器的输入端，模拟多路复用器的输出端接A/D转换器的输入端，A/D转换器的输出端接数字控制器，数字控制器的控制信号端接模拟多路复用器的通道选择信号输入端，数字控制器的输出端与第一微处理器通信并将采集的数据存储到第一SD卡模块内；所述陀螺仪模块与第二微处理器的I/O口相连，激光测距仪与第二微处理器的A/D转换接口相连，足底压力传感器与第二微处理器的A/D转换接口相连，第二微处理器的输出端口分别接第二SD卡模块和显示屏。
所述第二微处理器可采用STM32F103单片机。
所述陀螺仪模块可采用3片，3片陀螺仪模块分别采集三个轴向的角速度及加速度，通过第二微处理器模拟IIC协议，将数据存储到第二块SD卡内。所述陀螺仪模块可采用型号为MPU-6050的陀螺仪，其整合了3轴陀螺仪与3轴加速器。
所述激光测距仪可采用型号为ODSL 96B M/V6-S12的激光测距仪，其工作原理是将距离转换为电压值，将激光测距仪安放在腰间，通过测得不同路况的距离变化而转化成电压变化，可以获得不同路况的信息；所述激光测距仪应用第二微处理器的AD转换将采集的数据存储到第二块SD卡内。激光测距仪采集相距道路的距离值，在上限值内对应的电压变换通过第二微处理器的AD转换，将数据存储到第二块SD卡内；3片陀螺仪模块分别固定在大腿、小腿以及足背处，可以测得下肢在不同运动情况下的角度变化。
所述足底压力传感器用于采集足底压力的变化，并将压力的变化转化为电压值的变化，通过第二微处理器的A/D转换，将数据存储到第二块SD卡内。
所述肌电信号模块可采用16个通道采集数据，最多可以同时采集人体16个部位的肌电信号，共可测得16组数据。
所述肌电信号模块采用SPI协议与第一微处理器通信，采集的频率高于1kHZ；陀螺仪模块与第二微处理器的普通I/O接口相连，模拟IIC协议，激光测距仪与足底压力传感器则通过第二微处理器的AD转换完成数据的采集及转换，第二微处理器的采集频率则为100Hz左右，第一微处理器和第二微处理器控制模块同步采集。
本发明的主要原理如下：
肌电信号模块采集肌电信号，输入到差分放大器，经过模拟多路复用器，根据所选择的通道数，把对应通道的信号送入内部ADC转换模块中，将其转换为数字信号，并通过带有SPI接口的数字控制器与第一微处理器通信，将采集到的数据存储在第一块SD卡内。
与现有技术相比，本发明的优点有：
1、采用SD卡存储采集到的数据，使得实验过程减少了很多复杂的连线，实验过程更加方便，减少了许多人为干扰；同时应用SD卡能够实时有效地将数据保存，避免采用其他方式传输数据时可能导致数据出错。
2、相对于先前的步态分析，本发明的步态分析装置，更加全面完整地测量人体在运动时各个部位的变化，包括足底压力的变化、大小腿与足背处角度的变化、肌肉在运动过程中的收缩程度、人体距离道路的测定，整个装置可以同时测量，利于对人体在不同状况下进行全面的步态分析及预测。
3、本发明运用了激光测距仪可以测得人体前方地形的信息，由此可以判定人在处于哪种路面上行走，可以便于对人在不同路况下行走的步态分析，特别适用于地形预测和步态规划分析。
附图说明
图1为本发明实施例的结构组成框图。
图2为本发明实施例的肌电信号模块的组成框图。
图3为本发明实施例的使用状态图。
具体实施方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
参见图1～3，本发明实施例设有肌电信号模块1、陀螺仪模块2、激光测距仪3、足底压力传感器4、第一微处理器5、第二微处理器6、第一SD卡模块7、第二SD卡模块8、显示屏9，所述肌电信号模块1设有差分放大器11、模拟多路复用器12、A/D转换器13和数字控制器14；差分放大器11的输入端接肌电信号检测电极片，差分放大器11的输出端接模拟多路复用器12的输入端，模拟多路复用器12的输出端接A/D转换器13的输入端，A/D转换器13的输出端接数字控制器14，数字控制器14的控制信号端接模拟多路复用器12的通道选择信号输入端，数字控制器14的输出端与第一微处理器5通信并将采集的数据存储到第一SD卡模块7内；所述陀螺仪模块2与第二微处理器6的I/O口相连，激光测距仪3与第二微处理器6的A/D转换接口相连，足底压力传感器4与第二微处理器6的A/D转换接口相连，第二微处理器6的输出端口分别接第二SD卡模块8和显示屏9。
所述第二微处理器6可采用STM32F103单片机。
所述陀螺仪模块2可采用3片，3片陀螺仪模块分别采集三个轴向的角速度及加速度，通过第二微处理器6模拟IIC协议，将数据存储到第二块SD卡内。所述陀螺仪模块可采用型号为MPU-6050的陀螺仪，其整合了3轴陀螺仪与3轴加速器。
所述激光测距仪3可采用型号为ODSL 96B M/V6-S12的激光测距仪，其工作原理是将距离转换为电压值，将激光测距仪安放在腰间，通过测得不同路况的距离变化而转化成电压变化，可以获得不同路况的信息；所述激光测距仪应用第二微处理器的AD转换将采集的数据存储到第二块SD卡内。激光测距仪采集相距道路的距离值，在上限值内对应的电压变换通过第二微处理器的AD转换，将数据存储到第二块SD卡内；3片陀螺仪模块分别固定在大腿、小腿以及足背处，可以测得下肢在不同运动情况下的角度变化。
所述足底压力传感器4用于采集足底压力的变化，并将压力的变化转化为电压值的变化，通过第二微处理器6的A/D转换，将数据存储到第二块SD卡内。
所述肌电信号模块可采用16个通道采集数据，最多可以同时采集人体16个部位的肌电信号，共可测得16组数据。
所述肌电信号模块采用SPI协议与第一微处理器通信，采集的频率高于1kHZ；陀螺仪模块与第二微处理器的普通I/O接口相连，模拟IIC协议，激光测距仪与足底压力传感器则通过第二微处理器的AD转换完成数据的采集及转换，第二微处理器的采集频率则为100Hz左右，第一微处理器和第二微处理器控制模块同步采集。
图3给出本发明实施例的使用状态图：
将肌电信号检测电极片贴在所需测的部位，如图3中标号26处大腿肌肉以及标号27处小腿肌肉，两片肌电信号检测电极片为一对，采用差分方式，分别贴在同一块肌肉的两端，然后分别用电极导线与微处理器相连；总共有16路采集通道，可根据测量需要选择通道数；
陀螺仪MPU-6050有三块，分别固定在图3中标号22处大腿，标号23处小腿以及标号24处足背，并且用导线与微处理器的I/O口相连；
激光测距仪器装设在标号25处腰间部位，并与第二微处理器的A/D转换接口相连；
足底压力传感器为左右两个鞋垫，在四个重要测量位置贴有足底压力传感器，每个足底压力传感器都引出导线，并将其连接到第二微处理器的A/D转换接口。
微处理器可置于标号21处腰间部位，与激光测距仪分布在身体两侧；微处理器可设有两层，上层为第一微处理器，供肌电信号模块采集使用，采集的信息存储在第一块SD卡模块，而下层为第二微处理器，供其他采集模块使用，采集的信息存储在第二块SD卡模块。各采集模块均接回微处理器，将采集到的数据通过对应的微处理器存储在对应的SD卡模块内。
本发明的特点在于应用了记忆设备SD卡，可以实时有效地存储采集到的步态实验数据，也使得装置易于携带在身上，提高了实验数据的可靠性，同时无需电缆或无线传输，使系统高度集成，轻巧便携。

Claims (7)

1.一种便携式步态信息采集装置，其特征在于设有肌电信号模块、陀螺仪模块、激光测距仪、足底压力传感器、第一微处理器、第二微处理器、第一SD卡模块、第二SD卡模块、显示屏，所述肌电信号模块设有差分放大器、模拟多路复用器、A/D转换器和数字控制器；差分放大器的输入端接肌电信号检测电极片，差分放大器的输出端接模拟多路复用器的输入端，模拟多路复用器的输出端接A/D转换器的输入端，A/D转换器的输出端接数字控制器，数字控制器的控制信号端接模拟多路复用器的通道选择信号输入端，数字控制器的输出端与第一微处理器通信并将采集的数据存储到第一SD卡模块内；所述陀螺仪模块与第二微处理器的I/O口相连，激光测距仪与第二微处理器的A/D转换接口相连，足底压力传感器与第二微处理器的A/D转换接口相连，第二微处理器的输出端口分别接第二SD卡模块和显示屏。
2.如权利要求1所述一种便携式步态信息采集装置，其特征在于所述第二微处理器采用STM32F103单片机。
3.如权利要求1所述一种便携式步态信息采集装置，其特征在于所述陀螺仪模块采用3片，3片陀螺仪模块分别采集三个轴向的角速度及加速度，通过第二微处理器模拟IIC协议，将数据存储到第二块SD卡内。
4.如权利要求1所述一种便携式步态信息采集装置，其特征在于所述陀螺仪模块采用型号为MPU-6050的陀螺仪。
5.如权利要求1所述一种便携式步态信息采集装置，其特征在于所述激光测距仪采用型号为ODSL 96B M/V6-S12的激光测距仪。
6.如权利要求1所述一种便携式步态信息采集装置，其特征在于所述肌电信号模块采用16个通道采集数据。
7.如权利要求1所述一种便携式步态信息采集装置，其特征在于所述肌电信号模块采用SPI协议与第一微处理器通信，采集的频率高于1kHZ；陀螺仪模块与第二微处理器的普通I/O接口相连，模拟IIC协议，激光测距仪与足底压力传感器则通过第二微处理器的AD转换完成数据的采集及转换，第二微处理器的采集频率则为100Hz左右，第一微处理器和第二微处理器控制模块同步采集。
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