CN107831706A - 一种可穿戴式信号处理及设备通讯单元模块 - Google Patents

一种可穿戴式信号处理及设备通讯单元模块 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可穿戴式信号处理及设备通讯单元模块，系统工作时，将通信接口与动作捕捉服饰上的传感器组连接，传感器组包括分别安装在人体各个位置的传感器，传感器采集人体各个部分的动作后，生成动作数据，多个传感器的动作数据汇成多路动作数据发送到数据采集卡，数据采集卡将多路动作数据处理后发送到多路转换器，多路转换器将多路动作数据与各个传感器匹配后发送动作数据到信号放大模块进行信号放大，最后将得到的放大后的动作数据发送到处理器进行处理和储存，由于系统自带通过通信接口充电的锂电池，同时传感器组通过通信接口与模块连接，使用时只需用插到动作捕捉服饰的防水插口上即可，与服饰完全独立，不影响服饰的可洗涤性。

Description

一种可穿戴式信号处理及设备通讯单元模块
技术领域
本发明涉及一种动作提取类可穿戴式设备，具体涉及一种可穿戴式信号处理及设备通讯单元模块。
背景技术
可穿戴设备即直接穿在身上，或是整合到用户的衣服或配件的一种便携式设备。可穿戴设备不仅仅是一种硬件设备，更是通过软件支持以及数据交互、云端交互来实现强大的功能，可穿戴设备将会对我们的生活、感知带来很大的转变。
电磁式运动捕捉系统是比较常用的运动捕捉设备。一般由发射源、接收传感器和数据处理单元组成。发射源在空间产生按一定时空规律分布的电磁场；接收传感器安置在表演者身体的关键位置，随着表演者的动作在电磁场中运动,通过电缆或无线方式与数据处理单元相连。表演者在电磁场内动作时，接收传感器将接收到的信号通过电缆传送给处理单元，根据这些信号可以解算出每个传感器的空间位置和方向。Polhemus公司和Ascension公司均以生产电磁式运动捕捉设备而著称。对于一些高速运动，如拳击、篮球比赛等，该采样速度还不能满足要求。电磁式运动捕捉的优点首先在于它记录的是六维信息，即不仅能得到空间位置，还能得到方向信息，这一点对某些特殊的应用场合很有价值。其次是速度快，实时性好，表演者表演时，动画系统中的角色模型可以同时反应，便于排演、调整和修改。
电磁场分析方式分为两类，第一类是采用直流磁场与交变电场结合产生章动场的方式，此方式由于使用了直流静态场，很容易受到测量区域内金属的干扰；第二类采用复杂的3向正交3频天线组收发系统，通过发射的3向正交天线组各自发射一个频率的信号，接收端也采用3向正交天线独立接收，分别求解三个坐标轴上的位置，算出接收天线整体上与发射天线的距离和夹角。该系统抗干扰能力较强，但结构复杂，计算参数提取复杂，价格非常昂贵，一般需要十万或者数十万，不能用于普通娱乐用途。这两类方式都具有一个共同点，发射天线独立于被追踪人放置于某个位置，接收天线作为信标放置在被追踪人身体各处。所以使用者比须出于发射天线放置位置一定范围内，不能随便移动。实际产品如波尔西莫斯公司的产品系列。
现有的动作提取类可穿戴式设备一般采用电缆连接的方式与其他传感器相连，其缺点在于体积庞大，不能与服装的接口连接，只能与自身配套的捆绑式结构连接不能单独拆除，对应的整套传感器与服装独立，不能洗涤，不能与服装直接固定，穿戴非常麻烦。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有的动作提取类可穿戴式设备一般采用电缆连接的方式与其他传感器相连，其缺点在于体积庞大，不能与服装的接口连接，只能与自身配套的捆绑式结构连接不能单独拆除，目的在于提供一种可穿戴式信号处理及设备通讯单元模块，解决现有的动作提取类可穿戴式设备一般采用电缆连接的方式与其他传感器相连，其缺点在于体积庞大，不能与服装的接口连接，只能与自身配套的捆绑式结构连接不能单独拆除的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种可穿戴式信号处理及设备通讯单元模块，包括依次连接的处理器、信号放大模块、多路转换器、数据采集卡和通信接口，所述通信接口上还连接有锂电池；
处理器：接收信号放大模块发送的动作数据进行处理和储存；
数据采集卡：通过通信接口接收传感传感器组连接器组发送的多路动作数据，将多路动作数据发送到多路转换器；
多路转换器：接收数据采集卡发送的多路动作数据，对多路动作数据进行处理，输出动作数据到信号放大模块；
信号放大模块：接收多路转换发送的动作信号，将信号放大后发送到处理器；
通信接口：接收传感器组发送的多路动作数据，将多路动作发送到数据采集卡；与外界的电源连通，为锂电池充电；
锂电池：通过通信接口进行充电，为整个模块供电。系统工作时，将通信接口与动作捕捉服饰上的传感器组连接，传感器组包括分别安装在人体各个位置的传感器，传感器采集人体各个部分的动作后，生成动作数据，多个传感器的动作数据汇成多路动作数据发送到数据采集卡，数据采集卡将多路动作数据处理后发送到多路转换器，多路转换器将多路动作数据与各个传感器匹配后发送动作数据到信号放大模块进行信号放大，最后将得到的放大后的动作数据发送到处理器进行处理和储存，同时，由于系统自带通过通信接口充电的锂电池，同时传感器组通过通信接口与模块连接，使用时只需用插到动作捕捉服饰专门预留小口袋的防水插口上即可，与服饰完全独立，不影响服饰的可洗涤性。
所述通信接口包括I/O接口控制器和连接在I/O接口控制器上的多芯电缆接口和USB接口。I/O接口的功能是负责实现处理器通过系统总线把I/O电路和外围设备联系在一起。
所述多芯电缆接口与外部传感器组连接。由于多芯电缆具有信容量大、传输稳定性高、保密性好、少受自然条件和外部干扰影响的优点，因此采用多芯电缆接口与外部传感器组连接。
所述锂电池连接在USB接口上。USB设备发展成熟，可靠性高，能适应各种工作环境，同时，USB接口还可以作为通信接口与外界进行通信，通过USB接口为锂电池进行供电可以减少模块的接口数量，优化模块结构，提高整个产品的密封性。
所述处理器还通过波形发生器与I/O接口控制器连接。使处理器不仅能够接受、处理和储存数据，还可以根据预录入的程序向外界发送控制信号。
所述处理器和锂电池之间还连接有电源管理模块。电源管理是指如何将电源有效分配给系统的不同组件。电源管理模块对于依赖电池电源的移动式设备至关重要。通过降低组件闲置时的能耗，优秀的电源管理模块能够将电池寿命延长两倍或三倍。
将所述信号处理及设备通讯单元模块封装于一个工程塑料腔体内，在所述工程塑料腔体的表面还设置有与通信接口匹配的开口。通过工程塑料壳体对模块进行保护，在需要使用时，只需要将封装好的模块插到动作捕捉服饰专门预留小口袋的防水插口上即可，操作便捷，可靠性提高。
所述工程塑料腔体内表面还设置有屏蔽层。电磁兼容性是指某电子设备既不干扰其它设备，同时也不受其它设备的影响。电磁兼容性和我们所熟悉的安全性一样，是产品质量最重要的指标之一。通过在工程塑料腔体内表面设置金属镀层或金属内层的方法，提高产品的电磁兼容性，提高产品的性能。
所述工程塑料腔体外表面还设置有与动作捕捉服饰匹配的固定结构。由于本设备需要与动作捕捉服饰配合使用，且在使用时用户可能需要进行较大的动作，为了避免在用户动作过程中本设备从动作捕捉服饰上脱落，因此在工程塑料腔体外表面还设置有与动作捕捉服饰匹配的固定结构。
所述通信接口上还连接有外部通信设备，外部通信设备包括蓝牙通信设备、WiFi通信设备和LoRa通信设备中的至少一种。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种可穿戴式信号处理及设备通讯单元模块，可拆卸的与动作捕捉服饰连接，不影响服饰的可洗涤性；
2、本发明一种可穿戴式信号处理及设备通讯单元模块，与动作服饰的配合使用，使得完成动作捕捉套件穿戴的准备时间大大缩短。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明系统结构示意图；
图2为本发明工程塑料腔体剖面结构示意图；
图3为本发明结构示意图。
1-工程塑料腔体，101-壳体，102-屏蔽层，2-通信接口，3-固定结构，4-多路转换器，5-处理器，6-电源管理模块，7-信号放大模块，8-锂电池，9-I/O接口控制器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1-3所示，本发明一种可穿戴式信号处理及设备通讯单元模块，包括依次连接ARM7系列微处理器5、基于三极管搭建的信号放大模块7、多路转换器4、数据采集卡和通信接口2，所述多路转换器4采用TI公司多路模拟开关芯片，数据采集卡采用TI公司低成本SAR12bit AD芯片，通讯接口采用NXP公司的KW31Z蓝牙芯片和ralink公司的wifi芯片；所述通信接口2上还连接有锂电池8；系统工作时，将通信接口2与动作捕捉服饰上的传感器组连接，传感器组包括分别安装在人体各个位置的传感器，传感器采集人体各个部分的动作后，生成动作数据，多个传感器的动作数据汇成多路动作数据发送到数据采集卡，数据采集卡将多路动作数据处理后发送到多路转换器4，多路转换器4将多路动作数据与各个传感器匹配后发送动作数据到信号放大模块7进行信号放大，最后将得到的放大后的动作数据发送到处理器5进行处理和储存，同时，由于系统自带通过通信接口2充电的锂电池8，同时传感器组通过通信接口2与模块连接，使用时只需用插到动作捕捉服饰专门预留小口袋的防水插口上即可，与服饰完全独立，不影响服饰的可洗涤性，同时，使得完成动作捕捉套件穿戴的准备时间从现有产品的5到10分钟缩短到1分钟以内，大大提高了动作捕捉套件日常应用的可接受度。所述通信接口2包括I/O接口控制器9和连接在I/O接口控制器9上的多芯电缆接口和USB接口。I/O接口的功能是负责实现处理器5通过系统总线把I/O电路和外围设备联系在一起。所述多芯电缆接口与外部传感器组连接。由于多芯电缆具有信容量大、传输稳定性高、保密性好、少受自然条件和外部干扰影响的优点，因此采用多芯电缆接口与外部传感器组连接。所述锂电池8连接在USB接口上。USB设备发展成熟，可靠性高，能适应各种工作环境，同时，USB接口还可以作为通信接口2与外界进行通信，通过USB接口为锂电池8进行供电可以减少模块的接口数量，优化模块结构，提高整个产品的密封性。所述处理器5还通过波形发生器与I/O接口控制器9连接。使处理器5不仅能够接受、处理和储存数据，还可以根据预录入的程序向外界发送控制信号。所述处理器5和锂电池8之间还连接有电源管理模块6。电源管理是指如何将电源有效分配给系统的不同组件。电源管理模块6对于依赖电池电源的移动式设备至关重要。通过降低组件闲置时的能耗，优秀的电源管理模块6能够将电池寿命延长两倍或三倍。将所述信号处理及设备通讯单元模块封装于一个工程塑料腔体1内，在所述工程塑料腔体1的表面还设置有与通信接口2匹配的开口。通过工程塑料壳体101对模块进行保护，在需要使用时，只需要将封装好的模块插到动作捕捉服饰专门预留小口袋的防水插口上即可，操作便捷，可靠性提高。所述工程塑料腔体1内表面还设置有屏蔽层102。电磁兼容性是指某电子设备既不干扰其它设备，同时也不受其它设备的影响。电磁兼容性和我们所熟悉的安全性一样，是产品质量最重要的指标之一。通过在工程塑料腔体1内表面设置金属镀层或金属内层的方法，提高产品的电磁兼容性，提高产品的性能。所述工程塑料腔体1外表面还设置有与动作捕捉服饰匹配的固定结构3，如魔术贴。由于本设备需要与动作捕捉服饰配合使用，且在使用时用户可能需要进行较大的动作，为了避免在用户动作过程中本设备从动作捕捉服饰上脱落，因此在工程塑料腔体1外表面还设置有与动作捕捉服饰匹配的固定结构3。
所述通信接口2上还连接有外部通信设备，外部通信设备包括蓝牙通信设备、WiFi通信设备和LoRa通信设备中的至少一种。
处理器5：接收信号放大模块7发送的动作数据进行处理和储存；
数据采集卡：通过通信接口2接收传感传感器组连接器组发送的多路动作数据，将多路动作数据发送到多路转换器4；
多路转换器4：接收数据采集卡发送的多路动作数据，对多路动作数据进行处理，输出动作数据到信号放大模块7；
信号放大模块7：接收多路转换发送的动作信号，将信号放大后发送到处理器5；
通信接口2：接收传感器组发送的多路动作数据，将多路动作发送到数据采集卡；与外界的电源连通，为锂电池8充电；
锂电池8：通过通信接口2进行充电，为整个模块供电。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可穿戴式信号处理及设备通讯单元模块，其特征在于，包括依次连接的处理器、信号放大模块、多路转换器、数据采集卡和通信接口，所述通信接口上还连接有锂电池；
处理器：接收信号放大模块发送的动作数据进行处理和储存；
数据采集卡：通过通信接口接收传感器组发送的多路动作数据，将多路动作数据发送到多路转换器；
多路转换器：接收数据采集卡发送的多路动作数据，对多路动作数据进行处理，输出动作数据到信号放大模块；
信号放大模块：接收多路转换发送的动作信号，将信号放大后发送到处理器；
通信接口：接收传感器组发送的多路动作数据，将多路动作发送到数据采集卡；与外界的电源连通，为锂电池充电；
锂电池：通过通信接口进行充电，为整个模块供电。
2.根据权利要求1所述的一种可穿戴式信号处理及设备通讯单元模块，其特征在于，所述通信接口包括I/O接口控制器和连接在I/O接口控制器上的多芯电缆接口和USB接口。
3.根据权利要求2所述的一种可穿戴式信号处理及设备通讯单元模块，其特征在于，所述多芯电缆接口与外部传感器组连接。
4.根据权利要求2所述的一种可穿戴式信号处理及设备通讯单元模块，其特征在于，所述锂电池连接在USB接口上。
5.根据权利要求2所述的一种可穿戴式信号处理及设备通讯单元模块，其特征在于，所述处理器还通过波形发生器与I/O接口控制器连接。
6.根据权利要求1所述的一种可穿戴式信号处理及设备通讯单元模块，其特征在于，所述处理器和锂电池之间还连接有电源管理模块。
7.根据权利要求1至6中任意一条所述的一种可穿戴式信号处理及设备通讯单元模块，其特征在于，将所述信号处理及设备通讯单元模块封装于一个工程塑料腔体内，在所述工程塑料腔体的表面还设置有与通信接口匹配的开口。
8.根据权利要求7所述的一种可穿戴式信号处理及设备通讯单元模块，其特征在于，所述工程塑料腔体内表面还设置有屏蔽层。
9.根据权利要求7所述的一种可穿戴式信号处理及设备通讯单元模块，其特征在于，所述工程塑料腔体外表面还设置有与动作捕捉服饰匹配的固定结构。
10.根据权利要求1所述的一种可穿戴式信号处理及设备通讯单元模块，其特征在于，所述通信接口上还连接有外部通信设备，外部通信设备包括蓝牙通信设备、WiFi通信设备和LoRa通信设备中的至少一种。
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