CN108170268A - 一种基于惯性测量单元的人体全身运动捕获装置 - Google Patents

一种基于惯性测量单元的人体全身运动捕获装置 Download PDF

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张怡颖
金文光
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Abstract

本发明公开了一种基于惯性测量单元的人体全身运动捕获装置，它包括N个惯性传感节点和一个汇聚节点，N个惯性传感节点通过RS485总线与汇聚节点相连，其中N大于等于11并小于等于24，每个惯性传感节点包括第一微处理器、惯性测量单元、第一收发模块、第一电源模块；第一电源模块为惯性传感节点提供工作电压，惯性测量单元和第一收发模块均与第一微处理器相连；汇聚节点包括高性能处理模块、第二微处理器、WIFI模块、三个第二收发模块和第二电源模块，第二电源模块为汇聚节点提供工作电压，高性能处理模块和第二收发模块均与第二微处理器相连，WIFI模块与高性能处理模块相连。

Description

一种基于惯性测量单元的人体全身运动捕获装置
技术领域
本发明涉及人体全身运动捕获技术领域，尤其涉及一种基于惯性测量单元的人体全身运动捕获装置。
背景技术
近年来人体运动捕获技术广泛应用于各个领域，尤其在人机交互、虚拟现实和动画制作领域显得尤为重要。另外，人体运动捕获还可以应用在游戏制作、体育训练、生物力学研究、智能监控系统、模型编码等领域，目前已经有许多商品化的运动捕捉设备应用在各个领域。
目前，在国内进行人体动作捕捉系统相关技术研究工作的主要有中科院自动化所吴健康教授的人体运动捕捉研究小组、哈尔滨工程大学王科俊教授的团队。
中科院吴健康教授及其团队研制的人体动作捕捉系统叫MMocap动作捕捉系统，是国内首套面向市场推出的惯性传感器人体运动捕获系统。该系统主要由16个微型传感器节点和一个类似于Xsens Xbus Maste的主控板构成。通过主控板，将各个传感节点的数据通过无线的方式发送到PC端，并经过两级数据融合处理，实时驱动三维人体模型显示。该系统的运动数据取样率为50-200HZ，角度估计精度小于2度，支持蓝牙和WiFi通讯。
哈尔滨工程大学王科俊教授团队也在基于惯性单元的动作捕捉系统方面开展了相关研究工作。他们团队的人体动作捕捉系统采用11个惯性单元节点，其中每个惯性单元节点由三轴加速度计、三轴磁强计、三轴陀螺仪组成，并釆用无线通讯方式数据传输和有线通讯方式数据传输方式进行对比，无线数据传输方式具有动作不受限等优点。但是其在复杂的运动方面表现不是很好，在位置精确跟踪方面还有很多不足。
发明内容
针对现在人体运动捕获技术在精确度、数据延时、数据更新率、传感节点数量配置方面的不足，本发明提供一种人体运动捕获装置，该装置由姿态测量单元IMU、数据汇聚和控制单元组成。其中的姿态测量单元IMU安装在捕捉对象身上的关键部位，如头、四肢、前胸等运动部位，采集这些关键部位的三维加速度、角速度和磁场强度组成的九轴运动姿态数据，为了保持运动姿态的实时性和一致性，多个IMU之间的数据采集必须要同步；而数据汇聚和控制单元通过有线方式与多个IMU相连，汇聚其采集的运动感知数据，经数据校正、噪声滤波、动态补偿等预处理后，打包成帧无线发送到上位机，在PC端通过人体骨架姿态获取中间件再现全身运动姿态。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种基于惯性测量单元的人体全身运动捕获装置，其特征在于，它包括N个惯性传感节点和一个汇聚节点，N个惯性传感节点通过总线与汇聚节点相连，其中N大于等于11并小于等于24，每个惯性传感节点包括第一微处理器、惯性测量单元、第一收发模块、第一电源模块；第一电源模块为惯性传感节点提供工作电压，惯性测量单元和第一收发模块均与第一微处理器相连；所述汇聚节点包括处理模块、第二微处理器、WIFI模块、三个第二收发模块和第二电源模块，第二电源模块为汇聚节点提供工作电压，处理模块和第二收发模块均与第二微处理器相连，WIFI模块与处理模块相连。
进一步的，所述第一电源模块包括电源芯片U1、电容C7-C8、电感L1、电阻R25、电池，电源芯片U1的电源输入引脚、使能引脚、电阻R25的一端、电容C7的一端均与电感L1的一端相连，电感L1的另一端与电池输出的电压V_BAT相连，电阻R25的另一端与电源芯片U1的调整输入引脚相连，电容C7的另一端接数字地；电源芯片U1的接地引脚接数字地；电源芯片U1的电源输出引脚输出电压VCC，VCC与电感C8的一端相连，电感C8的另一端接数字地。
进一步的，所述第一微处理器包括处理芯片U3、电容C10-C11、电容C16、电容C18、电感L2、电阻R18、发光二极管LED1、时钟芯片Y1，处理芯片U3的电源引脚与VCC相连，接地引脚接数字地；处理芯片U3的电源输出引脚与电容C10的一端相连，电容C10的另一端接数字地；处理芯片U3的USB调节器输入引脚分别与电容C11的一端和电感L2的一端相连，电容C11的另一端接数字地，电感L2的另一端接V_BAT；处理芯片U3的模拟电源引脚和最高参考电压引脚均接VCC，最低参考电压引脚和模拟接地引脚均接数字地；处理芯片U3的一输入输出引脚与发光二极管LED1的负极相连，发光二极管LED1的正极与电阻R18的一端相连，电阻R18的另一端接VCC；时钟芯片Y1的使能控制引脚分别与处理芯片U3的晶体驱动输出引脚和电容C16的一端相连，电容C16的另一端接数字地，时钟芯片Y1的输出引脚分别与处理芯片U3的外部时钟输入引脚和电容C18的一端相连，电容C18的另一端接数字地，时钟芯片Y1的使能控制引脚和输出引脚之间接一个电阻R22，时钟芯片Y1的接地引脚和电源引脚都接数字地。
进一步的，所述惯性测量单包括九轴传感芯片U5、电容C12-C14、电阻R7-R8、电阻R16，九轴传感芯片U5的电源保留引脚、电源引脚和片选信号引脚均与VCC相连；九轴传感芯片U5的电源引脚还分别与电容C12的一端和电容C14的一端相连，电容C12的另一端和电容C14的另一端均接数字地；九轴传感芯片U5的调节器输出引脚和电容C13的一端相连，电容C13的另一端分别与九轴传感芯片U5的从地址引脚和数字地相连；九轴传感芯片U5的帧同步数字输入引脚、接地引脚、接地保留引脚均接数字地；九轴传感芯片U5的中断数字输出引脚和电阻R16的一端相连，电阻R16的另一端和处理芯片U3的输入输出引脚相连；九轴传感芯片U5的数据线引脚与处理芯片U3的第二数据线引脚相连；九轴传感芯片U5的时钟线引脚和处理芯片U3的第二时钟线引脚相连；九轴传感芯片U5的工作时钟引脚和电阻R7的一端相连，数字分量串行接口引脚和电阻R8的一端相连，电阻R7的另一端和电阻R8的另一端均接VCC。
进一步的，所述第一收发模块包括RS485收发芯片U2、电容C1、电阻R1-R6，RS485收发芯片U2的接收器输出引脚分别和处理芯片U3的数据接收引脚及电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端分别与VCC和电容C1的一端相连，电容C1的另一端接数字地；RS485收发芯片U2的接收器输出使能引脚和驱动器输出使能引脚均与处理芯片U3的收发模块引脚相连；RS485收发芯片U2的驱动器输入引脚与处理芯片U3的数据发送引脚相连；RS485收发芯片U2的接地引脚接数字地；RS485收发芯片U2的接收器同相输入引脚分别与电阻R1的一端和电阻R3的一端相连，电阻R1的另一端接VCC，电阻R3的另一端作为数据正引脚与第二收发模块的数据正引脚相连，RS485收发芯片U2的接收器反相输入引脚分别与电阻R5和电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端接数字地，电阻R5的另一端作为数据负引脚与第二收发模块的数据负引脚相连，同时RS485收发芯片U2的接收器同相输入引脚和接收器反相输入引脚之间还接入电阻R4；RS485收发芯片U2的电源引脚接VCC。
进一步的，所述第二电源模块包括电源芯片U6、电容C15-C19、电感L3、电阻R12、发光二极管LED1，电源芯片U6的接地引脚接数字地，电源芯片U6的输入引脚接+5V电压，另外电源芯片U6的接地引脚和输入引脚之间接电容C15；电源芯片U6的输出引脚分别与电源芯片U6的电压输出引脚、+3.3V电压、电容C19的一端、电感L3的一端、电容C16的一端、电容C17的一端、电阻R12的一端相连，电容C19的另一端接数字地，电感L3的另一端输出+3.3V电压，+3.3V与电容C18的一端相连，电容C18的另一端接数字地，电容C16、电容C17的另一端均接数字地，电阻R12的另一端接发光二极管LED1的正极，发光二极管LED1的负极接数字地。
进一步的，所述第二微处理器包括处理芯片U7、电容C21-C23、电感L4、电阻R5、电阻R42-R44、电阻R53、发光二极管LED0、时钟芯片Y1、接插件U8、USB接口Jhost、电感L1、电阻R1-R2，处理芯片U7的电源引脚、模拟电源引脚、最高参考电压引脚均接+3.3V，接地引脚、模拟接地引脚、最低参考电压均接数字地；处理芯片U7的USB数据正引脚与电阻R44的一端相连，USB数据负引脚与电阻R43的一端相连，电阻R43的另一端、电阻R44的另一端分别与接插件U8的第一、第二引脚相连，接插件U8用于和高性能处理模块连接，同时接插件U8的第三引脚与电阻R42的一端相连，第四引脚与电阻R5的一端相连，电阻R42的另一端、电阻R5的另一端均接+3.3V，接插件U8的第五引脚接数字地，第六引脚接+3.3V；处理芯片U7的电源输出引脚与电容C20的一端相连，电容C20的另一端接数字地；处理芯片U7的USB调节器输入引脚分别与电感L4的一端和电容C21的一端相连，电感L4的另一端接+5V电压，电容C21的另一端接数字地；处理芯片U7的输入输出A4引脚与发光二极管LED0的负极相连，二极管LED0的正极与电阻R53的一端相连，电阻R53的另一端接+3.3V电压；时钟芯片Y1的使能控制引脚分别与处理芯片U7的晶体驱动输出引脚和电容C22的一端相连，电容C22的另一端接数字地，时钟芯片Y1的输出引脚分别与处理芯片U7的外部时钟输入引脚和电容C23的一端相连，电容C23的另一端接数字地，时钟芯片Y1的接地引脚和电源引脚都接数字地；USB接口Jhost的电源引脚与电感L1的一端相连，电感L1的另一端接+5V电压；USB接口Jhost的接地引脚、金属外壳引脚均接数字地；USB接口Jhost的数据负引脚与电阻R1的一端相连，数据正引脚与电阻R2的一端相连，电阻R1的另一端、电阻R2的另一端分别与接插件U8的第七、第八引脚相连。
进一步的，所述第二收发模块包括RS485收发芯片U1、电容C1、电阻R6、电阻R15-R17，RS485收发芯片U1的接收器输出引脚分别和处理芯片U7的数据接收引脚及电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端分别与+3.3V和电容C1的一端相连，电容C1的另一端接数字地；RS485收发芯片U1的接收器输出使能引脚和驱动器输出使能引脚均与处理芯片U7的收发模块引脚相连；RS485收发芯片U1的驱动器输入引脚与处理芯片U7的数据发送引脚相连；RS485收发芯片U1的接地引脚接数字地；RS485收发芯片U1的接收器同相输入引脚与电阻R15的一端相连，电阻R15的另一端接+3.3V电压VCC，RS485收发芯片U1的接收器反相输入引脚与电阻R16的一端相连，电阻R16的另一端接数字地，同时RS485收发芯片U1的接收器同相输入引脚和接收器反相输入引脚之间还接入电阻R17；RS485收发芯片U1的电源引脚接+3.3V；同时由RS485收发芯片U1引出一条RS485总线，RS485总线的数据正引线与RS485收发芯片U1的接收器同相输入引脚相连，RS485总线的数据负引线与RS485收发芯片U1的接收器反相输入引脚相连。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1.本装置PCB板设计集成度高，线路板体积小，便于穿戴，采用低功耗芯片使系统能连续工作4小时以上。
2.本装置采用树形网络结构，利用三条RS485总线连接汇聚节点和传感节点，可支持11～24个惯性传感节点，足够覆盖人体的关键关节点。
3.本装置选用的九轴传感芯片输出数据精度高，灵敏度高，配合滤波算法，使得本装置捕捉精度高，精度可达所捕获身体部位尺寸的5％以内。
4.本装置利用三条RS485总线可同时传输三个传感节点的运动数据，可有效提高数据实时性，使得系统延时低达20ms以内。
5.本装置选用的九轴传感芯片数据输出频率可选择多种值，且三条RS485同时传输数据有效提高了数据传输速率，配合合理的通信协议，可支持多种数据帧率的选择，如60Hz、120Hz、240Hz。
附图说明
图1为本发明的人体运动捕获装置的结构框图；
图2为本发明的人体运动捕获装置的惯性传感节点结构框图；
图3为本发明的人体运动捕获装置的汇聚节点结构框图；
图4为本发明的传感节点的电源模块电路图；
图5为本发明的传感节点的微处理器电路图；
图6为本发明的传感节点的惯性测量单元电路图；
图7为本发明的传感节点的RS485收发模块电路图；
图8为本发明的汇聚节点的电源模块电路图；
图9为本发明的汇聚节点的微处理器电路图；
图10为本发明的汇聚节点的RS485收发模块电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明的实施做具体描述。
如图1-3所示，本实施例提供一种基于惯性测量单元的人体全身运动捕获装置，该装置包括N个惯性传感节点1，1个汇聚节点2，N个惯性传感节点1通过总线与汇聚节点2相连，其中N大于等于11并小于等于24，每个惯性传感节点1包括第一微处理器3、惯性测量单元4、第一收发模块5、第一电源模块6；第一电源模块6为惯性传感节点1提供工作电压，惯性测量单元4和第一收发模块5均与第一微处理器3相连；所述汇聚节点2包括处理模块7、第二微处理器8、WIFI模块9、三个第二收发模块10和第二电源模块11，第二电源模块11为汇聚节点2提供工作电压，处理模块7和第二收发模块10均与第二微处理器8相连，WIFI模块9与处理模块7相连。传感节点1和汇聚节点2之间通过RS485通信，每个汇聚节点上有3根RS485总线，每根RS485上可接入8个RS485收发设备，即每个汇聚节点最多可通过RS485连接8*3＝24个传感节点。
所述惯性传感节点1佩戴在人体的头部、四肢、前胸等的运动关键关节部位；
所述汇聚节点2佩戴在人体的背部或其他对人体活动影响较小的部位；
所述惯性测量单元4采集人体各个关键部位的运动数据；
所述处理模块7包括ARM Cortex-A5内核SAMA5D31处理器、DDR模块和NAND闪存模块，它对运动数据进行计算之后将计算结果通过USB传递给WIFI模块9；所述WIFI模块9采用市场上的产品小度WIFI，负责将数据发送给PC机，PC机利用数据恢复人体姿态。
如图4所示，第一电源模块为本发明的传感节点提供的一种电源模块，该第一电源模块6的电源是用SP6200EM5-3.3芯片从电压+5V降压到+3.3V。SP6200EM5-3.3的电源输入引脚Vin(引脚1)、使能引脚EN(引脚3)、电阻R25的一端、电容C7的一端均与电感L1的一端相连，电感L1的另一端与电池电压V_BAT相连，电阻R25的另一端与SP6200EM5-3.3的调整输入引脚BYP(引脚4)相连，电容C7的另一端接数字地；SP6200EM5-3.3的接地引脚GND(引脚2)接数字地；SP6200EM5-3.3的电源输出引脚Vout(引脚5)输出+3.3V电压VCC，与电感C8的一端相连，电感C8的另一端接数字地。
如图5所示，作为本发明的实施例，第一微处理器3选取Freescale公司的MKL25Z128VLH4微控制器，作为传感节点的核心，用于控制传感节点其余模块的正常运作，保证系统的运行，主要工作有通过I2C获取惯性测量单元4的运动数据，对数据进行简单的滤波处理之后打包通过第一收发模块5发送给汇聚节点2。微控制器MKL25的电源引脚VDD(引脚3、引脚30、引脚48)与+3.3V电压VCC相连，接地引脚VSS(引脚4、引脚31、引脚47)接数字地；微控制器MKL25的电源输出引脚PTE18(引脚7)与电容C10的一端相连，电容C10的另一端接数字地；微控制器MKL25的USB调节器输入引脚PTE19(引脚8)分别与电容C11的一端和电感L2的一端相连，电容C11的另一端接数字地，电感L2的另一端接V_BAT；微控制器MKL25的模拟电源引脚VDDA(引脚13)和最高参考电压引脚VREFH(引脚14)均接+3.3V电压VCC，最低参考电压引脚VREFL(引脚15)和模拟接地引脚VSSA(引脚16)均接数字地；微控制器MKL25的输入输出A4引脚PTA4(引脚26)与发光二极管LED1的负极相连，发光二极管LED1的正极与电阻R18的一端相连，电阻R18的另一端接+3.3V电压VCC；时钟芯片时钟采用8M无源晶振，它的使能控制引脚(引脚1)分别与微控制器MKL25的晶体驱动输出引脚PTA18(引脚32)和电容C16的一端相连，电容C16的另一端接数字地，它的输出引脚(引脚3)分别与微控制器MKL25的外部时钟输入引脚PTA19(引脚33)和电容C18的一端相连，电容C18的另一端接数字地，它的使能控制引脚(引脚1)和输出引脚(引脚3)之间接一个电阻R22，它的接地引脚(引脚2)和电源引脚(引脚4)都接数字地。
如图6所示，所述惯性测量单元IMU测量物体三轴姿态角(或角速率)以及加速度的情况，通过I2C传输给微控制器MKL25。所述惯性测量单元(4)(三轴加速度传感器、三轴陀螺仪、三轴磁传感)选用MPU9250芯片，MPU9250芯片的电源保留引脚RESV(引脚1)、电源引脚VDDIO(引脚8)和电源引脚VDD(引脚13)、片选信号引脚nCS(引脚22)均与+3.3V相连；电源引脚VDDIO(引脚8)还和电容C14的一端相连，电容C14的另一端接数字地；电源引脚VDD(引脚13)还和电容C12的一端相连，电容C12的另一端接数字地；调节器输出引脚REGOUT(引脚10)和电容C13的一端相连，电容C13的另一端分别与I2C从地址引脚AD0/SDO(引脚9)和数字地相连；帧同步数字输入引脚FSYNC(引脚11)、接地引脚GND(引脚18)、接地保留引脚RESV(引脚20)均接数字地；中断数字输出引脚INT(引脚12)电阻R16的一端相连，电阻R16的另一端和MKL25的PTD4(引脚61)相连，I2C数据线引脚SDA/SDI(引脚24)与MKL25的I2C1数据线引脚I2C1_SDA(引脚45)相连；I2C时钟线引脚SCL/SCLK(引脚23)和MKL25的I2C1时钟线引脚I2C_SCL(引脚44)相连；MPU9250的工作时钟引脚SCL/SCLK(引脚23)和电阻R7的一端相连，数字分量串行接口引脚SDA/SDI(引脚24)和电阻R8的一端相连，电阻R7的另一端和电阻R8的另一端均接+3.3V电压VCC。
如图7所示，所述第一收发模块5将使得传感节点的MKL25与汇聚节点之间得以传输数据。所述第一收发模块5选用MAX3485AE芯片。MAX3485AE芯片的接收器输出引脚(引脚1)分别和微控制器MKL25的数据接收引脚PTD6(引脚63)及电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端分别与+3.3V电压和电容C1的一端相连，电容C1的另一端接数字地；MAX3485AE芯片的接收器输出使能引脚(引脚2)和驱动器输出使能引脚(引脚3)均与微控制器MKL25的收发模块引脚PTD5(引脚62)相连；MAX3485AE芯片的驱动器输入引脚(引脚4)与微控制器MKL25的数据发送引脚PTD7(引脚64)相连；MAX3485AE芯片的接地引脚(引脚5)接数字地；MAX3485AE芯片的接收器同相输入引脚A(引脚6)分别与电阻R1的一端和电阻R3的一端相连，电阻R1的另一端接+3.3V电压VCC，电阻R3的另一端作为数据正引脚与汇聚节点2的第二收发模块10的数据正引脚相连，MAX3485AE芯片的接收器反相输入引脚B(引脚7)分别与电阻R5和电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端接数字地，电阻R5的另一端作为数据负引脚与汇聚节点2的RS485收发模块10的数据负引脚相连，同时MAX3485AE芯片的接收器同相输入引脚A(引脚6)和接收器反相输入引脚B(引脚7)之间还接入电阻R4；MAX3485AE芯片的电源引脚VCC(引脚8)接+3.3V电压VCC。
如图8所示，所述第二电源模块11为本发明的汇聚节点提供的一种电源模块，该第二电源模块11的电源是用LM1117芯片从电压+5V降压到+3.3V。LM1117的接地引脚GND/ADJ(引脚1)接数字地，LM1117的输入引脚INPUT(引脚3)接+5V电压，另外LM1117的接地引脚GND/ADJ(引脚1)和输入引脚INPUT(引脚3)之间接电容C15；LM1117的输出引脚OUTPUT(引脚2)分别与LM1117的电压输出引脚VOUT(引脚4)、+3.3V电压、电容C19的一端、电感L3的一端、电容C16的一端、电容C17的一端、电阻R12的一端相连，电容C19的另一端接数字地，电感L3的另一端输出+3.3V电压并与电容C18的一端相连，电容C18的另一端接数字地，电容C16、电容C17的另一端均接数字地，电阻R12的另一端接发光二极管LED1的正极，发光二极管LED1的负极接数字地。
如图9所示，作为本发明的实施例，第二微处理器8选取Freescale公司的MKL25Z128VLH4微控制器，它的主要工作有通过第二收发模块10获取惯性传感节点的数据，并将数据打包通过USB发送给高性能处理模块7。微控制器MKL25的电源引脚VDD(引脚3、引脚30、引脚48)、模拟电源引脚VDDA(引脚13)、最高参考电压引脚VREFH(引脚14)均与+3.3V电压VCC相连，最低参考电压引脚VREFL(引脚15)和模拟接地引脚VSSA(引脚16)均接数字地；微处理器MKL25的USB数据正引脚PTE16(引脚5)与电阻R44的一端相连，USB数据负引脚与电阻R43的一端相连，电阻R43的另一端、R44的另一端分别与接插件U8的USB B端口数据正引脚USBPB(引脚5)、USB B端口数据负引脚USBMB引脚(引脚4)相连，接插件U8用于和高性能处理模块7连接，同时接插件U8的数据接收引脚DRXD(引脚6)与电阻R42的一端相连，数据发送引脚DTXD(引脚7)与电阻R5的一端相连，电阻R40的另一端、电阻R5的另一端均接+3.3V电压，接插件U8的引脚39接数字地，引脚40接+3.3V电压；微处理器MKL25的电源输出引脚PTE18(引脚7)与电容C20的一端相连，电容C20的另一端接数字地；微处理器MKL25的USB调节器输入引脚PTE19(引脚8)分别与电感L4的一端和电容C21的一端相连，电感L4的另一端接+5V电压，电容C21的另一端接数字地；微处理器MKL25的输入输出A4引脚PTA4(引脚26)与发光二极管LED0的负极相连，二极管LED0的正极与电阻R53的一端相连，电阻R53的另一端接+3.3V电压；时钟芯片时钟采用8M无源晶振，它的使能控制引脚(引脚1)分别与微控制器MKL25的晶体驱动输出引脚PTA18(引脚32)和电容C22的一端相连，电容C22的另一端接数字地，它的输出引脚(引脚3)分别与微控制器MKL25的外部时钟输入引脚PTA19(引脚33)和电容C23的一端相连，电容C23的另一端接数字地，它的使能控制引脚(引脚1)和输出引脚(引脚3)之间接一个电阻R52，它的接地引脚(引脚2)和电源引脚(引脚4)都接数字地；USB接口Jhost是一个USB标准A型插座，与WIFI模块小度WIFI相连，用于将数据通过WIFI发送给PC，它的电源引脚VCC(引脚1)与电感L1的一端相连，电感L1的另一端接+5V电压，它的接地引脚VSS(引脚4)、金属外壳引脚(引脚5、引脚6)均接数字地，它数据负引脚D-(引脚2)与电阻R1的一端相连，数据正引脚D+(引脚3)与电阻R2的一端相连，电阻R1的另一端、电阻R2的另一端分别与接插件U8的USB A端口数据负引脚USBMA(引脚2)、数据正引脚USBPA(引脚3)相连。
如图10所示，第二收发模块10使得汇聚节点的MKL25与传感节点之间得以传输数据。所述第一收发模块5选用MAX3485AE芯片。MAX3485AE的接收器输出引脚(引脚1)分别和微处理器MKL25的数据接收引脚PTD6(引脚63)及电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端分别与+3.3V电压和电容C1的一端相连，电容C1的另一端接数字地；MAX3485AE的接收器输出使能引脚(引脚2)和驱动器输出使能引脚(引脚3)均与微处理器MKL25的收发模块引脚PTD0(引脚57)相连；MAX3485AE的驱动器输入引脚(引脚4)与微处理器MKL25的数据发送引脚PTD7(引脚64)相连；MAX3485AE的接地引脚GND(引脚5)接数字地；MAX3485AE的接收器同相输入引脚A(引脚6)与电阻R15的一端相连，电阻R15的另一端接+3.3V电压VCC，MAX3485AE的接收器反相输入引脚B(引脚7)与电阻R16的一端相连，电阻R16的另一端接数字地，同时MAX3485AE的接收器同相输入引脚A(引脚6)和接收器反相输入引脚B(引脚7)之间还接入电阻R17；MAX3485AE的电源引脚VCC(引脚8)接+3.3V电压VCC；同时由RS485收发芯片U1引出一条RS485总线，RS485总线的数据正引线A0与RS485收发芯片U1的接收器同相输入引脚(引脚6)相连，RS485总线的数据负引线B0与RS485收发芯片U1的接收器反相输入引脚(引脚7)相连。

Claims (8)

1.一种基于惯性测量单元的人体全身运动捕获装置，其特征在于，它包括N个惯性传感节点(1)和一个汇聚节点(2)等，N个惯性传感节点(1)通过总线与汇聚节点(2)相连，其中N大于等于11并小于等于24，每个惯性传感节点(1)包括第一微处理器(3)、惯性测量单元(4)、第一收发模块(5)、第一电源模块(6)；第一电源模块(6)为惯性传感节点(1)提供工作电压，惯性测量单元(4)和第一收发模块(5)均与第一微处理器(3)相连；所述汇聚节点(2)包括处理模块(7)、第二微处理器(8)、WIFI模块(9)、三个第二收发模块(10)和第二电源模块(11)，第二电源模块(11)为汇聚节点(2)提供工作电压，处理模块(7)和第二收发模块(10)均与第二微处理器(8)相连，WIFI模块(9)与处理模块(7)相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于惯性测量单元的人体全身运动捕获装置，其特征在于，所述第一电源模块(6)包括电源芯片U1、电容C7-C8、电感L1、电阻R25、电池，
电源芯片U1的电源输入引脚、使能引脚、电阻R25的一端、电容C7的一端均与电感L1的一端相连，电感L1的另一端与电池输出的电压V_BAT相连，电阻R25的另一端与电源芯片U1的调整输入引脚相连，电容C7的另一端接数字地；电源芯片U1的接地引脚接数字地；电源芯片U1的电源输出引脚输出电压VCC，VCC与电感C8的一端相连，电感C8的另一端接数字地。
3.根据权利要求2所述的一种基于惯性测量单元的人体全身运动捕获装置，其特征在于，所述第一微处理器(3)包括处理芯片U3、电容C10-C11、电容C16、电容C18、电感L2、电阻R18、发光二极管LED1、时钟芯片Y1，
处理芯片U3的电源引脚与VCC相连，接地引脚接数字地；处理芯片U3的电源输出引脚与电容C10的一端相连，电容C10的另一端接数字地；处理芯片U3的USB调节器输入引脚分别与电容C11的一端和电感L2的一端相连，电容C11的另一端接数字地，电感L2的另一端接V_BAT；处理芯片U3的模拟电源引脚和最高参考电压引脚均接VCC，最低参考电压引脚和模拟接地引脚均接数字地；处理芯片U3的一输入输出引脚与发光二极管LED1的负极相连，发光二极管LED1的正极与电阻R18的一端相连，电阻R18的另一端接VCC；时钟芯片Y1的使能控制引脚分别与处理芯片U3的晶体驱动输出引脚和电容C16的一端相连，电容C16的另一端接数字地，时钟芯片Y1的输出引脚分别与处理芯片U3的外部时钟输入引脚和电容C18的一端相连，电容C18的另一端接数字地，时钟芯片Y1的使能控制引脚和输出引脚之间接一个电阻R22，时钟芯片Y1的接地引脚和电源引脚都接数字地。
4.根据权利要求3所述的一种基于惯性测量单元的人体全身运动捕获装置，其特征在于，所述惯性测量单(4)包括九轴传感芯片U5、电容C12-C14、电阻R7-R8、电阻R16，
九轴传感芯片U5的电源保留引脚、电源引脚和片选信号引脚均与VCC相连；九轴传感芯片U5的电源引脚还分别与电容C12的一端和电容C14的一端相连，电容C12的另一端和电容C14的另一端均接数字地；九轴传感芯片U5的调节器输出引脚和电容C13的一端相连，电容C13的另一端分别与九轴传感芯片U5的从地址引脚和数字地相连；九轴传感芯片U5的帧同步数字输入引脚、接地引脚、接地保留引脚均接数字地；九轴传感芯片U5的中断数字输出引脚和电阻R16的一端相连，电阻R16的另一端和处理芯片U3的输入输出引脚相连；九轴传感芯片U5的数据线引脚与处理芯片U3的第二数据线引脚相连；九轴传感芯片U5的时钟线引脚和处理芯片U3的第二时钟线引脚相连；九轴传感芯片U5的工作时钟引脚和电阻R7的一端相连，数字分量串行接口引脚和电阻R8的一端相连，电阻R7的另一端和电阻R8的另一端均接VCC。
5.根据权利要求4所述的一种基于惯性测量单元的人体全身运动捕获装置，其特征在于，所述第一收发模块(5)包括RS485收发芯片U2、电容C1、电阻R1-R6，
RS485收发芯片U2的接收器输出引脚分别和处理芯片U3的数据接收引脚及电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端分别与VCC和电容C1的一端相连，电容C1的另一端接数字地；RS485收发芯片U2的接收器输出使能引脚和驱动器输出使能引脚均与处理芯片U3的收发模块引脚相连；RS485收发芯片U2的驱动器输入引脚与处理芯片U3的数据发送引脚相连；RS485收发芯片U2的接地引脚接数字地；RS485收发芯片U2的接收器同相输入引脚分别与电阻R1的一端和电阻R3的一端相连，电阻R1的另一端接VCC，电阻R3的另一端作为数据正引脚与第二收发模块(10)的数据正引脚相连，RS485收发芯片U2的接收器反相输入引脚分别与电阻R5和电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端接数字地，电阻R5的另一端作为数据负引脚与第二收发模块(10)的数据负引脚相连，同时RS485收发芯片U2的接收器同相输入引脚和接收器反相输入引脚之间还接入电阻R4；RS485收发芯片U2的电源引脚接VCC。
6.根据权利要求5所述的一种基于惯性测量单元的人体全身运动捕获装置，其特征在于，所述第二电源模块(11)包括电源芯片U6、电容C15-C19、电感L3、电阻R12、发光二极管LED1，
电源芯片U6的接地引脚接数字地，电源芯片U6的输入引脚接+5V电压，另外电源芯片U6的接地引脚和输入引脚之间接电容C15；电源芯片U6的输出引脚分别与电源芯片U6的电压输出引脚、+3.3V电压、电容C19的一端、电感L3的一端、电容C16的一端、电容C17的一端、电阻R12的一端相连，电容C19的另一端接数字地，电感L3的另一端输出+3.3V电压，+3.3V与电容C18的一端相连，电容C18的另一端接数字地，电容C16、电容C17的另一端均接数字地，电阻R12的另一端接发光二极管LED1的正极，发光二极管LED1的负极接数字地。
7.根据权利要求6所述的一种基于惯性测量单元的人体全身运动捕获装置，其特征在于，所述第二微处理器(8)包括处理芯片U7、电容C21-C23、电感L4、电阻R5、电阻R42-R44、电阻R53、发光二极管LED0、时钟芯片Y1、接插件U8、USB接口Jhost、电感L1、电阻R1-R2，
处理芯片U7的电源引脚、模拟电源引脚、最高参考电压引脚均接+3.3V，接地引脚、模拟接地引脚、最低参考电压均接数字地；处理芯片U7的USB数据正引脚与电阻R44的一端相连，USB数据负引脚与电阻R43的一端相连，电阻R43的另一端、电阻R44的另一端分别与接插件U8的第一、第二引脚相连，接插件U8用于和高性能处理模块(7)连接，同时接插件U8的第三引脚与电阻R42的一端相连，第四引脚与电阻R5的一端相连，电阻R42的另一端、电阻R5的另一端均接+3.3V，接插件U8的第五引脚接数字地，第六引脚接+3.3V；处理芯片U7的电源输出引脚与电容C20的一端相连，电容C20的另一端接数字地；处理芯片U7的USB调节器输入引脚分别与电感L4的一端和电容C21的一端相连，电感L4的另一端接+5V电压，电容C21的另一端接数字地；处理芯片U7的输入输出A4引脚与发光二极管LED0的负极相连，二极管LED0的正极与电阻R53的一端相连，电阻R53的另一端接+3.3V电压；时钟芯片Y1的使能控制引脚分别与处理芯片U7的晶体驱动输出引脚和电容C22的一端相连，电容C22的另一端接数字地，时钟芯片Y1的输出引脚分别与处理芯片U7的外部时钟输入引脚和电容C23的一端相连，电容C23的另一端接数字地，时钟芯片Y1的接地引脚和电源引脚都接数字地；USB接口Jhost的电源引脚与电感L1的一端相连，电感L1的另一端接+5V电压；USB接口Jhost的接地引脚、金属外壳引脚均接数字地；USB接口Jhost的数据负引脚与电阻R1的一端相连，数据正引脚与电阻R2的一端相连，电阻R1的另一端、电阻R2的另一端分别与接插件U8的第七、第八引脚相连。
8.根据权利要求7所述的一种基于惯性测量单元的人体全身运动捕获装置，其特征在于，所述第二收发模块(10)包括RS485收发芯片U1、电容C1、电阻R6、电阻R15-R17，
RS485收发芯片U1的接收器输出引脚分别和处理芯片U7的数据接收引脚及电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端分别与+3.3V和电容C1的一端相连，电容C1的另一端接数字地；RS485收发芯片U1的接收器输出使能引脚和驱动器输出使能引脚均与处理芯片U7的收发模块引脚相连；RS485收发芯片U1的驱动器输入引脚与处理芯片U7的数据发送引脚相连；RS485收发芯片U1的接地引脚接数字地；RS485收发芯片U1的接收器同相输入引脚与电阻R15的一端相连，电阻R15的另一端接+3.3V电压VCC，RS485收发芯片U1的接收器反相输入引脚与电阻R16的一端相连，电阻R16的另一端接数字地，同时RS485收发芯片U1的接收器同相输入引脚和接收器反相输入引脚之间还接入电阻R17；RS485收发芯片U1的电源引脚接+3.3V；同时由RS485收发芯片U1引出一条RS485总线，RS485总线的数据正引线与RS485收发芯片U1的接收器同相输入引脚相连，RS485总线的数据负引线与RS485收发芯片U1的接收器反相输入引脚相连。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109344922A (zh) * 2018-09-06 2019-02-15 闫维新 一种具备运动捕捉功能的舞蹈动作评测系统
CN109350070A (zh) * 2018-09-06 2019-02-19 闫维新 一种具备呼吸采集及提示功能的舞蹈动作捕捉系统
CN109920209A (zh) * 2019-02-22 2019-06-21 浙江水利水电学院 基于eMTC窄带物联网的跌倒呼救电路
CN109980578A (zh) * 2019-04-15 2019-07-05 国网浙江桐乡市供电有限公司 一种电力电缆铺设监测系统
CN110853470A (zh) * 2019-12-05 2020-02-28 哈工大机器人（合肥）国际创新研究院 一种源端数据融合的康复模拟人姿态系统及其控制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103079289A (zh) * 2013-01-18 2013-05-01 浙江大学 一种无线多人运动数据采集器及采集方法
WO2014114967A1 (en) * 2013-01-25 2014-07-31 WENNER, Fabian Self-calibrating motion capture system
CN104731342A (zh) * 2015-04-03 2015-06-24 山东大学 一种可同时采集捕捉对象面部表情的惯性动作捕捉系统及其运行方法
CN105068654A (zh) * 2015-08-14 2015-11-18 济南中景电子科技有限公司 基于can总线和惯性传感器的动作捕获系统及方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103079289A (zh) * 2013-01-18 2013-05-01 浙江大学 一种无线多人运动数据采集器及采集方法
WO2014114967A1 (en) * 2013-01-25 2014-07-31 WENNER, Fabian Self-calibrating motion capture system
CN104731342A (zh) * 2015-04-03 2015-06-24 山东大学 一种可同时采集捕捉对象面部表情的惯性动作捕捉系统及其运行方法
CN105068654A (zh) * 2015-08-14 2015-11-18 济南中景电子科技有限公司 基于can总线和惯性传感器的动作捕获系统及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李启雷等: "《基于无线惯性传感器的人体动作捕获方法》", 《浙江大学学报(工学版)》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109344922A (zh) * 2018-09-06 2019-02-15 闫维新 一种具备运动捕捉功能的舞蹈动作评测系统
CN109350070A (zh) * 2018-09-06 2019-02-19 闫维新 一种具备呼吸采集及提示功能的舞蹈动作捕捉系统
CN109920209A (zh) * 2019-02-22 2019-06-21 浙江水利水电学院 基于eMTC窄带物联网的跌倒呼救电路
CN109980578A (zh) * 2019-04-15 2019-07-05 国网浙江桐乡市供电有限公司 一种电力电缆铺设监测系统
CN110853470A (zh) * 2019-12-05 2020-02-28 哈工大机器人（合肥）国际创新研究院 一种源端数据融合的康复模拟人姿态系统及其控制方法

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