CN110320845A - 一种多路数据采集系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多路数据采集系统，包括脚部压力传感器、脚部姿态数据采集模块、小腿部姿态数据采集模块、小腿与大腿之间关节角度数据采集模块、大腿部姿态数据采集模块、髋关节角度数据采集模块、腰部姿态数据采集模块和中控数据处理电路，脚部压力传感数据采集模块与中控数据处理电路连接，脚部姿态数据采集模块与中控数据处理电路之间通过SPI协议经由SPI网络连接。本发明不仅采集了小腿姿态、大腿姿态、腰部姿态，还采集了脚部关键点的压力、小腿与大腿间关节角度、髋关节角度；通过增加脚部压力传感器，可以实时检测出人体前后脚掌落地与抬起的时间和力度，可以更精准的对人体进行姿态评估。

Description

一种多路数据采集系统
技术领域
本发明涉及数据采集技术领域，尤其涉及一种多路数据采集系统。
背景技术
一个惯性测量单元(IMU)包含了三个单轴的加速度计和三个单轴的陀螺，加速度计检测物体在载体坐标系统独立三轴的加速度信号，而陀螺检测载体相对于导航坐标系的角速度信号，测量物体在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出物体的姿态。
陀螺仪输出角速度，是瞬时量，角速度在姿态平衡上是不能直接使用，需要角速度与时间积分计算角度，得到的角度变化量与初始角度相加，就得到目标角度，其中积分时间Dt越小，输出角度越精确,但陀螺仪的原理决定了它的测量基准是自身，并没有系统外的绝对参照物，加上Dt是不可能无限小,所以积分的累积误差会随着时间流逝迅速增加，最终导致输出角度与实际不符，所以陀螺仪只能工作在相对较短的时间尺度内，
目前对于身体姿态的检测，大多使用IMU进行检测，因为IMU中陀螺仪的输出误差会随着时间流逝迅速增加，所以只能进行短时间的测量，无法对用户进行全面的体态评估。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本发明实施例提供一种多路数据采集系统，能够实时校准IMU参数，使得到的姿态数据更精准更加的全面。
本发明实施例提供一种多路数据采集系统，包括脚部压力传感器、脚部姿态数据采集模块、小腿部姿态数据采集模块、小腿与大腿之间关节角度数据采集模块、大腿部姿态数据采集模块、髋关节角度数据采集模块、腰部姿态数据采集模块和中控数据处理电路，脚部压力传感数据采集模块与中控数据处理电路连接，脚部姿态数据采集模块与中控数据处理电路之间通过SPI协议经由SPI网络连接，小腿部姿态数据采集模块与中控数据处理电路之间通过SPI协议经由SPI网络连接，小腿与大腿之间关节角度数据采集模块与中控数据处理电路之间通过SSI协议经由SSI网络连接，大腿部姿态数据采集模块与中控数据处理电路之间通过SPI协议经由SPI网络连接，腰部姿态数据采集模块与中控数据处理电路之间通过SPI协议经由SPI网络连接，髋关节角度数据采集模块与中控数据处理电路之间通过SSI协议经由SSI网络连接，中控数据处理电路通过USB协议经由USB网络与U盘连接。
所述脚部压力传感器分为第一脚部压力传感器和第二脚部压力传感器，脚部姿态数据采集模块分为第一脚部姿态数据采集模块和第二脚部姿态数据采集模块，小腿部姿态数据采集模块分为第一小腿部姿态数据采集模块和第二小腿部姿态数据采集模块，小腿与大腿之间关节角度数据采集模块分为第一小腿与大腿之间关节角度数据采集模块和第二小腿与大腿之间关节角度数据采集模块，大腿部姿态数据采集模块分为第一大腿部姿态数据采集模块和第二大腿部姿态数据采集模块，髋关节角度数据采集模块分为第一髋关节角度数据采集模块和第二髋关节角度数据采集模块。
进一步地，脚部压力传感器包括数量为五个的多点分布式柔性压力传感器和信号调理电路，五个多点分布式柔性压力传感器的一端分别与信号调理电路连接。
进一步地，脚部姿态数据采集模块包括脚部姿态UART接口、脚部姿态IMU和脚部姿态电压转换器，脚部姿态IMU的一端与脚部姿态UART接口连接，脚部姿态电压转换器的一端与脚部姿态IMU连接，脚部姿态IMU通过SPI协议经由SPI网络与中控数据处理电路连接。
进一步地，小腿部姿态数据采集模块包括小腿部姿态UART接口、小腿部姿态IMU和小腿部姿态电压转换器，小腿部姿态IMU的一端与小腿部姿态UART接口连接，小腿部姿态电压转换器的一端与小腿部姿态IMU连接，小腿部姿态IMU通过SPI协议经由SPI网络与中控数据处理电路连接。
进一步地，小腿与大腿之间关节角度数据采集模块包括第一绝对式编码器，第一绝对式编码器通过SSI通信协议经由SSI网络与中控数据处理电路连接，第一绝对式编码器用于收集小腿与大腿之间的角度数据。
进一步地，大腿部姿态数据采集模块包括大腿部姿态UART接口、大腿部姿态IMU和大腿部姿态电压转换器，大腿部姿态IMU的一端与大腿部姿态UART接口连接，大腿部姿态电压转换器的一端与大腿部姿态IMU连接，大腿部姿态IMU通过SPI协议经由SPI网络与中控数据处理电路连接。
进一步地，髋关节角度数据采集模块包括第二绝对式编码器，第二绝对式编码器通过SSI通信协议经由SSI网络与控数据处理电路连接，第二绝对式编码器用于收集髋关节的角度数据。
进一步地，腰部姿态数据采集模块包括腰部姿态UART接口、腰部IMU和腰部姿态电压转换器，腰部姿态IMU的一端与腰部姿态UART接口连接，腰部电压转换器的一端与腰部姿态IMU连接，腰部姿态IMU通过SPI协议经由SPI网络与中控数据处理电路连接。
进一步地，中控数据处理电路包括MCU、AD采集电路、TCP/IP网络通信电路、中央处理控制模块和数据存储模块，所述AD采集电路的一端与MCU连接，MCU的一端与TCP/IP网络通信电路连接，TCP/IP网络通信电路的一端与中央处理控制模块连接，中央处理控制模块的一端与数据储存模块连接，数据储存模块连的一端与U盘连接。
进一步地，所述脚部姿态电压转换器为脚部姿态DC-DC5V-3V降压器，小腿部姿态电压转换器为小腿部姿态DC-DC5V-3V降压器、大腿部姿态电压转换器为大腿部姿态DC-DC5V-3V降压器、腰部姿态电压转换器为腰部姿态DC-DC5V-3V降压器。
本发明的实施例提供的技术方案具有以下有益效果：不仅采集了小腿姿态、大腿姿态、腰部姿态，还采集了脚部关键点的压力、小腿与大腿间关节角度、髋关节角度；通过增加脚部压力传感器，可以实时检测出人体前后脚掌落地与抬起的时间和力度，可以更精准的对人体进行姿态评估；通过在小腿与大腿间、大腿与髋关节间增加了绝对式编码器，使每一个位置绝对唯一、抗干扰强，不会随着时间的流逝而引起误差，所以，在整个系统中会实时校准IMU参数，使得到的姿态数据更精准。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是本发明实施例中多路数据采集系统的结构示意图。
图2是本发明实施例中多路数据采集系统脚部压力传感器的结构示意图。
图3是本发明实施例中多路数据采集系统脚部姿态数据采集模块的结构示意图。
图4是本发明实施例中多路数据采集系统小腿部姿态数据采集模块的结构示意图。
图5是本发明实施例中多路数据采集系统小腿与大腿之间关节角度数据采集模块的结构示意图。
图6是本发明实施例中多路数据采集系统大腿部姿态数据采集模块的结构示意图。
图7是本发明实施例中多路数据采集系统髋关节角度数据采集模块的结构示意图。
图8是本发明实施例中多路数据采集系统腰部姿态数据采集模块的结构示意图。
图9是本发明实施例中多路数据采集系统中控数据处理电路的结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置及相关应用、方法的例子。
图1是本发明实施例中多路数据采集系统的结构示意图，如图1所示，该多路数据采集系统，包括脚部压力传感器1、脚部姿态数据采集模块2、小腿部姿态数据采集模块3、小腿与大腿之间关节角度数据采集模块5、大腿部姿态数据采集模块4、髋关节角度数据采集模块6、腰部姿态数据采集模块7和中控数据处理电路8，脚部压力传感数据采集模块与中控数据处理电路连接，脚部姿态数据采集模块与中控数据处理电路之间通过SPI协议经由SPI网络连接，小腿部姿态数据采集模块与中控数据处理电路之间通过SPI协议经由SPI网络连接，小腿与大腿之间关节角度数据采集模块与中控数据处理电路之间通过SSI协议经由SSI网络连接，大腿部姿态数据采集模块与中控数据处理电路之间通过SPI协议经由SPI网络连接，腰部姿态数据采集模块与中控数据处理电路之间通过SPI协议经由SPI网络连接，髋关节角度数据采集模块与中控数据处理电路之间通过SSI协议经由SSI网络连接，中控数据处理电路通过USB协议经由USB网络与U盘连接。
脚部压力传感器分为第一脚部压力传感器和第二脚部压力传感器，脚部姿态数据采集模块分为第一脚部姿态数据采集模块和第二脚部姿态数据采集模块，小腿部姿态数据采集模块分为第一小腿部姿态数据采集模块和第二小腿部姿态数据采集模块，小腿与大腿之间关节角度数据采集模块分为第一小腿与大腿之间关节角度数据采集模块和第二小腿与大腿之间关节角度数据采集模块，大腿部姿态数据采集模块分为第一大腿部姿态数据采集模块和第二大腿部姿态数据采集模块，髋关节角度数据采集模块分为第一髋关节角度数据采集模块和第二髋关节角度数据采集模块。
图2是本发明实施例中多路数据采集系统脚部压力传感器的结构示意图，如图2所示，脚部压力传感器包括数量为五个的多点分布式柔性压力传感器10和信号调理电路11，五个多点分布式柔性压力传感器的压力测试点分别为前脚掌三个，足弓侧面一个，脚后跟处一个，五个多点分布式柔性压力传感器的一端分别与信号调理电路连接。
图3是本发明实施例中多路数据采集系统脚部姿态数据采集模块的结构示意图，如图3所示，脚部姿态数据采集模块包括脚部姿态通用异步收发传输器(UART)接口14、脚部姿态IMU12和脚部姿态电压转换器，脚部姿态IMU的一端与脚部姿态UART接口连接，脚部姿态UART接口作为调试接口，脚部姿态电压转换器的一端与脚部姿态IMU连接，脚部姿态IMU通过SPI协议经由SPI网络与中控数据处理电路连接。
图4是本发明实施例中多路数据采集系统小腿部姿态数据采集模块的结构示意图，如图4所示，小腿部姿态数据采集模块包括小腿部姿态UART接口17、小腿部姿态IMU15和小腿部姿态电压转换器，小腿部姿态IMU的一端与小腿部姿态UART接口连接，小腿部姿态UART接口作为调试接口，小腿部姿态电压转换器的一端与小腿部姿态IMU连接，小腿部姿态IMU通过SPI协议经由SPI网络与中控数据处理电路连接。
图5是本发明实施例中多路数据采集系统小腿与大腿之间关节角度数据采集模块的结构示意图，如图5所示，小腿与大腿之间关节角度数据采集模块包括第一绝对式编码器51，第一绝对式编码器通过SSI通信协议经由SSI网络与控数据处理电路连接，第一绝对式编码器用于收集小腿与大腿之间的角度数据。
图6是本发明实施例中多路数据采集系统大腿部姿态数据采集模块的结构示意图，如图6所示，大腿部姿态数据采集模块包括大腿部姿态UART接口20、大腿部姿态IMU18和大腿部姿态电压转换器，大腿部姿态IMU的一端与大腿部姿态UART接口连接，大腿部姿态UART接口作为调试接口，大腿部姿态电压转换器的一端与大腿部姿态IMU连接，大腿部姿态IMU通过SPI协议经由SPI网络与中控数据处理电路连接。
图7是本发明实施例中多路数据采集系统髋关节角度数据采集模块的结构示意图，如图7所示，髋关节角度数据采集模块包括第二绝对式编码器61，第二绝对式编码器通过SSI通信协议经由SSI网络与中控数据处理电路连接，第二绝对式编码器用于收集髋关节的角度数据。
图8是本发明实施例中多路数据采集系统腰部姿态数据采集模块的结构示意图，如图8所示，腰部姿态数据采集模块包括腰部姿态UART接口23、腰部IMU22和腰部姿态电压转换器，腰部姿态IMU的一端与腰部姿态UART接口连接，腰部姿态UART接口作为调试接口，腰部电压转换器的一端与腰部姿态IMU连接，腰部姿态IMU通过SPI协议经由SPI网络与中控数据处理电路连接。
图9是本发明实施例中多路数据采集系统中控数据处理电路的结构示意图，如图9所示，中控数据处理电路包括单片机(MCU)81、AD采集电路82、TCP/IP网络通信电路83、中央处理控制模块84和数据存储模块85，AD采集电路的一端与MCU连接，MCU的一端与TCP/IP网络通信电路连接，TCP/IP网络通信电路的一端与中央处理控制模块连接，中央处理控制模块的一端与数据储存模块连接，数据储存模块连的一端与U盘连接，中央处理控制系统会将数据进行时基标定，然后将数据整合压缩至数据存储系统，然后通过U盘形式将此数据拷出以备分析使用。
脚部姿态电压转换器为脚部姿态DC-DC5V-3V降压器13，小腿部姿态电压转换器为小腿部姿态DC-DC5V-3V降压器16、大腿部姿态电压转换器为大腿部姿态DC-DC5V-3V降压器19、腰部姿态电压转换器为腰部姿态DC-DC5V-3V降压器22。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种多路数据采集系统，其特征在于，包括脚部压力传感器、脚部姿态数据采集模块、小腿部姿态数据采集模块、小腿与大腿之间关节角度数据采集模块、大腿部姿态数据采集模块、髋关节角度数据采集模块、腰部姿态数据采集模块和中控数据处理电路，脚部压力传感数据采集模块与中控数据处理电路连接，脚部姿态数据采集模块与中控数据处理电路之间通过SPI协议经由SPI网络连接，小腿部姿态数据采集模块与中控数据处理电路之间通过SPI协议经由SPI网络连接，小腿与大腿之间关节角度数据采集模块与中控数据处理电路之间通过SSI协议经由SSI网络连接，大腿部姿态数据采集模块与中控数据处理电路之间通过SPI协议经由SPI网络连接，腰部姿态数据采集模块与中控数据处理电路之间通过SPI协议经由SPI网络连接，髋关节角度数据采集模块与中控数据处理电路之间通过SSI协议经由SSI网络连接，中控数据处理电路通过USB协议经由USB网络与U盘连接；
所述脚部压力传感器分为第一脚部压力传感器和第二脚部压力传感器，脚部姿态数据采集模块分为第一脚部姿态数据采集模块和第二脚部姿态数据采集模块，小腿部姿态数据采集模块分为第一小腿部姿态数据采集模块和第二小腿部姿态数据采集模块，小腿与大腿之间关节角度数据采集模块分为第一小腿与大腿之间关节角度数据采集模块和第二小腿与大腿之间关节角度数据采集模块，大腿部姿态数据采集模块分为第一大腿部姿态数据采集模块和第二大腿部姿态数据采集模块，髋关节角度数据采集模块分为第一髋关节角度数据采集模块和第二髋关节角度数据采集模块。
2.根据权利要求1所述的多路数据采集系统，其特征在于，脚部压力传感器包括数量为五个的多点分布式柔性压力传感器和信号调理电路，五个多点分布式柔性压力传感器的一端分别与信号调理电路连接。
3.根据权利要求1所述的多路数据采集系统，其特征在于，脚部姿态数据采集模块包括脚部姿态UART接口、脚部姿态IMU和脚部姿态电压转换器，脚部姿态IMU的一端与脚部姿态UART接口连接，脚部姿态电压转换器的一端与脚部姿态IMU连接，脚部姿态IMU通过SPI协议经由SPI网络与中控数据处理电路连接。
4.根据权利要求1所述的多路数据采集系统，其特征在于，小腿部姿态数据采集模块包括小腿部姿态UART接口、小腿部姿态IMU和小腿部姿态电压转换器，小腿部姿态IMU的一端与小腿部姿态UART接口连接，小腿部姿态电压转换器的一端与小腿部姿态IMU连接，小腿部姿态IMU通过SPI协议经由SPI网络与中控数据处理电路连接。
5.根据权利要求1所述的多路数据采集系统，其特征在于，小腿与大腿之间关节角度数据采集模块包括第一绝对式编码器，第一绝对式编码器通过SSI通信协议经由SSI网络与控数据处理电路连接，第一绝对式编码器用于收集小腿与大腿之间的角度数据。
6.根据权利要求1所述的多路数据采集系统，其特征在于，大腿部姿态数据采集模块包括大腿部姿态UART接口、大腿部姿态IMU和大腿部姿态电压转换器，大腿部姿态IMU的一端与大腿部姿态UART接口连接，大腿部姿态电压转换器的一端与大腿部姿态IMU连接，大腿部姿态IMU通过SPI协议经由SPI网络与中控数据处理电路连接。
7.根据权利要求1所述的多路数据采集系统，其特征在于，髋关节角度数据采集模块包括第二绝对式编码器，第二绝对式编码器通过SSI通信协议经由SSI网络与中控数据处理电路连接，第二绝对式编码器用于收集髋关节的角度数据。
8.根据权利要求1所述的多路数据采集系统，其特征在于，腰部姿态数据采集模块包括腰部姿态UART接口、腰部IMU和腰部姿态电压转换器，腰部姿态IMU的一端与腰部姿态UART接口连接，腰部电压转换器的一端与腰部姿态IMU连接，腰部姿态IMU通过SPI协议经由SPI网络与中控数据处理电路连接。
9.根据权利要求1所述的多路数据采集系统，其特征在于，中控数据处理电路包括MCU、AD采集电路、TCP/IP网络通信电路、中央处理控制模块和数据存储模块，所述AD采集电路的一端与MCU连接，MCU的一端与TCP/IP网络通信电路连接，TCP/IP网络通信电路的一端与中央处理控制模块连接，中央处理控制模块的一端与数据储存模块连接，数据储存模块连的一端与U盘连接。
10.根据权利要求1所述的多路数据采集系统，其特征在于，所述脚部姿态电压转换器为脚部姿态DC-DC5V-3V降压器，小腿部姿态电压转换器为小腿部姿态DC-DC5V-3V降压器、大腿部姿态电压转换器为大腿部姿态DC-DC5V-3V降压器、腰部姿态电压转换器为腰部姿态DC-DC5V-3V降压器。
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