CN203898286U - 人体运动信号的无线采集与实时分析系统 - Google Patents

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向馗
王士涛
李宁
唐志伟
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Abstract

人体运动信号的无线采集与实时分析系统，包括信息采集单元、信息传输单元和信息处理单元，所述信息采集单元设置在人体上，所述信息传输单元包括设置在人体上的Zigbee子节点和远端上位机的Zigbee主节点，所述信息处理单元包括设置在人体上的MSP430单片机、485芯片以及远端上位机、与远端上位机相连的计算机。所述信息处理单元所采集的信号交给MSP430单片机和485芯片处理，经过处理的信号通过485总线的形式和带有485接口的Zigbee子节点连接，Zigbee子节点将信号传输给Zigbee主节点，远端上位机对信号进行解算与实施图形化显示，并与计算机相连由计算机对信号做进一步处理。

Description

人体运动信号的无线采集与实时分析系统
技术领域
本实用新型涉及一种人体运动信号的无线采集与实时分析系统。
背景技术
人体步态分析系统提供了人体在运动时的空间轨迹和受力情况，为运动员的训练、运动姿态分析等提供分析数据；同时人体的生理功能、疾病、甚至精神状态等各种因素都会不同程度地影响人体的步态，有关人体步态的研究分析能够为人工假肢、康复医学提供理论依据；因此，研究人体多关节运动信息的获取和足底压力对于步态分析、康复医疗、临床医学均具有积极意义和重要价值。而目前国内对步态行走和震颤的研究相对落后，因此本装置的开发和应用具有重要意义。
实用新型内容
为实现实时地获取人体的步态信息，本实用新型提供了一种可实现人体运动信号的无线采集与实时分析系统，可实现对各个关节运动信息的无线采集，并在上位机即刻处理与显示；可准确、清晰地获取人体的步态信息，为相关应用提供技术数据支持。
本实用新型的技术原理是：人体下肢可看成一个四构件六自由度的刚体系统，它包括三个方向上的直线运动，三个旋转轴的旋转运动。直线运动能够用线位移、线速率、线加速度来表述，旋转运动能够用角位移、角速率、角加速度来表述。
人体多关节运动信息采集装置在硬件设计上要满足以下几个要点：(1)加速度传感器、地磁传感器和角速率传感器具有高精度的采样；(2)抑制系统内的各种噪声干扰，比如传感器噪声和电源噪声等；(3)多关节信号采集，应采用总线形式传递。(4)测量人体步态行走，便于携带采用无线传输。
本实用新型的技术方案如下。
人体运动信号的无线采集与实时分析系统，包括信息采集单元、信息传输单元和信息处理单元，所述信息采集单元设置在人体上，所述信息传输单元包括设置在人体上的Zigbee子节点和远端上位机的Zigbee主节点，所述信息处理单元包括设置在人体上的MSP430单片机、485芯片以及远端上位机、与远端上位机相连的计算机。所述信息处理单元所采集的信号交给MSP430单片机和485芯片处理，经过处理的信号通过485总线的形式和带有485接口的Zigbee子节点连接，人体上的Zigbee子节点将信号传输给远端上位机的Zigbee主节点，远端上位机对信号进行解算与实施图形化显示，并与计算机相连由计算机对信号做进一步处理。
进一步地，所述信息采集单元包括位移信息采集模块和生理信息采集模块。
进一步地，所述位移信息采集模块包括加速度计、陀螺仪和地磁传感器。
进一步地，所述生理信息采集模块包括心率传感器、血压传感器、肌肉电位传感器。
进一步地，设置在人体同一个部位的信息采集单元、MSP430单片机、485芯片和Zigbee子节点集成在一块电路板，形成一个测量节点。
本实用新型的有益效果是，可以实时利用加速度传感器、陀螺仪、地磁传感器对人体的运动信号如运动速度、加速度、地磁信号等信号进行采集与分析，通过Zigbee无线通讯技术对数据进行无线传输，同时上位机对信号进行解算与实施图形化显示，携带方便，实时性好，可为相关领域的应用提供技术数据支持。
实现了用综合同步方法采集同时发生的各种人体体质数据(如：心率、肌电等参数)、各种人体运动数据(如：速度、加速度、位移、力值、时间等参数)；用系统控制操作软件即时合成存储；用实时直播和回放2种模式播放用综合同步方法采集的各种人体体质数据(如：心率、肌电、脑电等参数)、各种人体运动数据(如：速度、加速度、位移、力值等参数)
附图说明
图1是人体携带测量节点的侧面图。
图2是人体携带测量节点的正面图。
图3是基于zigbee技术数据的无线传输网络示意图。
图4是本实用新型所提供的人体运动信号的无线采集与实时分析系统功能流程框图。
附图标记：1.上肢肩关节测量节点一，2.上肢肘关节测量节点一，3.下肢胯关节测量节点一，4.下肢膝关节测量节点一，5.上肢肩关节测量节点二，6.上肢肘关节测量节点二，7.下肢胯关节测量节点二，8.下肢膝关节测量节点二，9.Zigbee子节点，10.Zigbee主节点，11.远端上位机。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步说明。
人体运动信号的无线采集与实时分析系统，包括信息采集单元、信息传输单元和信息处理单元，所述信息采集单元设置在人体上，所述信息传输单元包括设置在人体上的Zigbee子节点和远端上位机的Zigbee主节点，所述信息处理单元包括设置在人体上的MSP430单片机、485芯片以及远端上位机、与远端上位机相连的计算机。所述信息处理单元所采集的信号交给MSP430单片机和485芯片处理，经过处理的信号通过485总线的形式和带有485接口的Zigbee子节点连接，人体上的Zigbee子节点将信号传输给远端上位机的Zigbee主节点，远端上位机对信号进行解算与实施图形化显示，并与计算机相连由计算机对信号做进一步处理。所述信息采集单元包括位移信息采集模块和生理信息采集模块。所述位移信息采集模块包括加速度计、陀螺仪和地磁传感器。所述生理信息采集模块包括心率传感器、血压传感器、肌肉电位传感器。设置在人体同一个部位的信息采集单元、MSP430单片机、485芯片和Zigbee子节点集成在一块电路板，形成一个测量节点。
在图1中，在人体上肢下肢各主要运动关节布置8个独立的测量节点，各测量节点包括加速度传感器、陀螺仪、地磁传感器以及其他信号采集模块、MSP430单片机、485芯片和Zigbee子节点，各测量节点通过独立的电源供电，可独立工作。
在图2中，展现的是人体携带后的正面示意图，图中可看出，各测量节点独立分布，人体携带方便，不影响人体运动。
在图3中，系统利用Zigbee无线传输技术进行组网，各子节点具有自己独立的发射模块，在接收端利用与上位机连接的Zigbee主节点进行数据接收，上位机内的解算程序对实时传输的数据进行解算进行图形化显示。
在图4中，系统下位机采用MSP430单片机进行传感器数据的采集，同时利用抗干扰能力和组网能力强的485信号进行传输，基于Zigbee无线通讯协议实现下位机与上位机之间的通讯，上位机通过解算程序数据信号进行解算及图像化显示。

Claims (4)

1.人体运动信号的无线采集与实时分析系统，其特征在于，包括信息采集单元、信息传输单元和信息处理单元，所述信息采集单元设置在人体上，所述信息传输单元包括设置在人体上的Zigbee子节点和远端上位机的Zigbee主节点，所述信息处理单元包括设置在人体上的MSP430单片机、485芯片以及远端上位机、与远端上位机相连的计算机，所述信息采集单元包括位移信息采集模块和生理信息采集模块。 
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述位移信息采集模块包括加速度计、陀螺仪和地磁传感器。 
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述生理信息采集模块包括心率传感器、血压传感器、肌肉电位传感器。 
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，设置在人体同一个部位的信息采集单元、MSP430单片机、485芯片和Zigbee子节点集成在一块电路板。 
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105893966A (zh) * 2016-04-04 2016-08-24 上海大学 人体步态信息采集和步态形式分类识别系统及方法
CN106419930A (zh) * 2016-11-30 2017-02-22 深圳市酷浪云计算有限公司 运动健康管理平台及运动智能装备
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