CN218045102U - 一种基于fpga的步态检测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于FPGA的步态检测系统，其包括数据采集装置、数据处理装置以及响应装置，所述数据采集装置具有一采集端，用以采集步态信号；所述数据处理装置包括FPGA芯片和ARM处理器，所述FPGA芯片与所述数据采集装置电连接，用以基于所述述步态信号生成角度信号并存储，所述ARM处理器与所述FPGA芯片电连接，用以基于所述FPGA芯片存储的所述角度信号产生响应信号；所述响应装置与所述ARM处理器电连接，用以根据所述响应信号进行相应的动作；解决现有的步态检测方法在实际过程的使用中，往往出现反应不及时，响应不明显的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及步态识别技术领域，尤其涉及一种基于FPGA的步态检测系统。
背景技术
人体运动在日常生活中起着至关重要的作用，检测和分析人体运动，研究人在行走过程中的步态参数不仅对了解人体运动规律，发现肢体间的协调配合决策具有重要的意义，而且在临床诊断、康复医疗、体育科学以及仿生机构与类人机器人等领域也具有重要的意义。近年来，加速度计、陀螺仪等可穿戴惯性传感器也被广泛用于步态事件的检测，有很多研究使用放置在人体腿部、腰部、手腕、胸部等部位的可穿戴传感器测量步态时间参数，如步态事件、步态周期等。
例如，申请号为CN201710039236的发明专利申请公开了一种步态事件检测方法，将惯性测量单元置于被试人员的小腿处，在被试人员于室内行走的过程中，惯性传感器中的角速度数据被获得，由此可利用角速度峰值检测方法确定步态事件。再如，申请号为KR20160124602的发明专利申请公开了一种步态事件检测方法，其将三轴加速度计放在测试者第三腰椎到第四腰椎的位置，采集测试者行走时的加速度数据，对竖直向加速度滤波后利用峰值检测法确定步态事件。
然而上述方法在实际过程的使用中，往往出现反应不及时，响应不明显等缺点，同时上述方法往往针对的是成年人。因此，有必要提出一种新型的、高速的，针对幼儿且反应迅速的步态测量方法。
实用新型内容
有鉴于此，有必要提供一种基于FPGA的步态检测系统，用以解决现有的步态检测方法在实际过程的使用中，往往出现反应不及时，响应不明显的问题。
本实用新型提供一种基于FPGA的步态检测系统，包括数据采集装置、数据处理装置以及响应装置，所述数据采集装置具有一采集端，用以采集步态信号；所述数据处理装置包括FPGA芯片和ARM处理器，所述FPGA芯片与所述数据采集装置电连接，用以基于所述述步态信号生成角度信号并存储，所述ARM处理器与所述FPGA芯片电连接，用以基于所述FPGA芯片存储的所述角度信号产生响应信号；所述响应装置与所述ARM处理器电连接，用以根据所述响应信号进行相应的动作。
进一步的，所述数据采集装置为一陀螺仪，所述陀螺仪通过串口与所述FPGA芯片电连接。
进一步的，所述步态信号包括角速度信号和角加速度信号。
进一步的，所述FPGA芯片包括FIFO临时存储区、处理区以及RAM区，所述FIFO临时存储区与所述数据采集装置电连接，用以存储所述数据采集装置所采集的步态信号，所述FIFO临时存储区与所述处理区电连接，用于基于所述FIFO临时存储区所存储的步态信号生成所述角度信号，所述处理区与所述RAM区电连接，用以存储所述角度信号。
进一步的，所述FPGA芯片还包括一MCU比较区，所述RAM区经由MCU比较区与所述ARM处理器电连接，基于所述RAM区存储的所述角度信号与所述MCU比较区中的阈值进行比较后生成所述响应信号。
进一步的，所述角度信号为角度偏转值。
进一步的，所述响应装置包括RGB彩灯，所述RGB彩灯与所述ARM处理器电连接，用以根据所述响应信号控制所述RGB彩灯的启闭。
进一步的，所述响应装置包括语音提示器，所述语音提示器与所述ARM处理器电连接，用以根据所述响应信号控制所述语音提示器的启闭。
进一步的，所述数据采集装置的数量为多个，所述数据处理装置的数量为多个，多个所述数据处理装置与多个所述数据采集装置一一对应。
进一步的，其中一所述数据处理装置与所述响应装置电连接，其余所述数据处理装置中的所述ARM处理器均与和所述响应装置电连接的所述数据处理装置中的所述FPGA芯片电连接。
与现有技术相比，数据采集装置可穿戴于腿上，随着腿部的摆动，可采集步态信号，通过设置的数据处理装置包括FPGA芯片和ARM处理器，FPGA芯片与数据采集装置电连接，用以基于述步态信号生成角度信号并存储，具体的，步态信号为角度值和角加速度值，FPGA芯片内存储有与角度值和角加速度值一一对应的角度信号，因此，当数据采集装置将采集的步态信号传输给FPGA芯片后，FPGA芯片就根据预先存储的对应关系得到一个角度信号，从而能够根据步态信号生成角度信号，并通过ARM处理器与FPGA芯片电连接，用以基于FPGA芯片存储的角度信号产生响应信号，FPGA芯片+ARM处理器的双芯片模式能够快速、准确处理步态信号，并得到所需的角度信号，可判断出步态的正确与否，同时，通过响应装置与ARM处理器电连接，用以根据响应信号进行相应的动作，有效且及时的提醒使用者步态是否正确，适用幼儿的步态校正，有效吸引幼儿的注意力，适用范围更广。
附图说明
图1为本实用新型提供的基于FPGA的步态检测系统一实施例中整体的结构示意图；
图2为本实用新型提供的基于FPGA的步态检测系统另一实施例中整体的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理，并非用于限定本实用新型的范围。
如图1所示，本实施例中的一种基于FPGA的步态检测系统，包括数据采集装置100、数据处理装置200以及响应装置300，数据采集装置100具有一采集端，用以采集步态信号；数据处理装置200包括FPGA芯片210和ARM处理器220，FPGA芯片210与数据采集装置100电连接，用以基于述步态信号生成角度信号并存储，ARM处理器220与FPGA芯片210电连接，用以基于FPGA芯片210存储的角度信号产生响应信号；响应装置300与ARM处理器220电连接，用以根据响应信号进行相应的动作。
其中，数据采集装置100可穿戴于腿上，随着腿部的摆动，可采集步态信号，通过设置的数据处理装置200包括FPGA芯片210和ARM处理器220，FPGA芯片210与数据采集装置100电连接，用以基于述步态信号生成角度信号并存储，具体的，步态信号为角度值和角加速度值，FPGA芯片210内存储有与角度值和角加速度值一一对应的角度信号，因此，当数据采集装置100将采集的步态信号传输给FPGA芯片210后，FPGA芯片210就根据预先存储的对应关系得到一个角度信号，从而能够根据步态信号生成角度信号，并通过ARM处理器220与FPGA芯片210电连接，用以基于FPGA芯片210存储的角度信号产生响应信号，FPGA芯片210+ARM处理器220的双芯片模式能够快速、准确处理步态信号，并得到所需的角度信号，可判断出步态的正确与否，同时，通过响应装置300与ARM处理器220电连接，用以根据响应信号进行相应的动作，有效且及时的提醒使用者步态是否正确，适用幼儿的步态校正，有效吸引幼儿的注意力，适用范围更广。
本实施方案中的数据采集装置100为采集步态信息的结构。
在一个优选的实施例中，数据采集装置100为一陀螺仪，陀螺仪通过串口与FPGA芯片210电连接。其中，步态信号包括角速度信号和角加速度信号，通过设置的陀螺仪可以得到上述角速度信号以及角加速度信号。
本实施方案中的数据处理装置200是用于处理上述步态信号的结构，为了能够快速、准确的处理信号，本实施方案中的数据处理装置200采用FPGA芯片210+ARM处理器220双芯片模式进行处理。
在一个优选的实施例中，FPGA芯片210包括FIFO临时存储区、处理区以及RAM区，FIFO临时存储区与数据采集装置100电连接，用以存储数据采集装置100所采集的步态信号，FIFO临时存储区与处理区电连接，用于基于FIFO临时存储区所存储的步态信号生成角度信号，处理区与RAM区电连接，用以存储角度信号。
为了便于判断步态是否正确，在一个优选的实施例中，FPGA芯片210还包括一MCU比较区，RAM区经由MCU比较区与ARM处理器220电连接，基于RAM区存储的角度信号与MCU比较区中的阈值进行比较后生成响应信号。
需要说明的是，上述角度信号为角度偏转值，即腿部的摆幅，通过将处理得到的腿部的摆幅与MCU比较区中的阈值进行比较，即可判断步态是否正确。
可以理解的是，上述FPGA芯片210处理的过程如下，FPGA芯片210中存储有角速度信号、角加速度信号与角度偏转值一一对应的数据库，通过采集的角速度信号、角加速度信号，可直接得到对应的角度偏转值。
在一个优选的实施例中，FPGA芯片210可采用高云平台的Mini_star板。
本实施方案中的ARM处理器220是用以根据角度信号产生一响应信号，即根据角度信号的大小来做出相应的响应至响应装置300中。
在一个优选的实施例中，ARM处理器220可采用内核Cotex-M332位CPU。
本实施方案中的响应装置300为根据响应信号进行相应的动作的结构，用以告知、提醒使用者当前步态是否正确。
在一个优选的实施例中，响应装置300包括RGB彩灯，RGB彩灯与ARM处理器220电连接，用以根据响应信号控制RGB彩灯的启闭。使用时，若步态不正确，则RGB彩灯开启，若步态正确，则RGB彩灯不亮。
在一个优选的实施例中，响应装置300包括语音提示器，语音提示器与ARM处理器220电连接，用以根据响应信号控制语音提示器的启闭。使用时，若步态不正确，则语音提示器发出相应的语音口令，例如“步态错误”，若步态正确，则语音提示器发出相应的语音口令，例如“步态正确”。
当然，在其它优选的实施例中，响应装置300还可以采用其他形式的结构代替，本实用新型实施例对此不做限定。
在另一个优选的实施例中，如图2所示，数据采集装置100的数量为多个，数据处理装置200的数量为多个，多个数据处理装置200与多个数据采集装置100一一对应。
例如，当数据采集装置100以及数据处理装置200的数量均为两个时，可用于测量双腿的步态，当数据采集装置100以及数据处理装置200的数量均为四个时，可用于测量双腿双手的姿态是否正确，本实用新型实施例对此不做限定，只要能够测量姿态是否正确即可。
当数据采集装置100以及数据处理装置200的数量为多时，为了减少设备体积以及降低成本，在一个优选的实施例中，其中一数据处理装置200与响应装置300电连接，其余数据处理装置200中的ARM处理器220均与和响应装置300电连接的数据处理装置200中的FPGA芯片210电连接。即在多个数据采集装置100以及数据处理装置200测量多个部位的姿态得到多个响应信号后，可将多个响应信号存放于一个FPGA芯片210的多个RAM区中，并可将多个响应信号同步发送至一个响应装置300中，减少响应装置300所需的数量。
与现有技术相比：数据采集装置100可穿戴于腿上，随着腿部的摆动，可采集步态信号，通过设置的数据处理装置200包括FPGA芯片210和ARM处理器220，FPGA芯片210与数据采集装置100电连接，用以基于述步态信号生成角度信号并存储，具体的，步态信号为角度值和角加速度值，FPGA芯片210内存储有与角度值和角加速度值一一对应的角度信号，因此，当数据采集装置100将采集的步态信号传输给FPGA芯片210后，FPGA芯片210就根据预先存储的对应关系得到一个角度信号，从而能够根据步态信号生成角度信号，并通过ARM处理器220与FPGA芯片210电连接，用以基于FPGA芯片210存储的角度信号产生响应信号，FPGA芯片210+ARM处理器220的双芯片模式能够快速、准确处理步态信号，并得到所需的角度信号，可判断出步态的正确与否，同时，通过响应装置300与ARM处理器220电连接，用以根据响应信号进行相应的动作，有效且及时的提醒使用者步态是否正确，适用幼儿的步态校正，有效吸引幼儿的注意力，适用范围更广。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于FPGA的步态检测系统，其特征在于，包括数据采集装置、数据处理装置以及响应装置；
所述数据采集装置具有一采集端，用以采集步态信号；
所述数据处理装置包括FPGA芯片和ARM处理器，所述FPGA芯片与所述数据采集装置电连接，用以基于所述述步态信号生成角度信号并存储，所述ARM处理器与所述FPGA芯片电连接，用以基于所述FPGA芯片存储的所述角度信号产生响应信号；
所述响应装置与所述ARM处理器电连接，用以根据所述响应信号进行相应的动作。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的步态检测系统，其特征在于，所述数据采集装置为一陀螺仪，所述陀螺仪通过串口与所述FPGA芯片电连接。
3.根据权利要求1所述的基于FPGA的步态检测系统，其特征在于，所述步态信号包括角速度信号和角加速度信号。
4.根据权利要求1所述的基于FPGA的步态检测系统，其特征在于，所述FPGA芯片包括FIFO临时存储区、处理区以及RAM区，所述FIFO临时存储区与所述数据采集装置电连接，用以存储所述数据采集装置所采集的步态信号，所述FIFO临时存储区与所述处理区电连接，用于基于所述FIFO临时存储区所存储的步态信号生成所述角度信号，所述处理区与所述RAM区电连接，用以存储所述角度信号。
5.根据权利要求4所述的基于FPGA的步态检测系统，其特征在于，所述FPGA芯片还包括一MCU比较区，所述RAM区经由MCU比较区与所述ARM处理器电连接，基于所述RAM区存储的所述角度信号与所述MCU比较区中的阈值进行比较后生成所述响应信号。
6.根据权利要求1所述的基于FPGA的步态检测系统，其特征在于，所述角度信号为角度偏转值。
7.根据权利要求1所述的基于FPGA的步态检测系统，其特征在于，所述响应装置包括RGB彩灯，所述RGB彩灯与所述ARM处理器电连接，用以根据所述响应信号控制所述RGB彩灯的启闭。
8.根据权利要求1所述的基于FPGA的步态检测系统，其特征在于，所述响应装置包括语音提示器，所述语音提示器与所述ARM处理器电连接，用以根据所述响应信号控制所述语音提示器的启闭。
9.根据权利要求1所述的基于FPGA的步态检测系统，其特征在于，所述数据采集装置的数量为多个，所述数据处理装置的数量为多个，多个所述数据处理装置与多个所述数据采集装置一一对应。
10.根据权利要求9所述的基于FPGA的步态检测系统，其特征在于，其中一所述数据处理装置与所述响应装置电连接，其余所述数据处理装置中的所述ARM处理器均与和所述响应装置电连接的所述数据处理装置中的所述FPGA芯片电连接。
Priority Applications (1)
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| CN202221071509.1U CN218045102U (zh) | 2022-04-29 | 2022-04-29 | 一种基于fpga的步态检测系统 |
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