一种人体运动信息检测装置及其检测方法

摘要

本发明公开了一种人体运动信息检测装置及其检测方法，属于电子信息与模式识别领域。本发明人体运动信息检测装置及其检测方法基于单个三轴加速度计和Zigbee模块，所述的检测方法基于步态识别技术和统计数据建模，只依靠三轴加速度计就可以实现部分人体运动信息的检测；检测装置包括设置在一双鞋子上的无线传感综合模块和连接在PC终端的上位机接收模块，采用触发方式进行运动数据的无线传输并用以人机交互；采用Zigbee低功耗的设计也使得系统可以使用体积和容量更小的电池，以减小整个系统重量和体积，更加有利于放置在鞋子的底部；采用稳压供电设计，避免了加速度计在使用电池供电过程中，由于工作电压下降带来的量化后的加速度值的误差。

主权项

1.一种人体运动信息检测方法，其特征在于：（1）在人体静止状态下进行校准，下位机中的三轴加速度计测量得到静止状态下的加速度基准值a_x0,a_y0,a_z0，上位机向下位机发送开始采集数据指令，同时提示人体自由移动；（2）三轴加速度计采集加速度数据，加速度数据经过信号调理单元后进入中央处理单元，中央处理单元按照预设的时钟周期对采集到的数据进行解算，解算得到人体运动信息，并将人体运动信息数据存储于数据存储单元中；（3）人体运动起止时刻检测，具体为：当前时刻T=k时，通过三轴加速度计，获得鞋子局部坐标系的三个坐标轴方向上的加速度，分别记作a_x，a_y，a_z；当人体发生了移动时，令人体运动起始时刻Tstart=k，即完成了人体运动初始时刻检测，具体方式如下：计算本时刻的加速度值：$\sqrt{{(a_x-a_{x0})}^2+{(a_y-a_{y0})}^2+{(a_z-a_{z0})}^2},$将该加速度值与阈值ThresholdA进行对比，如果发现T=k时刻该加速度值大于阈值ThresholdA即认为人体存在脚部移动，如果接下来的m个周期，加速度值都大于阈值ThresholdA，且当前状态为静止状态，即认为人体的脚部出现了移动；当人体的运动信息满足两个条件时，即认为运动停止：其一是加速度值连续p个周期小于阈值ThresholdA，其二是当前状态为运动状态；当满足这两个条件时，即认为是一次动作的结束，即当T=k时刻到T=k+p时刻，有以下两个条件满足：$\sqrt{{(a_x-a_{x0})}^2+{(a_y-a_{y0})}^2+{(a_z-a_{z0})}^2}<\mathrm{ThresholdA}$记录此刻的时间，令Tend=k+p，即为运动结束时刻；人体脚部有移动，转入（4）；如果检测到人体脚部没有运动，返回步骤（2）继续进行数据采集；（4）检测到人体脚部有运动，则在此后的n个周期内，利用一次积分运算获得鞋子局部坐标系X_bY_bZ_b三个轴向上的速度Vx(n),Vy(n),Vz(n)，当n=N时刻，N为自然数，即根据局部坐标系三个轴向上的速度Vx，Vy，Vz的值，得到相对于鞋子局部坐标系下的一个三维矢量(Vx,Vy,Vz)，该矢量即表示人体所出脚的方位，判断得到人体出脚的方向；（5）对于距离的测量，通过对大量样本的检测，基于步态识别技术，令$d=K{({\mathrm{Axy}}_{\mathrm{Max}}-C)}^{\frac{1}{2}},$其中K为常数，C为基准常数，Axy_Max是运动过程中，XOY平面上的加速度的最大值，所计算得到的鞋子的运动数据将存储在下位机的缓存中，并传递给无线传输模块A发送；（6）上位机接收模块接收鞋子中的无线传输模块A发送的信息，上位机中的单片机将人体脚部的移动信息传输给上位机的数据缓冲区，以备系统调用。