人体运动加速度信息无线获取系统的设计与应用研究

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本文首先分析了人体运动加速度信息获取技术和相关应用领域的研究概况,基于国内外研究现状以及国内在该领域研究的不足,根据实验室研究方向和研究任务的要求,提出该“人体运动加速度信息无线获取系统的设计与应用研究”研究课题,在国内率先提出进行人体运动加速度信息分布式综合获取的研究课题,对于推动人体运动多部位加速度信息综合获取和应用研究,起到了一定的推动作用,具有重要的基础意义。本课题研究主要目标是:提供一种人体运动加速度信息无线获取技术解决方案,并研制出该一种加速度信息无线获取系统样机,然后对该系统在相关领域进行应用研究和相关探索。本文在研究加速度信息无线获取技术的基础上,结合实际应用要求,提出一种基于无线通信的,便携式的,最大能对人体多达12个关键运动环节的加速度信息进行综合获取的系统解决方案。通过样机的研制,以及对该无线获取系统样机的应用研究,验证了本系统工作的稳定性和实用性。本文首先对该系统进行总体详细分析,提出系统设计任务。然后,分析目前常用的人体运动加速度信息获取方式,最终采用基于加速度计的信息获取方式。接下来,提出一种主控系统和多个采集子系统配合工作的系统架构,并对整个信息获取系统设计要求和设计原则进行分析,最后提出一种新颖的分布式人体运动加速度信息无线获取系统设计方案。对系统硬件设计过程进行详细分析和优化。首先提出了硬件系统设计总体原则,然后对信息采集子系统的硬件构成和设计要求进行优化分析,提出一种不含存储模块,而是将采集到的加速度信息无线传输到主控系统进行存储的信息采集子系统设计方案。最后,对主控系统的硬件设计过程进行详细论述。在系统硬件平台上,充分利用各芯片的多种工作模式,以降低系统整体功耗为重要原则,提出一种优化的系统工作流程,设计出一种低功耗的无线数据发送和接收通信协议,设计并实现下位机软件。基于VB环境进行上位机应用软件的设计,实现了对主控系统存储信息的读取以及相关的数据处理功能。对本课题设计并实现的人体运动加速度信息无线获取系统,进行脚部加速度信息获取应用研究,并基于脚部三维加速度信息进行步态周期的分析和研究。最后,对本系统在腰部和腿部加速度信息中获取进行应用研究。以上应用研究均证明了系统工作的稳定性以及系统设计的实用意义。人体运动加速度信息无线获取系统设计的实现,为下一步进行运动时身体多个部位加速度信息的获取,以及进行基于人体运动加速度信息的相关应用研究提供了重要的实验平台,具有重要的基础意义。
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