基于加速度計的步態(tài)數據無(wú)線(xiàn)采集系統設計

摘要 為了便于獲取步態(tài)數據，采用μPD78F0547微控制器、US3LV02DQ微加速度計、nRF2401無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片等主要器件，設計了步態(tài)加速度信號無(wú)線(xiàn)采集裝置。將該裝置的一端固定于人體腰或腿等部位，按設定的采樣率連續輸出運動(dòng)時(shí)的三維加速度數據；另一端接收數據并通過(guò)串行接口實(shí)時(shí)地傳送到計算機中，從而實(shí)現大量步態(tài)數據的采集和存儲。
關(guān)鍵詞 加速度計 步態(tài)數據 無(wú)線(xiàn)采集 μPD78F0547 LIS3LV02DQ

引 言
步態(tài)作為生物特征之一，在身份識別和運動(dòng)分析方面都有著(zhù)重要的研究意義，國內外已有許多學(xué)者投入到該熱點(diǎn)研究中。步態(tài)研究需要以大量可靠的原始步態(tài)數據為基礎，目前公開(kāi)的步態(tài)數據庫都基于步態(tài)圖像口。然而動(dòng)態(tài)環(huán)境中拍攝的圖像容易受光照變化、運動(dòng)目標的影子等多種因素影響，給步態(tài)特征的提取帶來(lái)較大困難。Ailisto H．等人提出了一種采用加速度傳感器來(lái)獲取步態(tài)數據的新方法，避免了動(dòng)態(tài)環(huán)境中多方面因素對捕捉圖像的不利影響，降低了數據處理的難度，從而開(kāi)辟了步態(tài)數據獲取的新途徑。但是該方法采用裝有DAQl200數據采集卡的筆記本電腦采集數據，不僅成本高，而且不便于測試對象攜帶。
近幾年隨著(zhù)傳感器技術(shù)的發(fā)展和制作工藝的不斷改進(jìn)，具有尺寸小、精度高、功耗低等優(yōu)點(diǎn)的MEMS(Micro-Electro-MecHanical-System)加速度傳感器已經(jīng)進(jìn)入應用領(lǐng)域，使得基于運動(dòng)傳感器的步態(tài)研究更為方便。本文介紹的步態(tài)加速度信號無(wú)線(xiàn)采集裝置，就是采用了MEMS三軸加速度計LIS3LV02DQ、無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片nRF2401、8位微控制器μPD78F0547等主要器件而設計的。

1 硬件電路設計
步態(tài)加速度信號無(wú)線(xiàn)采集裝置主要由兩部分構成：數據采集及無(wú)線(xiàn)發(fā)送模塊，無(wú)線(xiàn)接收及數據傳輸模塊。主要的接口電路包括微控制器與加速度計之間的CSIA0串行接口電路，與無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片之間的CSIll串行接口電路，以及UART轉USB的橋接電路等。其原理如圖1、圖2所示。由固定于人體腰后部的數據采集及無(wú)線(xiàn)發(fā)送模塊獲取并無(wú)線(xiàn)發(fā)送人運動(dòng)時(shí)的三維加速度數據；計算機端的無(wú)線(xiàn)接收及傳輸模塊將接收到的數據通過(guò)USB串行接口傳輸到計算機中，作為后續數據處理的數據源。

2 控制軟件設計
數據采集及無(wú)線(xiàn)發(fā)送程序流程如圖3所示。其中初始化包括微控制器的I／O端口初始化、串行接口初始化、中斷初始化、加速度計和無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片的初始化配置。初始化完成后等待按鍵命令，第一次按鍵進(jìn)入開(kāi)始采集數據狀態(tài)，再按一次鍵則停止采集數據。按鍵由被測試人控制。