[发明专利]基于无线体域网的可穿戴式多节点三维运动监测系统

权利要求书

1.一种基于无线体域网的可穿戴式多节点三维运动监测系统的三维运动监测方法，其特征在于，所述的系统包括：含有传感器、节点微控制器和蓝牙收发模块的传感器节点和设置于移动终端上的多节点数据处理模块及可视化模块，其中：移动终端通过蓝牙方式与多个传感器节点建立一对多的通信网络；

所述的传感器内设有三轴加速度计和三轴陀螺仪，实时采集人体各节段或各关节在X、Y、Z三个方向的加速度和角速度数据，并通过I2C的总线协议传输至节点微控制器，节点微控制器通过UART接口将压缩并打上时间戳后的数据包传输给蓝牙收发模块；

所述的多节点数据处理模块采用多线程架构方式进行多节点数据处理，对多个传感器节点发送的数据进行解析处理，可视化模块显示多节点数据处理模块的处理结果；

所述的三维运动监测方法，包括以下步骤：

1)传感器节点将传感器得到的运动或生理数据通过节点微控制器进行数据压缩处理，通过节点微控制器中的寄存器为数据加上起始标记、节点编号、传感器数据类型、时间戳和结束标记；节点微控制器检测蓝牙收发模块接收到的数据包，判断其内是否包含正确的控制帧；

2)移动终端搜索判断是否有上电的传感器节点，当发现上电的传感器节点时，则进入数据接收及处理模型，每隔一个搜索周期搜索蓝牙设备的情况，当有其他传感器节点存在时，分别为多节点数据处理模块的原始数据单元和数据存储单元各分配一个读写锁；

3)多节点数据处理模块通过蓝牙连接线程，以Mac地址为准与传感器节点的蓝牙收发模块相连，待连接后返回蓝牙套接字并注销蓝牙连接线程；

4)数据存储线程循环读取socket流的内容，为原始数据单元加上写锁，并将其存储至第一动态数组内；运动姿态解算线程循环检测原始数据单元的状态，当原始数据单元的写锁被释放时，则为原始数据单元加上读锁并读取数据内容，将该数据内容去除帧头、帧尾和解压数据内容处理后，为第二动态数组加上写锁并按序存入数据存储单元中，然后解开资源的写锁；最后多节点数据处理模块按需开辟相应的线程，读取存放处理后的有序数据单元，为其加上写锁；

5)根据采集获取的传感器节点的加速度变化特征，通过设定加速度的动态阈值，判断人体步态周期，计算步态时空参数；根据采集获取的腰背部节点的加速度数据，判断人体跌倒过程中的三种状态，即失重、超重和静止状态。

2.根据权利要求1所述的三维运动监测方法，其特征是，所述的解析处理包括：

一、对各个节点数据分时依次处理，得到每个节点单独的时空参数和姿态信息；

二、多个节点数据的融合处理，得到这些节点相互依赖的姿态信息；

所述的姿态信息，通过基于卡尔曼滤波的姿态算法实现，从而提高了姿态解算准确度；

所述的多个节点数据的结构类型包括：起始标记、节点编号、传感器数据类型、数据内容、时间戳和结束标记，其中：起始标记标示数据帧的起始，节点编号为传感器节点的唯一不可重复编号，传感器数据类型由传感器类型及传感器采用的控制模式组成，数据内容包含了经过节点微控制器处理的传感器所得数据，时间戳包含了发送该数据帧时单片机所经过的时间，结束标记表示了数据帧的结束。

3.根据权利要求2所述的三维运动监测方法，其特征是，所述的姿态信息为两个节段之间的角度。

4.根据权利要求1所述的三维运动监测方法，其特征是，所述的节点微控制器内设有寄存器，该寄存器将压缩后的加速度和角速度数据上添加起始标记、节点编号、传感器数据类型、时间戳和结束标记并生成数据包。

5.根据权利要求1所述的三维运动监测方法，其特征是，所述的蓝牙收发模块包括，数据处理单元、数据发送单元及数据接收单元，其中：数据处理单元对来自传感器的体域网数据加上起始标记、传感器节点编号、发送数据的相应类型、采集时间及结束标记并组成数据帧，数据发送单元通过建立好的蓝牙连接将该数据帧发送至指定的移动终端，数据接收单元接收来自移动终端发送的控制帧，并根据控制帧内容进行工作状态调整。

6.根据权利要求5所述的三维运动监测方法，其特征是，所述的工作状态调整是指：调整数据发送单元的波特率和发射功率、调整待检测传感器的种类及其信息采集速率、数据处理单元的工作方式和处理模式。