[发明专利]基于MEMS惯性传感器的人体姿态检测系统及其检测方法

说明书

技术领域

本发明属于姿态检测领域，具体是一种基于MEMS惯性传感器的人体姿态检测系统及其检测方法。

背景技术

随着姿态检测技术的不断发展和领域的不断拓宽，人体姿态检测技术在医疗、民航、娱乐、体育等领域的应用越来越广泛，相应地对姿态检测的精度和稳定性等性能的要求也越来越高。在人体姿态检测中，MEMS惯性传感器起着举足轻重的作用。

MEMS全称为微机电系统，MEMS器件具有体积小、重量轻、耗能低、响应时间短、价格低廉、可靠性和稳定性高等特点。MEMS是一项革命性的新技术，广泛应用于高新技术产业，是一项关系到国家的科技发展、经济繁荣和国防安全的关键技术。加速度计、陀螺仪和磁强计都属于MEMS器件，分别可以测取加速度、角速度和磁感应强度。随着对MEMS器件要求的提高，出现了多传感器集成的芯片，MPU9150便是一种将加速度计、陀螺仪和磁强计集成与一体的MEMS器件。

目前国内外的人体姿态检测多用加速度计和陀螺仪两种MEMS惯性传感器进行姿态数据采集，导致数据采集与处理模块的集成度不高，成本高，体积偏大，不便于置于人体上进行姿态数据采集，并且加速度计和陀螺仪只能采集加速度和角速度两种姿态数据，只基于这两种姿态数据解算得到的姿态信息精度偏低，稳定性不好。采用的单片机大多数功耗较高，对电源的要求相应的提高，从而导致系统的续航能力较弱。现有的人体姿态检测系统中数据采集节点普遍较少，不能准确的采集人体全身的姿态数据信息，导致捕捉到的人体姿态不够精确，稳定性也较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于MEMS惯性传感器的人体姿态检测系统及其检测方法，该可穿戴式人体姿态检测系统可以覆盖人体18个主要的关节点，可以实时准确地检测人体的姿态情况，并将姿态信息进行保存，该系统具有成本低、检测节点分布密集、响应速度快、实时性和稳定性较好、精度高等特点。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于MEMS惯性传感器的人体姿态检测系统及其检测方法，包括计算机、数据采集与处理模块和姿态信息接收与传输模块，其中数据采集与处理模块由第一微处理器、第一电源、惯性传感器、第一无线射频单元组 成，姿态信息接收与传输模块由第二微处理器、第二电源、第二无线射频、RS232串口单元组成；系统共有18个数据采集与处理模块分别置于人体的18个关节处，构成具有18个节点的人体姿态检测数据采集网络，18个模块均嵌入衣物当中，在姿态检测时将嵌有检测模块的衣物穿戴完毕，各检测模块中的惯性传感器将对人体各部位的姿态数据进行采集；内部的微处理器用于对采集的姿态数据进行处理；数据采集与处理模块与姿态信息接收与传输模块通过无线射频单元进行信息传输，RS232串口用于将姿态信息传输到计算机；计算机接收到姿态信息后将在上位机上显示出当前人体的姿态。

所述数据采集与处理模块包括第一微处理器、惯性传感器、第一无线射频和第一电源，姿态信息接收与传输模块包括第二微处理器、第二无线射频、RS232串口和第二电源；其中第一电源分别连接第一微处理器和惯性传感器为它们供电，第二电源连接第二微处理器为其供电；惯性传感器采集数据发送给第一微处理器，第一微处理器和第二微处理器通过第一无线射频和第二无线射频进行无线通信，第二微处理器便接收到姿态信息。

所述18个数据采集与处理模块组成的人体姿态检测数据采集网络嵌入一套衣物中，在检测人体姿态时穿戴。

所述第一微处理器采用MSP430F5310型号的芯片，第二微处理器采用MSP430F5438型号芯片，惯性传感器采用美国InvenSense公司的MPU9150芯片，第一无线射频和第二无线射频均为nRF24L01芯片，第一电源和第二电源均采用锂电池供电。以上芯片选型保证了数据采集与处理模块1体积小、功耗低，系统成本低、无外接线、便于操作。

所述数据采集与处理模块与姿态信息接收与传输模块之间采用无线通信，姿态信息接收与传输模块将接收到的18组姿态信息按通信协议通过RS232串口发送给计算机3。

所述上位机实时显示当前人体姿态，记录并保存接收到的姿态信息。

所述姿态信息采用四元数的形式表达。

所述MPU9150芯片，芯片是由加速度计、陀螺仪和磁强计三种惯性传感器集合而成，可采集三种姿态数据用于人体姿态检测系统的数据融合和姿态解算，并且集成芯片使数据采集与处理模块体积更加小巧。

一种基于MEMS惯性传感器的人体姿态检测方法，包括以下步骤：

步骤1，将嵌入人体姿态检测数据采集网络的衣物穿戴完毕，并将系统上电；