好文档 - 专业文书写作范文服务资料分享网站

基于51单片机和加速度传感器在人体坐姿的中的应用

天下 分享 时间: 加入收藏 我要投稿 点赞

基于51单片机和加速度传感器在人体坐姿的中的应用

本文把加速度传感器作为检测的模块,一方面可用来防止坐姿的不当,提醒本人注意坐姿,另一方面可用来做运动的测量装置如(计步器)(灯光调节器)(音乐调节器)。可把它作为一个运动检测的扩展平台,故其具有广阔的应用前景。

坐姿纠正系统

本设计主要是完成对颈部、背部、腰部以及腿部的测量。首先是静止状态下颈部和背部的检测。有关数据表明:人体在正常情况下,当脊柱的倾斜度偏离正常生理弯曲大于15度,时间达到40~50秒,就有可能形成不良姿势习惯。这时利用置于颈部的加速度传感器给出的倾斜度数据进行报警提醒,对于初始的人体正常生理弯曲,将设定一个固定的门限值,以针对不同的对象,来得到最佳的报警提示。其次是运动状态下时腰部和腿部的检测。现在各公司一般都会为职工提供方便而舒心的健身场所,此时可以把加速度传感器置于腰际,这样,当人们行走时就可以通过检测加速度和角度的周期变化,得到行走的大体频率,知道人体的正常步距,就可以知道人体总的行走长度。可以把这些信息实时用LCD 显示,也可以传给上位机,以方便后续的处理和应用。另外还可以把加速度传感器置于人体的不同部位,当人们运动时把运动数据利用 XBee发回电脑作统计与分析,这样通过传感器给出的综合信号,来给健身的人们一个综合的反馈信息,相信在下次运动时一定会对其健身的力度、方式、姿势有更好的改进。另外还可以充分利用XBee 网络的易扩张性,增加一些室外的调节功能:如在运动室增加灯光的调节功能,随运动的节奏来调节灯光,增加音乐的调节功能,随运动的节奏调节上位机的音乐,即当动作慢时灯光、音乐节奏较舒缓,反之则节奏较明快。这样人们可以尽情放松,这些功能将在以后的逐步的添加和实现。 系统的硬件设计 系统的主要组成 MXT8051器件

这里使用的MXT8051具有众多IO接口,如ADC、PWM 、LCD driver以及URAT。对于SPI 和I2C总线,可以利用多余的IO口采取软件模拟的方法获取。在本设计中,PMW可以驱动扬声器,给使用者以提醒;LCD driver可以直接驱动LCD;而软件模拟的SPI和I2C总线则用于加速度传感器和MCU控制器的连接,可以说达到了物尽其用的目的。ADXL345加速度器件 这里采用三轴加速度传感器ADXL345 。ADXL345 是具有数字输出的三轴加速度传感器,具有可切换的灵敏度和可调的带宽范围,最高可达16g的灵敏度。最重要的是其具有可编程设计的中断唤醒功能,从而避免了连续时间的检测,这正符合检测时的低功耗要求。 Zigbee器件

现在Zibbee 已经从单一的射频器件,发展到综合的SoC产品,这里充分利用了Dig公司的XBee 模块产品,其是增强型的Zigbee模块,具有极高的集成度,可以减少体积,也可以减少功耗,同时方便组网。 机械器件的设计

从表1可以看出人体正常的坐姿标准,利用这些数据,一方面可以为上位机的软件设计提供一标准数据库,及时给予报警提示,另一方面还为机械方面的设计提供了条件,这里可以设计相应的机械纠正设备,如在椅子部分加装微型电机,调节测试者距离椅子的距离以及座椅的姿态,来达到机械强制纠正的目的。

总之本文的目的是把设备应用到姿态的检测上,必须充分考虑功耗和体积这些问题,而这里器件的选择充分满足了这些要求。

系统的硬件主要框图

这里共用了3组XBee,其中1号XBee和加速度传感器组成了基本的检测模块,可以称之为主机,来完成对人体静止和运动时的姿态检测;2号XBee负责与MXT8051通信,而MXT8051负责底层的驱动控制如LCD 、Speaker 以及电机驱动等,另外定时的警告信号都由这一模块完成传输,故数据传输任务较重;3号XBee主要来完成上位机接口的通信,这里考虑到信息存储的容量,以及灯光和音乐控制的复杂性,采用上位机来存储控制以及处理。 系统的软件设计

系统软件主要由上位机软件和下位机软件组成,上位机软件主要负责信息的存储、控制及处理,当采集到大量的信息时,可以通过Zigbee 模块把采集到信息存入上位机数据库中。除此以外还设计了一个坐姿的控制提示界面。。下一步需要做的则是在这个基础上加以设计和改进。

下位机软件则包括信号采集和结果显示所必须的一些模块的初始化,如LCD、 URAT、 PWM 、Zigbee等。

系统软件总体流程图

系统软件总体流程。检测模块的框图

首先是单片机的初始化,其次是加速度值的采集,这里利用中断方式来读取数值加速度值,可以减少功耗、提高效率,接着是通过无线串口Zigbee发送FIFO(先进先出)内存块上的加速度数值,最终由上位机通过分析综合来控制相应的设备执行各自的动作。其流图。

实验结果与特点分析

产品的实物图。 产品性能优势

充分利用了MXT8051的资源,极大地降低检测设备的体积和功耗。采用了ADXL345加速度传感器,一方面由于其具有极低的功耗特色,符合人体长时间携带的需求,另一方面由于MEMS器件的价格会越来越便宜,所以具有较高的性价比。采用Zigbee,方便扩展和联网,这是以后扩展其它功能以及实现无线传输的关键所在,且具有高度的稳定性。

该系统做为运动检测的扩展平台,具有足够多的扩展接口,便于后续的开发。不足与改进

设计随身携带的部分时,检测模块体积较大,成型时可选用纽扣这样的锂电池来达到减少体积和发热量的目的。 结语

本文创新性的把MEMS加速度传感器用于人体坐姿的检测和纠正,随着集成电路的发展,现在MEMS加速度传感器的价格已经大幅度下降且应用也愈加广泛,而其在运动器材方面的应用也显现出独有的特色,可以说本系统具有较高的性价比。

由于MCU MXT8051可以用在血压计方面,利用本设计功能的易扩展性,可以方便的把血压计的功能也加进去,这样使设计由电脑病克星—坐姿纠正仪,变为人体健康仪。 随着微电子器件的发展和人们对健康的更高追求,相信本设计会有其广阔的发展潜力和空间。

基于51单片机和加速度传感器在人体坐姿的中的应用

基于51单片机和加速度传感器在人体坐姿的中的应用本文把加速度传感器作为检测的模块,一方面可用来防止坐姿的不当,提醒本人注意坐姿,另一方面可用来做运动的测量装置如(计步器)(灯光调节器)(音乐调节器)。可把它作为一个运动检测的扩展平台,故其具有广阔的应用前景。坐姿纠正系统本设计主要是完成对颈部、背部、腰部以及腿部的测量。首先是
推荐度:
点击下载文档文档为doc格式
202hp9gtg60sr9y0o3md
领取福利

微信扫码领取福利

微信扫码分享