动作传感器AMl602在步态特征提取中的应用
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据 通 过 串 口发 送 到 Ｐ ｃ机 上 ， 行 数 据 的 处 理 与 分 析 。 进
Ａ ６２传感器 有 ３种 工 作模 式 ， 别是 主 机触 发 模 ＭＩ０ 分 式， 传感器触发模 式 和 ６ Ｈ＋步 态测量模 式 。本 系统 根据 Ｃ 实际需要选择使用 主机触 发模式 来采集 传感器 的数据 ， 数
调制方式下 。 ３ 系统 软件 设 计
本 文 设计 的 步 态 特 征 提 取 系 统 主要 包 含 数 据 采 集 发 送
模块和数据无线接收模块 ， 系统整体结构框 图如 图 １所示 。 传感器采集的数据通 过 ＩＣ协议传 输给 微处理 器 ， ２ 经微 处 理器将数据发射 出去。在接 收端 ， 微处理 器将 接收到 的数
征提取系统 ， 由于其体积小 ， 功耗低 ， 精度高等特点 ， 得到 了
越 来 越 广 泛 的应 用 。
Ａ Ｉ０ Ｍ ６２动作 传感器来 采集步态 时的加速度信息 ， 无需外 接 Ｒ Ｃ滤波 电路 ， 无需外接 存储器 ， 数据 以无线传输 的方式 传
输到Ｐ Ｃ机 上 进 行 数 据 的 处 理 。通 过 分 析 步 态 过 程 中三 轴
中三轴 向的加速度信号和俯仰角 以及倾斜角的方法能够有
１８ ４
效 地 提取 和分 析测 试 者 的步 态 特 征 。 １ 系 统 总 体 方 案 设 计
传 感 器 与 微 系 统
第 ３ 卷 ｌ
发模块来完 成数据 的收发 。通过 Ｔ 提供 的 Ｓ ａ Ｒ Ｓ ｄｏ Ｉ ｍ ｒ Ｆｔ ｉ ｔ ｕ 软件来进行发 送 与接 收寄 存器 的配 置 ， 使其 工作 在 Ｇ Ｓ ＦＫ
Ｑｉｈ ａ ｇ ａ ６ ０４， ｈｎ ） ｎ ｕ ｎ ｄ ｏ０６ ０ Ｃ ｉａ
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０ 引ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ言
等人利用 Ａ Ｕ ８ １微处 理器 对 ＭＭＡ ２ ０进行 采样 和模 Ｄ Ｃ４ ７６ 数转换操 作 以获得步 态信 息 。以上方 法都 是建 立在 传 感 器致据模拟输 出 ， 需外接 Ｒ Ｃ滤波 电路 、 接存储器 的基 外 础上 。设计相对复杂 ， 抗干扰 能力较差 ， 采集 数据 量有 限，
步 态 特 征 提 取 系 统 。实 验 中 ， ＭＩ０ Ａ ６２输 出 的加 速 度 数 据 通 过 Ｃ ｌ １ 处 理 器 进 行 无 线 发 送 和 接 收 。接 Ｃ １０微
收到的数据通过串 口发送到 Ｐ Ｃ机上进行处 理 。通过分析人体步态信号 中三轴向 的加速度 波形和俯仰角 及倾 斜角的变化来提取步态特征 。经测试 表明 ： 系统 能够 清晰地 反映人体步态时 的特征信号 ， 该 且抗干扰 性强 ， 精确度 高 ， 易操作 ， 活性 强。 灵 关键词 ：Ａ ６ ２ 步态 ； Ｍ１０ ； 动作传感器 ； Ｃ ｌ ０ 俯仰角 Ｃ ｌｌ ；
中图 分 类 号 ：Ｔ ２ ２ １ Ｐ １ ． 文献 标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ：１０ － ７７ ２ １ ）３ ０４ －３ ０ ０９ ８ （ ０２ ０ － １７０
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设备 的要求较 高 ， 资金 投 入较大 ， 而且 限于特 定 的场 合使
用， 使用 范 围 受 到 限 制 ， 基 于 加 速 度 传 感 器 的 步 态 特 而
本文设 计了一种 基于 动作传 感器 的无 线步 态 采集 系
统 。该 系统 选 用 日本 爱 知 制 钢 公 司 生 产 的 数 字 输 出 的
目前 主流 的基 于加速度传感器 的步态 特征 提取 系统 大
多 采 用 模 拟 输 出 的传 感 器 ， 过 分 析 步 态 过 程 中各 轴 向 的 通 加 速 度 波 形 来 提 取 步 态 特 征 。例 如 ： 贽 ， 宇 等 人 利 用 曹 周
向的加速度信 息和俯仰角 以及倾斜角 的变化来提取步态特 征。实验表 明 ： 该系统抗干扰性 强 ， 能够准确地测试步态 时
据 采 集 流程 如 图 ３所 示 。
图 １ 系 统 整体 结构 框 图
Ｆｉ １ Ｏｖ ｒ ｌ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｂ ｌｋ ｄ ａ ｒ ｍ ｆ ｓ ｓｅ ｇ ｅ ａ ｌ ｔ ｕ ｔ ｒ ｏ ｃ ｉ ｇ ａ ｏ ｙ ｔｍ
２ 硬 件 电 路 设 计
２ １ 传 感 器模 块 ． Ａ Ｉ０ Ｍ ６ ２动作传 感器是一 种数 字输 出的六 维动 作传感
荆 雷 ，朱绍 图 ，常丹华
（ 山 大 学 信 息 科 学 与 工 程 学 院 ， 北 秦 皇 岛 ０６ ０ ） 燕 河 ６ ０４
摘
要 ：针对步态特征提取系统 中采 用模拟输 出 的传感 器时 ， 易受外 界干扰 ， 需外 接 Ｒ Ｃ滤 波电路 、 ／ ＡＤ
转换 器 、 外接数据存储器 ， 采集的数据量有 限的缺 陷 ， 出 了一 种基于数字 输 出的 Ａ ６ ２动作 传感器 的 提 ＭＩ ０
灵 活性 差 。
步态就是人走路时 的姿态 ， 它具有不受距 离影响 ， 受周 围环境影响小 的特点 。在身份识别 、 运动检测 、 临床 医学 等 方面有着重要 的研究 意义 。主流的步态 研究 方法有 ２种 ：
基 于 图 像 处 理 的方 法 和 基 于 加 速 度 传 感 器 的方 法 。前 者 对
２１ ０２年 第 ３ ｌ卷 第 ３期
传感器与微系统 （ ｒｎｄｃｒ ｎ ｃｏｙｔｍ Ｔ ｃｎｌ ｉｓ Ｔａｓｕｅ ｄＭｉ ｓｓ ｅｈｏ ｇｅ） ａ ｒ ｅ ｏ
１７ ４
一 ～ 迎
用
技（ Ｉ ～ ～ 术
动 作传 感 器 Ａ ６ ２在 步 态 特 征 提 取 中的应 用 ＭＩ０
ａ
图 ３ 数 据 采 集 流 程 图
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，卜 ： —三 Ｉ 处器 ：ｌ ＿ ￣ 调整 【： 微理 ａＹ ｃ ｃ ｅ
ａ ｃ １Ｚ ｃ ｅ
步态 采 集 开 始 后 ， 统 首先 进 行 初 始 化 操 作 ， 后 主 机 系 然
开始采集数据 。传感器采集 的 ６轴数据通 过主机 以数据包 的形 式依 次发送 出去 。在接收端 ， 系统开始工作 后 ， 首先解
（ 数据采集 与发送 ａ ）
（） ｂ 数据接收
（） ａａｒｃ ｉｉｇ ｂ ｄｔ ｅｖｎ ｅ
器 竺 ： ！ ｈ
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竺 ： Ｈ
Ｌ 一
信理 号 １ Ｈ １ 处 ＩＤ Ｃ 。 ｌ Ｈ ｃ Ａｌ
器， 主要包含三维加速度传感器（ ｆ ， Ｈ ， Ｈ ） ３维磁 Ｃ ３Ｃ ４Ｃ ５ 和
阻传感器 （ Ｈ１ Ｃ ２ Ｃ ６ 以及控 制器 Ｉ ， 中控制 器 Ｃ ，Ｈ ， Ｈ ） ｃ 其
Ｉ ｃ包含 地磁检测 电路 、 大电路 、 放 温度 传感器 、 Ｃ串行 输 １ ２
出电路 、２位 Ａ Ｃ、 １ Ｄ 恒压 电路及控 制各 部分 的 ８３ ０ ２微控制 器 ， 内部 结构 框 图如 图 ２所 示 。由 于该 传 感 器 内嵌 了 其 Ａ Ｃ、 Ｄ 补偿 、 放大等 电路 ， 直接 输 出数 字信 号 ， 无需 外接 Ｒ Ｃ 滤波 电路 ， 因此 ， 其抗干扰能力优于传统 的模 拟输 出的传感
ＭＳ ４ ０ １ ９单 片 机 采 集 ＭＭＡ ２０输 出 的模 拟 信 号 ， Ｐ３Ｆ４ ７６ 经 Ｒ ｃ滤波 、／ Ａ Ｄ转换后存储到 Ａ ２ Ｃ ５ Ｔ ４ ２ ６中 ； 向锋 ， 侯 刘蓉
收 稿 日期 ：０ ｌｏ ＿ ８ ２ １＿ ９＿ ｏ
的加 速度信号 ， 对人体活 动限制小 。采用 的分析 步态过程
Ａ ６２传感器 有 ３种 工 作模 式 ， 别是 主 机触 发 模 ＭＩ０ 分 式， 传感器触发模 式 和 ６ Ｈ＋步 态测量模 式 。本 系统 根据 Ｃ 实际需要选择使用 主机触 发模式 来采集 传感器 的数据 ， 数
调制方式下 。 ３ 系统 软件 设 计
本 文 设计 的 步 态 特 征 提 取 系 统 主要 包 含 数 据 采 集 发 送
模块和数据无线接收模块 ， 系统整体结构框 图如 图 １所示 。 传感器采集的数据通 过 ＩＣ协议传 输给 微处理 器 ， ２ 经微 处 理器将数据发射 出去。在接 收端 ， 微处理 器将 接收到 的数
征提取系统 ， 由于其体积小 ， 功耗低 ， 精度高等特点 ， 得到 了
越 来 越 广 泛 的应 用 。
Ａ Ｉ０ Ｍ ６２动作 传感器来 采集步态 时的加速度信息 ， 无需外 接 Ｒ Ｃ滤波 电路 ， 无需外接 存储器 ， 数据 以无线传输 的方式 传
输到Ｐ Ｃ机 上 进 行 数 据 的 处 理 。通 过 分 析 步 态 过 程 中三 轴
中三轴 向的加速度信号和俯仰角 以及倾斜角的方法能够有
１８ ４
效 地 提取 和分 析测 试 者 的步 态 特 征 。 １ 系 统 总 体 方 案 设 计
传 感 器 与 微 系 统
第 ３ 卷 ｌ
发模块来完 成数据 的收发 。通过 Ｔ 提供 的 Ｓ ａ Ｒ Ｓ ｄｏ Ｉ ｍ ｒ Ｆｔ ｉ ｔ ｕ 软件来进行发 送 与接 收寄 存器 的配 置 ， 使其 工作 在 Ｇ Ｓ ＦＫ
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步 态 特 征 提 取 系 统 。实 验 中 ， ＭＩ０ Ａ ６２输 出 的加 速 度 数 据 通 过 Ｃ ｌ １ 处 理 器 进 行 无 线 发 送 和 接 收 。接 Ｃ １０微
收到的数据通过串 口发送到 Ｐ Ｃ机上进行处 理 。通过分析人体步态信号 中三轴向 的加速度 波形和俯仰角 及倾 斜角的变化来提取步态特征 。经测试 表明 ： 系统 能够 清晰地 反映人体步态时 的特征信号 ， 该 且抗干扰 性强 ， 精确度 高 ， 易操作 ， 活性 强。 灵 关键词 ：Ａ ６ ２ 步态 ； Ｍ１０ ； 动作传感器 ； Ｃ ｌ ０ 俯仰角 Ｃ ｌｌ ；
中图 分 类 号 ：Ｔ ２ ２ １ Ｐ １ ． 文献 标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ：１０ － ７７ ２ １ ）３ ０４ －３ ０ ０９ ８ （ ０２ ０ － １７０
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本文设 计了一种 基于 动作传 感器 的无 线步 态 采集 系
统 。该 系统 选 用 日本 爱 知 制 钢 公 司 生 产 的 数 字 输 出 的
目前 主流 的基 于加速度传感器 的步态 特征 提取 系统 大
多 采 用 模 拟 输 出 的传 感 器 ， 过 分 析 步 态 过 程 中各 轴 向 的 通 加 速 度 波 形 来 提 取 步 态 特 征 。例 如 ： 贽 ， 宇 等 人 利 用 曹 周
向的加速度信 息和俯仰角 以及倾斜角 的变化来提取步态特 征。实验表 明 ： 该系统抗干扰性 强 ， 能够准确地测试步态 时
据 采 集 流程 如 图 ３所 示 。
图 １ 系 统 整体 结构 框 图
Ｆｉ １ Ｏｖ ｒ ｌ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｂ ｌｋ ｄ ａ ｒ ｍ ｆ ｓ ｓｅ ｇ ｅ ａ ｌ ｔ ｕ ｔ ｒ ｏ ｃ ｉ ｇ ａ ｏ ｙ ｔｍ
２ 硬 件 电 路 设 计
２ １ 传 感 器模 块 ． Ａ Ｉ０ Ｍ ６ ２动作传 感器是一 种数 字输 出的六 维动 作传感
荆 雷 ，朱绍 图 ，常丹华
（ 山 大 学 信 息 科 学 与 工 程 学 院 ， 北 秦 皇 岛 ０６ ０ ） 燕 河 ６ ０４
摘
要 ：针对步态特征提取系统 中采 用模拟输 出 的传感 器时 ， 易受外 界干扰 ， 需外 接 Ｒ Ｃ滤 波电路 、 ／ ＡＤ
转换 器 、 外接数据存储器 ， 采集的数据量有 限的缺 陷 ， 出 了一 种基于数字 输 出的 Ａ ６ ２动作 传感器 的 提 ＭＩ ０
灵 活性 差 。
步态就是人走路时 的姿态 ， 它具有不受距 离影响 ， 受周 围环境影响小 的特点 。在身份识别 、 运动检测 、 临床 医学 等 方面有着重要 的研究 意义 。主流的步态 研究 方法有 ２种 ：
基 于 图 像 处 理 的方 法 和 基 于 加 速 度 传 感 器 的方 法 。前 者 对
２１ ０２年 第 ３ ｌ卷 第 ３期
传感器与微系统 （ ｒｎｄｃｒ ｎ ｃｏｙｔｍ Ｔ ｃｎｌ ｉｓ Ｔａｓｕｅ ｄＭｉ ｓｓ ｅｈｏ ｇｅ） ａ ｒ ｅ ｏ
１７ ４
一 ～ 迎
用
技（ Ｉ ～ ～ 术
动 作传 感 器 Ａ ６ ２在 步 态 特 征 提 取 中的应 用 ＭＩ０
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图 ３ 数 据 采 集 流 程 图
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步态 采 集 开 始 后 ， 统 首先 进 行 初 始 化 操 作 ， 后 主 机 系 然
开始采集数据 。传感器采集 的 ６轴数据通 过主机 以数据包 的形 式依 次发送 出去 。在接收端 ， 系统开始工作 后 ， 首先解
（ 数据采集 与发送 ａ ）
（） ｂ 数据接收
（） ａａｒｃ ｉｉｇ ｂ ｄｔ ｅｖｎ ｅ
器 竺 ： ！ ｈ
（） ａａａｑ ｉｉｏ ｎ ｅｄｎ ａ ｄｔ ｃｕｓｔ ｎａ ｄｓｎ ｉｇ ｉ
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Ｌ 一
信理 号 １ Ｈ １ 处 ＩＤ Ｃ 。 ｌ Ｈ ｃ Ａｌ
器， 主要包含三维加速度传感器（ ｆ ， Ｈ ， Ｈ ） ３维磁 Ｃ ３Ｃ ４Ｃ ５ 和
阻传感器 （ Ｈ１ Ｃ ２ Ｃ ６ 以及控 制器 Ｉ ， 中控制 器 Ｃ ，Ｈ ， Ｈ ） ｃ 其
Ｉ ｃ包含 地磁检测 电路 、 大电路 、 放 温度 传感器 、 Ｃ串行 输 １ ２
出电路 、２位 Ａ Ｃ、 １ Ｄ 恒压 电路及控 制各 部分 的 ８３ ０ ２微控制 器 ， 内部 结构 框 图如 图 ２所 示 。由 于该 传 感 器 内嵌 了 其 Ａ Ｃ、 Ｄ 补偿 、 放大等 电路 ， 直接 输 出数 字信 号 ， 无需 外接 Ｒ Ｃ 滤波 电路 ， 因此 ， 其抗干扰能力优于传统 的模 拟输 出的传感
ＭＳ ４ ０ １ ９单 片 机 采 集 ＭＭＡ ２０输 出 的模 拟 信 号 ， Ｐ３Ｆ４ ７６ 经 Ｒ ｃ滤波 、／ Ａ Ｄ转换后存储到 Ａ ２ Ｃ ５ Ｔ ４ ２ ６中 ； 向锋 ， 侯 刘蓉
收 稿 日期 ：０ ｌｏ ＿ ８ ２ １＿ ９＿ ｏ
的加 速度信号 ， 对人体活 动限制小 。采用 的分析 步态过程