步態(tài)加速度信號(hào)的無線采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　3 軟件部分設(shè)計(jì)

　　采集系統(tǒng)的軟件流程如圖4所示。軟件部分主要包括初始化程序、按鍵處理程序、A／D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、接收和發(fā)送程序。其中初始化程序包括單片機(jī)端口初始化、RF部分初始化、ADC部分初始化和T0初始化。在按鍵處理程序中，Key2為自動(dòng)方式和手動(dòng)方式選擇鍵。若為自動(dòng)方式，則實(shí)時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)；若為手動(dòng)方式，則等數(shù)據(jù)采集完成后，按下Keyl才會(huì)發(fā)送。

　　4 測(cè)試結(jié)果及分析

　　為了檢測(cè)步態(tài)加速度信號(hào)無線采集系統(tǒng)的可行性，筆者做了以下實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所為走廊，采集系統(tǒng)的發(fā)射裝置由測(cè)試對(duì)象隨身攜帶，全部放在腰帶的正后方，像攜帶手機(jī)一樣，只是位置在脊椎骨與腰帶的交叉點(diǎn)處，同時(shí)保證MMA7260處于測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)位置，即其X軸、Y軸和Z軸的正方向分別指向人前進(jìn)的方向，人體的正左方和人體的正上方。路由放在實(shí)驗(yàn)室門口，保證其與發(fā)射裝置可視。無線接收裝置通過串口與實(shí)驗(yàn)室的PC機(jī)相連。

　　測(cè)試對(duì)象共36個(gè)人，其中16男20女，年齡在24～30周歲之間。測(cè)試中，要求所有測(cè)試對(duì)象都穿平跟鞋，在走廊內(nèi)盡量以正常的步速沿直線行走。每個(gè)測(cè)試對(duì)象要測(cè)5組，結(jié)果共得到1800組數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)中都含有X軸、Y軸和Z軸三個(gè)方向上的數(shù)據(jù)。

　　每個(gè)測(cè)試對(duì)象測(cè)試完畢后，其連續(xù)測(cè)量的5組步態(tài)加速度數(shù)據(jù)隨之保存在PC機(jī)，部分?jǐn)?shù)據(jù)如圖5所示。圖5中的第一列數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)的序號(hào)，試驗(yàn)中要求每個(gè)測(cè)試對(duì)象每組采集5000個(gè)數(shù)據(jù)；第2、4、6列表示數(shù)據(jù)所占模數(shù)轉(zhuǎn)換的通道號(hào)；第3、5、7列就是相應(yīng)通道的加速度數(shù)據(jù)。

　　實(shí)驗(yàn)中，對(duì)所有測(cè)試對(duì)象的X軸、Y軸和Z軸三個(gè)方向的數(shù)據(jù)都采用相同的方式進(jìn)行處理。計(jì)算機(jī)接收到這些數(shù)據(jù)后，首先對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，使其都在0～l的范圍內(nèi)。這樣，在Matlab中利用PLOT()函數(shù)，就可以形象地看到步態(tài)特征信號(hào)的波形。

　　下面以16號(hào)測(cè)試對(duì)象的Z軸方向上的數(shù)據(jù)為例進(jìn)行說明。18號(hào)測(cè)試對(duì)象Z軸方向的部分步態(tài)加速度數(shù)據(jù)，如圖5中第3列數(shù)據(jù)所示。在Matlab中，可以得到其相應(yīng)的波形，如圖6所示。從信號(hào)的輪廓可以看出，步態(tài)信號(hào)是周期性信號(hào)。因?yàn)?ldquo;左”步態(tài)和“右”步態(tài)不一定完全對(duì)稱，因此信號(hào)被劃分為a步態(tài)和b步態(tài)。

　　圖7為16號(hào)和18號(hào)測(cè)試對(duì)象在Z軸方向的速度信號(hào)。從圖7可以看出：不同的測(cè)試對(duì)象，其加速度信號(hào)的幅度、周期以及變化的速率等有著明顯的差異。

　　5 結(jié)論

　　通過以上實(shí)驗(yàn)得知，內(nèi)嵌8051的無線收發(fā)芯片CCl010大幅度簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)；同時(shí)因?yàn)镃Cl010采用3．3 V電源供電，且在不工作時(shí)處于休眠狀態(tài)，大大降低了采集系統(tǒng)的功耗。實(shí)驗(yàn)中，步態(tài)加速度無線采集系統(tǒng)的功耗，信號(hào)穩(wěn)定性和靈敏度都達(dá)到了預(yù)期的效果。

　　本文提出的基于無線收發(fā)芯片CCl010的步態(tài)加速度信號(hào)無線采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，具有方便、直接、有效的優(yōu)點(diǎn)。該采集系統(tǒng)性價(jià)比高、體積小、便于攜帶，可以應(yīng)用于人的身份識(shí)別、醫(yī)療技術(shù)、體育訓(xùn)練以及運(yùn)動(dòng)健身等領(lǐng)域，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。