人体运动参数无线采集系统的研究与设计

摘要

基于传感器、图像处理的人机三维交互技术是国内外研究的热门领域，然而目前大多数的研究是采用有线的方式传输人体运动感知数据，这给用户的使用带来了不少麻烦。本课题提出了采用无线方式采集人体运动参数，而本论文所做的工作就是系统前端的数据采集系统，目的是将传感器节点的运动感知数据汇集到Sink节点。系统中共有三种节点：传感器节点、簇头节点、Sink节点，传感器节点采集人体运动参数；簇头节点接收、处理并转发传感器节点数据；Sink节点接收簇头节点转发的传感器节点数据并将数据转发给PC机。对三种节点分别进行软硬件设计之外，文中主要对系统通信协议的设计进行了详细的阐述，同时对无线传感器网络重要支撑技术之一的时间同步机制进行了重点的研究与设计。
　　 通信协议的设计应尽量降低网络能耗，而本系统中只需要考虑传感器节点的能耗问题。同时，协议设计应尽量降低系统丢包率，丢包率将是衡量该协议好坏的重要指标。系统组网及通信过程简单如下：一、节点初始化，Sink节点周期性地发送信标信号；二、簇头节点根据Sink节点的信标信号加入网络，然后周期性地发送簇头信标信号及转发传感器节点数据；三、传感器节点根据簇头信标信号加入网络，然后周期性地采集数据并发送给簇头节点。实验结果表明，该通信协议下，传感节点具有较小的能耗，系统具有较低的丢包率。
　　 好的时间同步机制能提高通信协议的性能，根据本系统的特性，本文中提出了一种基于虚拟时间戳的时间同步算法，算法原理如下：父节点周期性地发送信标信号，发送两连续信标信号的时间差值等于父节点的周期。子节点接收该信号并记录相应的接收时刻值，子节点的周期应该等于两连续信标信号接收时刻值的差值，如果不相等，则对子节点的周期进行相应调整。实验结果表明，该时间同步机制下，系统具有较好的同步性能。

目录

文摘

英文文摘

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致谢

1 绪论

1.1 课题研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状及发展趋势

1.3 论文研究内容及章节安排

2数据采集系统的软硬件实现

2.1 系统框架设计

2.2 主要元器件介绍

2.3 传感器节点设计

2.4 簇头节点设计

2.5 Sink节点设计

本章小节

3无线传感器网络时间同步算法的研究与设计

3.1 无线传感器网络时间同步概述

3.1.1 无线传感器网络时间同步的研究内容

3.1.2 无线传感器网络时间同步的研究进展

3.2 基于虚拟时间戳的时间同步算法

3.2.1 时隙分配机制

3.2.2 时钟周期调整机制

3.2.3 刷新机制

3.3 实验数据的测试与分析

3.3.1 时隙分配情况

3.3.2 时隙偏移

3.3.3 算法分析

本章小节

4无线传感器网络路由协议的研究与设计

4.1 无线传感器网络路由协议概述

4.1.1 无线传感器网络路由协议的内容

4.1.2 无线传感器网络路由协议的研究进展

4.2 人体运动参数无线采集系统的通信协议设计

4.2.1 通信协议简述

4.2.2 sink节点与簇头节点之间的通信协议

4.2.3 簇头节点与传感器节点之间的通信协议

本章小节

5实验测试结果与分析

5.1 传感器节点能耗测试

5.2 系统数据通信状况测试

本章小节

6总结与展望

6.1 工作总结

6.2 未来展望

参考文献

功读学位期间发表的学术情况及科研情况说明