穿戴式运动姿态检测方法研究与实现

摘要

人体运动姿态检测技术是获取人体运动信息的重要手段，在体育训练、步态识别、动作识别、医疗康复、运动和健康管理以及生物认证等领域都有着广泛的应用。目前基于MEMS传感器的姿态检测方法大多都是利用加速度传感器来采集人体姿态信息的，优点是体积小、功耗低，但是单独的加速度传感器不能快速响应人体运动姿态变化，故测量准确度不高。
　　本文在分析人体甩臂步行、俯卧撑和仰卧起坐运动姿态特点的基础上，确定了运动姿态的特征参数，设计并实现了运动姿态的检测算法。论文研究内容主要体现在以下三个方面:一、设计了一个穿戴式运动姿态参数采集模块，该模块采用MPU9250九轴运动传感器采集人体运动姿态信息，并利用BLE4.0蓝牙无线通信功能将特征参数发送至上位机;二、采用matlab自主设计了一款基于GUI图像界面的仿真软件，并利用该软件对本文研究的运动姿态检测算法进行了仿真验证;三、采用Eclipse自主设计了基于安卓平台的APP软件，实现了参数采集模块测试、运动姿态检测以及心率测量功能。
　　大量的测试统计结果表明，本文研究的姿态检测方法具有较高的稳定性和准确度:计步准确率大于87.7％;俯卧撑运动和仰卧起坐运动计数准确率大于86.3％;心率测量准确率高于90％。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究目的与意义

1．2 姿态检测方法研究现状

1．3 文章结构安排

第2章 MEMS传感器跟踪法运动姿态检测

2．1 姿态参数采集技术

2．1．1 MEMS惯性传感器原理

2．1．2 蓝牙4．0无线通信技术

2．2 姿态检测算法介绍

2．3 本文姿态检测方法设计

2．4 本文姿态检测指标

第3章 运动姿态检测算法模型

3．1 三维空间姿态解算算法

3．1．1 四元数法空间变换理论

3．1．2 MEMS传感器数据预处理

3．1．3 磁偏角计算算法

3．1．4 姿态解算

3．2 运动姿态检测算法

3．2．1 走路计步算法

3．2．2 俯卧撑计数算法

3．2．3 仰卧起坐计数算法

3．3 光电容积心率算法

第4章 运动姿态参数采集硬件设计

4．1 硬件设计框架

4．2 关键电路设计

4．2．1 单片机控制电路设计

4．2．2 姿态参数采集电路设计

4．2．3 脉搏波采集电路设计

第5章 运动姿态检测软件设计

5．1 软件设计框架

5．2 蓝牙应用软件设计

5．2．1 QPP应用规范设计

5．2．2 蓝牙模块应用程序设计

5．2．3 QPPClient／Server通信流程

5．2．4 蓝牙应用层通信协议

5．3 嵌入式软件设计

5．3．1 单片机控制程序设计

5．3．2 传感器数据预处理程序设计

5．3．3 姿态解算程序设计

5．4 安卓APP软件设计

5．4．1 数据交互模块

5．4．2 登陆模块

5．4．3 功能模块

第6章 算法测试及分析

6．1 参数采集功能测试

6．2 滤波算法测试

6．3 姿态检测算法测试及分析

6．3．1 计步算法

6．3．2 俯卧撑计数算法

6．3．3 仰卧起坐计数算法

6．4 心率功能测试及分析

第7章 总结与展望

附录

参考文献

致谢