[发明专利]基于加速度传感器的手臂复健参数提取装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于加速度传感器的手臂复健参数提取装置，用于采集病人在康复训练时手臂动作的瞬时加速度、瞬时速度等运动参数，从而为医生提供更客观的诊断依据，帮助病人更有效地进行康复训练。属于康复领域。

背景技术

随着生活水平的提高，现代医学的发展，人们对术后或运动损伤后的复健也日趋重视起来。而作为复健治疗不可避免的重要环节之一，即复健水平诊断就更值得引起人们的关注了。目前，国内肢体复健水平诊断方面，主要还是依靠超声检测、B超、放射性骨扫描、核磁共振成像等方式，对于这些诊断方式的安全性，医学上有较大的争论。众所周知，长期的放射性检查对人体的健康存在着威胁，因此通过物理手段对病人的复健水平进行检测有着极其重要而深远的意义。

目前国内已有的物理诊断方式主要是依靠人工进行检测，比如医生通过目测、绘图或用仪器进行测量。这样的检测方法效率较低，主观性较强。国外主要有表面肌电图（美国）、多关节等速评估训练系统（美国）、静态平衡训练评估系统（日本），动态控制姿势能力评价训练系统（美国）等设备，但是检测对象单一，没有一个全面完整的智能检测系统来对病人的肢体复健水平进行诊断。因此设计一种基于三维加速度传感器的手臂复健参数提取装置有着很大的市场空间。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种基于三维加速度传感器的手臂复健参数提取装置。本装置以单片机为核心处理芯片，与现代三维加速度传感技术相结合，利用现代三维加速度传感技术的准确性、可靠性以及数据传输时的抗干扰性，实现手臂运动参数的准确提取，以达到良好的复健水平诊断效果。本装置体积小，便携式，可靠性强，性价比高。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

基于三维加速度传感器的手臂动作提取装置，由一个三维加速度传感模块经一个蓝牙收发模块连接上位机构成；其特征在于：所述三维加速度传感模块安装在手持设备上，复健病人将手持模块佩戴在手腕内侧；随着病人复健训练时手臂的运动，所述三维加速度传感模块中的三维加速度传感芯片将采集到的X、Y、Z轴的加速度模拟电压值传给所述三维加速度传感模块中的单片机，由该单片机进行A/D采样后，再经所述蓝牙收发模块将变换后的数字电压值无线传输到所述上位机，该上位机进行如下的后续数据处理：

（1）    加速度计算公式：

          

其中，到为连续采样的Z轴方向的个实测加速度，和分别为个数据中的最大值和最小值，为个加速度值的算术平均值。

由于加速度计本身所具有的漂移都会使载体运动的加速度在一个值附近振荡，因此对加速度变化设定一个阈值。当实际变化值小于阈值时，则认为载体做匀加速运动或运动的加速度接近于0，此时不进行后续计算；当实际变化值大于阈值时，则继续进行后续计算。为了消除由于偶然出现的脉冲干扰而引起的采样值偏差，采取中位值平均滤波法，即连续采样n个加速度数据，去掉一个最大值和一个最小值，然后计算个加速度值的算术平均。       

（2）速度计算公式：   

  

其中，（设定系统工作前期，手臂未开始摆动） ，，单片机对加速度采样频率为,  相邻2个平均加速度之间的时间间隔为。

上述三维加速度传感模块由电源、单片机、有源晶体振荡器、复位电路、三维加速度传感芯片和蓝牙发送模块组成，其相互连接关系为：电源分别与单片机、有源晶体振荡器、三维加速度传感芯片和蓝牙发送模块相连，单片机分别与有源晶体振荡器、复位电路、三维加速度传感芯片和蓝牙发送模块相连接。

上述三维加速度传感芯片包括电源输入5V和3位并行数据输出信号V1、V2、V3。电源输入5V提供三维加速度传感芯片的工作电压，并行输出信号V1、V2、V3由三维加速度传感芯片输出至单片机的3个I/O口。

上述单片机包括电源输入5V、晶振输入、复位电路、3位并行数据输入信号V1、V2、V3、串口输出Tx。电源输入5V提供单片机工作电压，3位并行数据输入信号V1、V2、V3接收来自三维加速度传感芯片的输出数据，晶振输入提供时钟脉冲，复位电路使得单片机正常工作，串口输出Tx与蓝牙发送模块的输入端连接。

上述单片机采用PIC16F876A单片机。

上述三维加速度传感芯片采用MMA7260QT三维加速度传感芯片。

上述蓝牙收发模块采用HC-04蓝牙收发模块。

上述有源晶体振荡器频率为8MHz。

上述电源为5V直流电。