[发明专利]基于MEMS惯性传感器的人体姿态检测系统及其检测方法

权利要求书

1.一种基于MEMS惯性传感器的人体姿态检测系统，其特征在于：包括数据采集与处理模块(1)、姿态信息接收与传输模块(2)和计算机(3)；数据采集与处理模块(1)共有18块，分别对每个模块进行编号，编号为1～18，将18个编号完毕的数据采集与处理模块(1)分别置于人体的18个关节处，组成人体姿态检测数据采集网络，18个数据采集与处理模块(1)将采集处理后的姿态信息传输到姿态信息接收与传输模块(2)，姿态信息接收与传输模块(2)将收到的姿态信息发送给计算机(3)，计算机(3)的上位机将对姿态信息进行分析并实时地显示当前人体的姿态。

2.根据权利要求1所述的基于MEMS惯性传感器的人体姿态检测系统，其特征在于：所述数据采集与处理模块(1)包括第一微处理器(4)、惯性传感器(5)、第一无线射频(6)和第一电源(7)，姿态信息接收与传输模块(2)包括第二微处理器(8)、第二无线射频(9)、RS232串口(10)和第二电源(11)；其中第一电源(7)分别连接第一微处理器(4)和惯性传感器(5)为它们供电，第二电源(11)连接第二微处理器(8)为其供电；惯性传感器(5)采集数据发送给第一微处理器(4)，第一微处理器(4)和第二微处理器(8)通过第一无线射频(6)和第二无线射频(9)进行无线通信，第二微处理器(8)便接收到姿态信息。

3.根据权利要求1所述的基于MEMS惯性传感器的人体姿态检测系统，其特征在于：所述18个数据采集与处理模块(1)组成的人体姿态检测数据采集网络嵌入一套衣物中，在检测人体姿态时:穿戴。

4.根据权利要求1所述的基于MEMS惯性传感器的人体姿态检测系统，其特征在于：所述第一微处理器(4)采用MSP430F5310型号的芯片，第二微处理器(8)采用MSP430F5438型号芯片，惯性传感器采用美国InvenSense公司的MPU9150芯片，第一无线射频(6)和第二无线射频(9)均为nRF24L01芯片，第一电源(7)和第二电源(11)均采用锂电池供电。

5.根据权利要求1或2所述的基于MEMS惯性传感器的人体姿态检测系统，其特征在于：所述数据采集与处理模块(1)与姿态信息接收与传输模块(2)之间采用无线通信，姿态信息接收与传输模块(2)将接收到的18组姿态信息按通信协议通过RS232串口(10)发送给计算机(3)。

6.根据权利要求1所述的基于MEMS惯性传感器的人体姿态检测系统，其特征在于：所述上位机实时显示当前人体姿态，记录并保存接收到的姿态信息。

7.根据权利要求1所述的基于MEMS惯性传感器的人体姿态检测系统，其特征在于，所述姿态信息采用四元数的形式表达。

8.一种基于MEMS惯性传感器的人体姿态检测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1，将嵌入人体姿态检测数据采集网络的衣物穿戴完毕，并将系统上电；

步骤2，各个数据采集与处理模块(1)上的惯性传感器(5)采集相应关节处的姿态数据，采集到姿态数据后将其发送到第一微处理器(4)；

步骤3，第一微处理器(4)对惯性传感器(5)采集到的姿态数据进行处理，解算得到姿态信息；

步骤4，第一微处理器(4)将处理后的姿态信息发送给第一无线射频(6)，第一无线射频(6)和第二无线射频(9)进行无线通信，将姿态信息传输给第二微处理器(8)，第二微处理器(8)按照通信协议将收到的姿态信息通过RS232串口(10)发送给计算机(3)；计算机(3)对接收到的数据进行判断，如果数据合格则计算机(3)对姿态信息进行处理，在上位机中显示出当前人体的姿态，并记录人体姿态信息，如果不合格则返回步骤4；

步骤5，判断系统是否断电，断电则姿态检测结束，否则返回步骤2。

9.根据权利要求8所述基于MEMS惯性传感器的人体姿态检测方法，其特征在于：步骤3所述第一微处理器(4)对惯性传感器(5)采集到的姿态数据进行的处理过程包括：对系统进行初始校准，以获取系统的初始值，即初始化四元数；通过四元数法和数据融合算法对人体姿态数据进行解算，对姿态信息进行更新，并重复以上过程。

10.根据权利要求8所述的基于MEMS惯性传感器的人体姿态的检测方法，其特征在于：步骤4所述的通信协议，其过程为：建立计算机(3)与第二微处理器(8)的连接；计算机(3)确定响应报文；断开计算机(3)与第二微处理器(8)的连接；其中第二微处理器(8)对计算机(3)的报文格式为：报文头+命令字+帧号+18个节点姿态数据+根节点加速度+根节点位移+校验和+结束符，每一条报文共有179个字节，具体的报文格式为：