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人体步态检测系统-硬件篇

(本篇文章需要模电数电、单片机技术、AD使用方法等前置知识,如果看不懂,可能是缺少以上知识)
步态特征作为人类固有的一种运动特征,可以在智慧监控、智能假肢、动作检测和医疗等多项领域发挥重大的作用。使用步态检测与分析系统,可以对人体的运动方式以及运动特征进行处理以及分析,从而可以识别出受测者的身份特征以及身体状况。并且步态检测与识别涉及到电子技术、信息技术、模式识别、深度学习等众多领域,其在医疗、体育和监测等领域中具有十分广泛的运用价值。

在目前,一般主流使用两种步态检测技术,一种是通过视觉的方式,一种则是通过使用各种人体运动采集传感器进行测量。两种方法各有优缺点,通过视觉的方式,数据计算量非常大并且受环境影响也比较大。
在这篇博客中,将介绍一种自主设计的通过足底压力来采集步态信号的步态检测系统。在这里先介绍一下硬件部分。
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上面是使用的RX-ES39A足底压力传感器,这是一款柔性的压阻式阵列传感器,上面有16个独立的电阻,端子有十个,6个输入,4个输出。可以通过扫描采集的方式对传感器的压力信息进行采集。
先对系统进行整体的设计,以上是总体设计示意图。从中可以看到,首先,系统将通过足底压力传感器以及九轴姿态传感器采集到人体的运动数据。接着,数据将被传输到到上位机中进行数据预处理、特征提取和数据融合等操作,得到步态检测结果。并且这些数据将通过人机交互界面给出可视化显示,最后给出步态检测结果。
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在这篇文章中主要采用了压敏电阻材料制作的阵列式扫描压力鞋垫作为传感器,所以必须设计出可以通过扫描,采集到每个独立传感器的信号调制模块。并且需要通过控制板的蓝牙通信传输到PC端,所以必须在采集芯片上,必须有蓝牙通信模块。由于Stm32需要3.3伏的稳定电压,所以必须设计出电源稳压模块。在这一部分的电路中,有稳压芯片AMS1117-3.3所组成的稳压模块给stm32提供稳定的3.3V的电压,并且由于在信号调制模块中,使用的是反相放大电路,所以电源稳压模块中必须有一个负压输出部分。
信号调制模块主要使用运算放大器和光电开关,主控芯片通过控制光电开关,来确定足底压力传感器哪个输入端口使能,然后特定的输出端口经过反相放大电路后被主控芯片的ADC采集,从而得到足底压力数据。依次扫描,得到整只脚的完整足底压力信号。
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为了使整个芯片能够稳定工作,必须设计电源稳压模块。选用了AMS1117稳压模块,可以将7.4V的电池电压稳定输出到3.3V。
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并且采用了Lm27761电荷泵,可以为反相放大器提供稳定的-3.3V电压。
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根据原理图,在考虑到布线复杂度的同时又兼顾制作成本,使用了双层电路板的设计,对PCB板进行了电磁兼容性方面的布局设计,并且制作了数据信号采集的 PCB板
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以下是焊接好芯片后的完成品。
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标题:人体步态检测系统-硬件篇
作者:wangbf
地址:http://wangbf.top/articles/2020/06/16/1592266939241.html

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