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基于加速度信息的人体步行速度检测方法研究

作　者: 何先照
导　师: 陈燎原
学　校: 安徽理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 三维加速度传感器 数据采集 特征提取 信息获取 速度估测
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


步行运动是最常见的一种健身方法,实时监测行走速度是个性化健康促进服务的基本要求,可以为制定个性化健康促进服务系统提供重要参数。加速度信号的获取装置具有低成本、微体积、低功耗等优点,加速度传感器已经在便携式计步器、能耗仪的设计中得到广泛应用。合理科学的估测运动过程中的速度,可以为人们日常生活锻炼提供一定的指导性意见。然而,现有的速度估测模型在应用中其精确性受到质疑,因此,有必要对在现有模型的基础上,探索新的速度估测方法,并建立准确的速度估测模型。本研究主要通过自行研制的新型加速度信息采集装置,进行数据采集。通过设定几种固定的速度模式,让志愿者在跑步机上行走,分别考察不同速度模式下的加速度及步态的变化规律,提取出到最能反映速度变化的特征参数,再利用得到的特征参数建立行走速度估测模型。本文主要从以下几个方面开展工作：1.构建一种对行走过程中三维加速度信息不间断采集的综合性测试系统。全面的介绍硬件系统的主要组成模块的设计方法与设计理念,软件系统的开发环境,数据的采集过程,数据分析与特征提取方法。整套软硬件系统可以对人体运动过程中的加速度进行采集与分析处理。2.通过分析人体运动特征,提出新的加速度数据采集方案。该方案将一个三维加速度传感器使用弹性绷带将加速度传感器固定于躯干腰椎骨部位,使传感器与身体形成紧密的刚性连接,利用加速度采集装置获取人体运动过程中的三维加速度信号。3.在不同速度模式下,主要研究了加速度信息的特征参数与速度,以及步态参数与速度的变化规律,提取其中最能够反映运动速度的特征参数。志愿者分别以3km/h、4km/h、5km/h、6km/h的速度在跑步机上行走,分别考察各个速度模式下三维加速度的最大值、最小值、均方根、峰谷值、步频、支撑时间、摆动时间等与速度的关系,综合分析各个参数的变异系数、可操作性、相关系数之后,寻找到最能反映速度变化的特征参量,建立准确的速度估测模型。图38表6参49

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-12
1 绪论  12-24
  1.1 引言  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-20
    1.2.1 加速度技术的研究现状  13-19
    1.2.2 速度模型的研究现状  19-20
  1.3 课题来源  20-21
  1.4 本文研究的意义  21
  1.5 本文研究的内容  21-24
2 硬件系统电路的设计与实现  24-44
  2.1 硬件设计的总体原则  24-25
  2.2 硬件系统设计原理图  25-26
  2.3 主控制器的设计  26-29
    2.3.1 主控制器的分析与选型  26-29
  2.4 加速度传感器  29-32
    2.4.1 加速度传感器原理概述  29-30
    2.4.2 加速度传感器的选择  30
    2.4.3 加速度传感器的电路设计  30-32
  2.5 数据采集与存储设计  32-36
    2.5.1 数据采集  32-34
    2.5.2 数据存储设计  34-36
  2.6 计算机通信接口设计  36-37
  2.7 人机交互模块  37-39
    2.7.1 按键控制模块设计  37-38
    2.7.2 液晶显示模块设计  38-39
  2.8 电源管理模块设计  39-41
    2.8.1 稳压模块设计  39-40
    2.8.2 电源选择与充电模块设计  40-41
  2.9 时钟管理模块设计  41-43
  2.10 本章小结  43-44
3 软件系统的设计与实现  44-54
  3.1 开发环境与系统软件的实现  44-46
    3.1.1 硬件开发环境的介绍  44-45
    3.1.2 软件开发环境的介绍  45-46
  3.2 主控制系统软件设计  46-49
  3.3 数据采集与存储模块的设计  49-52
    3.3.1 数据采集控制  49-50
    3.3.2 数据存储控制  50-52
  3.4 数据传输模块的设计  52-53
  3.5 本章小结  53-54
4 基于加速度信息的速度估测模型研究  54-64
  4.1 原始数据的采集  54-55
    4.1.1 实验对象的选定  54
    4.1.2 原始信号的采集  54-55
  4.2 加速度信号的预处理  55-57
  4.3 特征参数提取  57-61
    4.3.1 特征参数的选定  57-58
    4.3.2 特征参数计算  58-59
    4.3.3 试验结果对比  59-61
  4.4 特征选择  61-62
  4.5 速度估测模型的建立  62-63
  4.6 本章小结  63-64
5 结论与展望  64-66
  5.1 结论  64-65
  5.2 展望  65-66
参考文献  66-70
附录  70-86
致谢  86-87
作者简介及读研期间主要科研成果  87
攻读硕士学位期间发表的论文  87

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统
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