专利名称：一种便携式多功能人体平衡指数分析仪的制作方法
技术领域：
本发明属于嵌入式计算机领域，涉及一种便携式多功能人体平衡指数分析仪。
背景技术：
维持平衡是人体的一项重要能力，人的坐、立、行等活动都以平衡为基础，然而，许多疾病可导致人体的平衡功能障碍。对人体平衡功能进行检测，并给出定量评价，即计算出人体平衡指数，在疾病诊断、运动员选拔等方面具有重要意义。当人直立时，重心总会发生不同程度的移动，这是自我意识所无法控制的，称作生理性姿势动摇，动摇程度能够真实反映人体各器官与中枢神经系统的工作状态，因此可通过检测生理性姿势动摇的程度，来对人体平衡能力作出评价，即得到人体平衡指数。本发明设计了一套检测人体平衡指数的便携式嵌入式装置，能够准确描绘出人体重心实时移动轨迹，通过数据分析，采用定量评价算法计算得到人体平衡指数。本发明与申请号为201010531815. 4的发明专利申请，有以下不同201010531815. 4发明专利描述的系统，使用的是三角形测力平台；本发明使用的是正方形的人体力学平台。201010531815. 4发明专利描述的系统，包含有PC机模块，工作时必须使用PC机进行测试管理、数据处理、算法分析和系统配置；本发明描述的系统工作时无需PC机，直接在手持终端上即可完成所有工作。201010531815. 4发明专利描述的系统，其数据采集电路部分使用MSP430单片机作为目标机微处理器对信号进行采集、模数转换与传输；本发明描述的系统采用ARM处理器，型号为基于Cortex-M3核的STM32F103型。201010531815.4的发明专利描述的系统，其数据采集电路部分使用0P07作为后端放大与滤波，该放大器需要手动校准方可正常使用；本发明采用TI公司的低漂移单电源放大器0PA2365，无需手动校准。201010531815. 4的发明专利描述的系统，使用外部交流电源供电，需要对此交流电进行整流、滤波和稳压；本发明采用锂电池供电方式，结构简单。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种便携式多功能人体平衡指数分析仪，能够在脱离PC机的环境下，对人体平衡指数进行测量、分析、评价、存储、显示、输出，并为测试者提供平衡能力训练功能。本发明的技术方案便携式多功能人体平衡指数分析仪，包括人体力学平台、手持终端硬件和手持终端控制模块三部分。人体力学平台的主体部分是一块正方形钢化玻璃板，厚度为10mm，边长为400mm。 在玻璃板的四个顶点下方，各安装有一个2H1型压力传感器。每个传感器引出4条导线，分别为电源线、地线，以及两条差分信号线。四个传感器共计16条导线连接到一个信号转接板上，然后以扁平电缆方式连接到手持终端硬件部分。手持终端硬件主要由数据采集模块、人机接口模块、数据存储模块和锂电池供电模块组成。数据采集模块包含四路完全相同的放大电路，每一路均为三级放大，第一级采用 INA333仪表放大器，放大倍数为10倍；第二级采用0PA2365放大器，作为射极跟随器，放大倍数为1倍；第三级仍旧采用0PA2365放大器，放大倍数为20倍，三级放大器的总放大倍数为200倍。人机接口模块由分辨率为40(^240的3. 0寸TFT液晶显示器和四线电阻触摸屏组成，触摸屏控制芯片采用TSC2046，液晶显示器带有内部驱动器，采用16位总线方式驱动。数据存储模块包括Flash存储电路和SD卡存储电路，负责存储字库、测试者身份信息、 测试数据和训练数据。字库采用16x16点阵汉字字库，存储于M25P80型Flash存储电路中； 用户信息、测试数据、训练数据存储于2GB容量的SD卡中，SD卡采用FatFS文件系统。锂电池供电模块由基于BQM103芯片的充电管理电路、基于UCC3911芯片的锂电池保护电路和基于DS2782芯片的电量检测电路组成。UCC3911负责保护锂电池，防止电量过冲、过放； DS2782负责检测锂电池的剩余电量；BQ24103可以根据锂电池两端当前电压值来确定应进行锂电池预充电、恒流充电、还是恒压充电。手持终端控制模块包括窗口管理、测试管理、信息管理、训练管理和系统设置五个子模块。窗口管理子模块主要负责与用户交互，提供了一套可移植的图形用户界面，顶层窗口包含测试管理、信息管理、训练管理和系统设置4个窗口，分别对应手持终端控制模块部分的其他四项功能。窗口管理子模块能接受用户的触摸屏输入，用户在屏幕信息的提示下， 通过触摸屏控制窗口的切换。测试管理子模块包括测试者基本信息显示、测试项目管理、 实时图像与数据显示三部分，测试者基本信息显示部分负责显示测试者的姓名、年龄、会员号、性别和身高等信息；测试项目管理部分提供8项测试，分别为双足睁眼、双足闭眼、线性步睁眼、线性步闭眼、单足睁眼、单足闭眼、踏步睁眼以及踏步闭眼等测试，需要测试者依次完成；实时图像与数据显示部分负责绘制测试者重心移动的实时图像，显示即时重量、运动速度等指标。信息管理子模块包括测试者管理和数据管理两部分，前者完成对测试者基本信息的增、删、改、查和存储功能，信息输入采用T9输入法，后者完成测试数据和训练数据在SD卡中的存储。训练管理子模块包含一个训练程序，工作时，测试者直立于人体力学平台上，根据训练程序的提示要求，控制自身重心移动。训练程序会记录提示要求与测试者实际运动间的差异，差异越大，说明测试者的平衡能力越差，反之则越好。系统设置子模块由时间设置和系统校准两部分组成，前者完成对8项测试项目各自测试时间的设置，后者校准触摸屏以及目标机的4个传感器。
图1是本发明的整体系统结构图。图中1人体力学平台；2传感器；3十六芯电缆；4信号转接板；5扁平电缆；6手持终端。图2是本发明的手持终端硬件结构框图。图3是本发明的手持终端控制模块的结构示意图。
具体实施例方式以下结合技术方案和附图详细说明本发明的具体实施例。1.人体力学平台人体力学平台是一个厚度10mm，边长400mm的正方形钢化玻璃板，4个顶点下方各安装有一个2H1型高精度压力传感器，如图1所示。每个传感器引出4条导线，分别为电源线、地线，以及两条差分信号线，4个传感器合计引出16条导线，通过16芯电缆连接到信号转接板，然后由转接板通过一条16芯扁平电缆把这16组信号连接至手持终端。当测试者直立于人体力学平台之上时，四个顶点处的传感器受力发生形变，产生微小的电压信号，测试者重心移动时，四个传感器的输出也相应变化，根据这四个输出值的变化情况即可计算出测试者重心的移动轨迹。2.手持终端硬件手持终端硬件以基于Cortex_M3核的ARM处理器STM32F103为核心，如图2所示， 包括数据采集模块、人机接口模块、数据存储模块和锂电池供电模块四个部分。STM32F103处理器的功能IO引脚分配如下表所示
权利要求
1. 一种便携式多功能人体平衡指数分析仪，由三个部分组成人体力学平台、手持终端硬件及其控制模块，其特征在于人体力学平台的主体部分是一块正方形钢化玻璃板，厚度为10mm，边长为400mm ；在玻璃板的四个顶点下方，各安装有一个2H1型压力传感器；每个传感器引出4条导线，分别为电源线、地线，以及两条差分信号线；四个传感器共计16条导线连接到一个信号转接板上， 然后以扁平电缆方式连接到手持终端硬件部分；手持终端硬件主要由数据采集模块、人机接口模块、数据存储模块和锂电池供电模块组成；数据采集模块包含四路完全相同的三级放大电路，集成运算放大器采用INA333和 0PA2365，总放大倍数为200倍；人机接口模块由分辨率为40(^240的3. 0寸TFT液晶显示器和四线电阻触摸屏组成，触摸屏控制芯片采用TSC2046 ；数据存储模块包括容量为1MB 的Flash存储电路和2GB的SD卡存储电路，Flash存储16x16点阵汉字字库，SD卡存储用户信息、测试数据和训练数据；锂电池供电模块由基于BQM103芯片的充电管理电路、基于 UCC3911芯片的锂电池保护电路和基于DS2782芯片的电量检测电路组成；手持终端控制模块包括窗口管理、测试管理、信息管理、训练管理和系统设置五个模块；窗口管理模块主要负责与用户交互，提供了一套可移植的图形用户界面，顶层窗口包含测试管理、信息管理、训练管理和系统设置4个窗口 ；测试管理模块包括测试者基本信息显示、测试项目管理、实时图像与数据显示三部分；信息管理模块包括测试者管理和数据管理两部分；训练管理模块包含一个训练程序；系统设置模块由时间设置和系统校准两部分组成。
全文摘要
本发明公开了一种便携式多功能人体平衡指数分析仪，属于嵌入式计算机领域。该仪器包括人体力学平台、手持终端硬件和手持终端控制模块三部分。人体力学平台是一块正方形钢化玻璃板，四个顶点下方各安装有一个2H1型压力传感器，传感器信号通过信号转接板连接至手持终端硬件。手持终端硬件由STM32F103处理器控制，包括数据采集、人机接口、数据存储和锂电池供电四个模块，能够脱离计算机以手持方式独立工作，主体部分是四路完全相同的三级放大电路，总放大倍数为200倍。手持终端控制模块包括窗口管理、测试管理、信息管理、训练管理和系统设置五个子模块。本发明在健康检测、平衡功能训练、医疗康复以及运动员选拔等领域有重要作用。
文档编号A61B5/00GK102204816SQ20111014698
公开日2011年10月5日 申请日期2011年6月2日 优先权日2011年6月2日
发明者张洪伟, 赖晓晨, 邝利军, 陈希 申请人:大连理工大学