一种人体姿态检测穿戴设备、系统及控制方法与流程

技术特征：

1.一种人体姿态检测穿戴设备，其特征在于，它包括：供电电路、惯性传感器、主控制器、GPRS模块、接口电路、晶振电路和复位电路；所述接口电路信号连接于主控制器；所述接口电路信号连接于主控制器；所述复位电路信号连接于主控制器；所述惯性传感器信号连接于主控制器；所述GPRS模块信号连接于主控制器；所述供电电路分别信号连接于惯性传感器、主控制器和GPRS模块。

2.如权利要求1所述的人体姿态检测穿戴设备，其特征在于，所述供电电路，用于给穿戴设备提供能源支持；所述惯性传感器，固定在人体特定部位，用于完成对加速度计、磁力计和陀螺仪的信息采集，然后通过串口发送到主控制器；所述主控制器，用于对接收到的数据信息进行卡尔曼滤波融合出人体特定部位的角度，然后根据特定部位的角度值完成姿态的检测，最后GPRS模块通过socket协议将姿态信息打包传送到上位机。

3.一种基于权利要求1至2之一所述的人体姿态检测穿戴设备的系统，其特征在于，所述系统包括：穿戴设备和上位机控制终端；所述上位机控制终端包括：数据传输模块、系统配置模块、读取模块、数据处理模块；所述系统配置模块信号连接于数据传输模块；所述读取模块信号连接于数据传输模块；所述数据处理模块了信号连接于数据传输模块。

4.如权利要求3所述的人体姿态检测系统，其特征在于，所述数据传输模所述数据传输模块，用于连接穿戴设备和上位机控制终端之间的数据传输；所述系统配置模块，用于进行时钟配置、串口配置和惯性传感器配置；所述读取模块，用于发送数据读取命令至穿戴设备，触发穿戴设备获取磁力原始数据、加速度计原始数据和陀螺仪原始数据；所述数据处理模块，用于对穿戴设备发送过来的数据信息进行数据处理。

5.如权利要求4所述的人体姿态检测系统，其特征在于，所述惯性传感为iNEMO模块。

6.一种基于权利要求3至5之一所述的人体姿态检测系统的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1：系统初始化，整个系统启动；

步骤2：开始进行时钟配置和串口配置，配置完成后，进行网络注册；

步骤3：注册成功后，进行网络连接，并对惯性传感器进行配置；

步骤4：配置完成后，通过读取模块发送读取命令至穿戴设备；

步骤5：穿戴设备的惯性传感器开始对磁力计、加速度计和陀螺仪的原始数据进行读取；

步骤6：穿戴设备开始对磁力计、陀螺仪和加速度仪获取到的值进行计算，将计算结果发送至主控制器；

步骤7：主控制器开始对计算结果进行数据融合，获取角度值，将融合结果和角度值进行数据打包；

步骤8：将打包后的数据发送至上位控制机，上位控制机对这些数据进行数据处理，得出结果。

7.如权利要求6所述的人体姿态检测系统的方法，其特征在于，所述主控制器对计算结果进行数据融合的方法包括以下步骤：

步骤1：根据从陀螺仪中获取到的数据信息，求取四元数，然后采用如下公式，将四元数转换成姿态角：

其中，w_x，w_y，w_z为三轴加速度的横坐标

步骤2：然后利用从加速度计获取到的数据信息，采用卡尔曼滤波的方法对四元数进行修正，采用的状态空间方程为：

X(k)＝AX(k-1)+BU(k)+W(k)；

Z(k)＝HX(k)+V(k)；

其中X(k)是k时刻的系统状态，U(k)是k时刻的系统的控制量，A和B是系统参数，Z(k)是k时刻的测量值，H是测量系统的参数，W(k)和V(k)分别表示过程和测量的噪声。

步骤3：随后读取磁力计输出的三轴磁场强度为：然后用加速度计对磁力计进行倾斜补偿：

根据倾斜补偿后的磁力输出，可以求得偏航角为：

$\mathrm{\τ}=atan\left(\frac{M_y^n}{M_x^n}\right).$