)-ayf(k_l))2+(azf(k )-azf (k-1))2,其中axf(k)，ayf(k)，azf(k)分别表示第k+1次采集得到x轴、y轴和z轴三 个轴的加速度；若（axf (k) _axf (k-1)) 2+ (ayf (k) _ayf (k-1)) 2+ (azf (k) _azf (k-1))2Thresho1d，贝lj 转入流程7)，否则继续执行步骤6) ;7)计算自第k+1个周期开始n个周期，加速度的变化量 的累计值
建立局部坐标系乂"仏得到fx (k+n)，fy (k+n)，fz (k+n)， 然后根据&&+11)，fy(k+n)，fz(k+n)判断得到用户运动相对于局部坐标系的方向，并通过 无线传输发送给人机交互模块；8)计算（axf(k)-axf(k-l))2+(ayf(k)-ayf(k-l))2+(azf(k)_azf (k-1))2,并与预设的阈值Threshold比较，且连续p个周期内，都有若满足以下条件：（axf(k )-axf(k-1)) 2+(ayf(k)_ayf(k-1)) 2+(azf(k)_azf(k-1))2<Threshold，则转入步骤 3) 〇 [0067] 本发明还提供一种实现人机交互的方法，包括以下步骤：1)根据上述获得运动信 息的方法获得运动信息；2)将运动信息通过无线传输的方式进行发送至无线接收模块；3) 无线接收模块将运动信息通过直接的电气连接传输给终端；4)终端根据运动信息实现对 终端上所运行的软件或程序的人机交互操作。
[0068] 3、与现有技术相比具有的有益效果
[0069] 本发明与现有技术相比其功能创新在于以下几点：
[0070] 本发明不仅可以进行运动数据的测量，还可以准确的检测人体脚部的运动模式， 进行体感游戏控制。
[0071] 本发明在上位机为PC机且为Windows平台下，可以通过WindowsAPI的调用，利 用人体的不同运动，模拟PC的键盘和鼠标输入。
[0072] 本发明计算方法没有累计误差。一般而言，速度计算是加速度不断积分得到的， 长期的积分将会造成累计误差，且MEMS器件本身漂移大，二次积分计算距离会造成重大 偏移，而本方法计算基于大量数据统计规律，利用经验公式计算距离，具有无累计误差的特 点，而速度是根据距离对时间的微分计算得到，也没有累计误差。
[0073] 本发明的方法可以有效的抑制MEMS元器件漂移造成的误差。在判断用户脚部动 作时，采用的是加速度信息的一阶差分量进行判断，属于相对量，而不是绝对量，可以有效 的避免惯性元器件漂移带来的计算误差。有些计算要用到的静止加速度基准值，也是随着 时间变化而不断变化的，因此本方法采取了一种自动跟随的方式在线的校准加速度基准。
[0074] 本方法的计算具有计算简单、实时性好的优点。本方法计算运动速度不需要进行 积分运算，即使是计算距离也不需要二次积分运算，而是通过经验公式推算得到距离，通过 一次差分运算即可得到实时速度。
[0075] 本方法采用了数字滤波技术，可有效去除原始信号噪声，且相比硬件滤波成本低。 本方法对原始加速度信息进行滤波处理，得到滤波后的加速度信息，然后进行计算，可大大 提高系统的抗干扰能力以及对用户运动状态判断的准确性。
[0076] 本发明具有低功耗待机和低功耗通讯的特点。用户静止超过一段时间，则MCU控 制整个系统进入休眠状态，切断不必要的电力消耗，进入低功耗待机模式，并以一定的时间 间隔控制系统进行外界连接的扫描，如果发现有连接，则唤醒整个系统；且本发明并非按照 固定的周期如100HZ去不断的刷新数据，而是采用了事件驱动型的通讯方式，即有动作发 生，即立即发送运动数据，而静止时刻是不发送数据，因为没有数据更新。
【附图说明】
[0077] 图1为设置有无线传感综合模块的鞋子本体示意图；
[0078] 图2为鞋子本体上局部坐标系示意图；
[0079] 图3为本发明中的无线传感综合模块与无线接收模块的结构示意图；
[0080] 图4为系统工作流程图；
[0081] 图5为空间角的映射关系；
[0082] 图6为X0Y平面角度与动作对应的区间划分；
[0083] 图7为人体运动时脚部的三轴向加速度变化；
[0084] 图8前左移动时X0Y平面角的统计分布。
【具体实施方式】
[0085] 下面将结合附图和实施例以将运动处理装置放置在鞋子中为例对本发明作进一 步的详细说明。
[0086] 一、硬件系统结构组成
[0087] 本发明提出了一种基于三轴加速度计和低功耗无线通讯技术的人机交互方法。硬 件系统结构组成如图1所示，所述的鞋子本体1在底部设置有运动信息采集系统2,所述的 运动信息采集系统2与无线接收模块3之间基于无线通讯进行连接，无线接收模块3直接 与PC机等终端设备连接。所述的运动信息采集系统2与无线接收模块3进行通信，无线接 收模块3用于接收鞋子本体1的运动信息，所得到的运动信息可以应用于数据分析、仿真虚 拟训练或人机交互。所获得的信息可用于实时检测用户的脚步移动的动作数据等，或记录 下动作数据用于赛后的分析，也可以实时的进行仿真训练或者人机交互用。运动信息采集 系统2上采用低功耗单片机作为中央处理器，人体脚部运动数据的解算过程全部在运动信 息采集系统2内部完成，实现了更高的集成度。
[0088] 所述的运动信息采集系统2安置在鞋子本体中，例如鞋子本体底部，并且运动信 息采集系统的质心作为局部坐标系的原点，鞋子本体局部坐标系的建立如图2所示。
[0089] 以下，本发明以将运动信息采集系统2安置在鞋子本体的底部的足弓处为例进行 说明，本领域技术人员可以理解，在不影响美观和舒适的前提下，该模块也可以设置在鞋子 本体的侧部、后部或上部等任意位置。
[0090] 所述的硬件系统总体结构实现如附图3所示，包括运动信息采集系统2和无线接 收模块3。其中，所述运动信息采集系统2包括：加速度传感器、信号调理单元、中央处理单 元、第一无线传输模块、数据存储单元、电源单元和电源控制芯片。所述的电源单元用于为 加速度传感器、信号调理单元、中央处理单元、第一无线传输模块和数据存储单元供电；所 述的电源控制芯片用于将电源单元输出电压稳定到其他模块所需的电压；所述的加速度传 感器采集鞋子本体加速度运动信息并经过信号调理单元调理为可用信号后，发送到中央处 理单元，经过相关计算，得到人体的运动信息，并经过无线传输的发送端发送给无线接收模 块。所述无线接收模块3包括面向PC、手机等带有外设接口（例如USB接口，迷你USB接口 或微型USB接口等）的设备，其包含第二无线传输模块，USB/UART接口转换芯片、电源芯片 以及外设接口，所述的第二无线传输模块的接收端接收发送端的数据，并通过接口转换后， 转换为可传输的格式。
[0091] 所述的加速度传感器为三轴加速度计。在优选实施例中，可以采用KXD94加速度 计芯片（KXD94是Kionix公司生产的三轴加速度计），该器件测量范围为最大±13g，灵 敏度系数为200mV/g(5V供电），工作电压为2. 5~5. 25V;该加速度计功耗很低，电流约 0. 9-1. 5mA，可以满足整体设计的低功耗要求。KXD94三路输出分别代表X轴输出、Y轴输 出、Z轴输出，提供给后续信号调理单元之后最终被中央处理单元的单片机AD采集。
[0092] 在优选实施例中，所述的中央处理单元可以是TI公司的MSP430F247单片机，可以 满足信息的实时采集并进行在线计算得到位移信息的要求。MSP430系列是超低功耗的单片 机品种，很适合电池供电的长时间工作场合。MSP430芯片活动模式电流225uA，待机状态仅 0. 8uA，掉电模式0.luA。采用数字控制振荡器，从待机到唤醒模式响应时间不超过6us。4K 的RAM容量，8路12位AD采集，I2C/SPI接口、UART/USART等。MSP430可以有效实现本发 明要求的集成度高、低功耗、低成本的嵌入式应用。
[0093] 在优选实施例中，第一和第二无线传输模块Zigbee芯片采用TI公司的CC2520 和CC2531。其中CC2520作为下位机无线传输用，CC2531作为终端接收器无线传输用。 CC2520工作频率2. 4G，最大传输速率为250kbps，工作电压为1. 8V~3. 8V，接收发送状态 电流为18. 5ma，空闲时电流为3ua，唤醒时间500us;CC2531工作频率2. 4G，最大传输速率 为250kbps，工作电压为2V~3. 6V，接收发送状态电流为20. 5ma，空闲时电流为lua，唤醒 时间600us，且CC2531片上集成了 8051MCU，具有更高的集成度。Zigbee芯片相比较蓝牙， 具有低成本，低功耗，传输距离长的优势，更契合本发明的设计思想。
[0094] 在优选实施例中，电源单元采用锂电池供电，电池采用可充电超薄锂电池，容量 200-300mAh，工作电压6V，充放电次数可达500次，即使使用很频繁也可以保证至少一年的 使用时间。
[0095] 在优选实施例中，电源控制芯片可使用AMS1117-3. 3作为电源稳压芯片，使电 源单元输出稳定为3. 3V，可以为ARM、三轴加速度计、及第一无线传输模块稳定供电。 AMS1117-3. 3芯片输入电压范围4. 75~12V，输出电压3. 267~3. 333V，输出电流1A，工作 温度-40~125 °C。
[0096] 在优选实施例中，针对PC机、手机、智能电视等带有USB口的设备设计，无线接收 模块主要包括无线接收、USB/UART接口转换芯片、电源芯片以及USB接口。无线接收主要 用于接收运动信息采集系统发送过来的体感数据。而信号类型转换芯片为FT232R，FT232R 为USB/UART转换芯片，其主要功能是在内部硬件逻辑作用下实现USB和一步串行数据传输 接口的转换。芯片内部继承了 1024位的EEPR0M和多频率时钟发生器（6MHz，12MHz，24MHz， 48MHz)。电源芯片采用上文提到的AMS1117-3. 3,提供3. 3V输出为FT232R和Zigbee模块 供电。USB接口用于与终端设备如PC机相连，完成数据传输以及电源供电功能。
[0097] 二、采用上述的运动信息采集系统采集运动数据的工作流程
[0098] 以下参考附图4,对采用上述的运动信息采集系统采集运动数据的工作流程进行 具体描述。
[0099] 1)系统初始化
[0100] 电源开启，运动信息采集系统以缺省状态初始化，进入低功耗的休眠状态，无线接 收模块开启无线搜索功能；
[0101] 2)唤醒运动采集系统
[0102] 运动彳目息米集系统在休眠状态以Tsleep为周期（Tsleep为以秒为单位的休眠周 期，如可以取Tsleep= 2s)，向外发送启动请求信号；若启动请求信号没有得到回应，则执 行流程（2);否则，若在启动请求得到终端的回应的情况下，运动信息采集系统由休眠状态 转入唤醒状态，执行步骤（3);
[0103] 3)计算加速度信息并滤波
[0104]运动信息采集系统在唤醒状态，按照时间t为时钟周期（t的典型值可取10ms)， 每周期由MCU通过AD采集加速度计的三轴向的数值，并按照标定后的参数，计算得到加速 度ax，ay，az。为了降低信号噪声，对加速度ax，ay，后进行数字滤波处理，得到axf，ayf，
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