用于人体下肢运动意图识别的分布式多通道信号采集系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多通道同步实时信号采集系统，具体是用于人体下肢运动意图识别的分布式多通道信号采集系统。
【背景技术】
[0002]人体运动意图识别系统是机器人领域的一个关键技术和难点所在，主要涉及运动信号采集、数据实时通信和模式识别等信号处理技术，可用于仿生机器人、医疗康复等领域。
[0003]人体运动意图识别系统中存在三大技术难题:运动信号采集、实时通信和模式识另O。运动信号采集是整个系统的“基础”，其工作性能直接影响整个运动意图识别系统的准确性。目前，人体运动意图识别系统根据采集信号的来源不同，可以分为体表肌电信号采集系统、脑电信号采集系统和接触力信号采集系统三种。体表肌电信号采集系统具有延时短，实时性强的优点，但是也存在电极易脱落的缺点；脑电信号采集系统可以实现“意念控制”，适用人群较广，但抗干扰性较差，设备昂贵等缺点；接触力信号采集系统具有穿戴方便，结构简单的优点，但也存在响应迟缓，实时性差的缺点。目前，人体下肢运动意图识别系统普遍存在测量设备体积大、结构复杂，操作繁琐等缺点，因此，迫切需要研究一种小巧的用于人体运动意图识别的信号采集系统来克服上述缺点，满足机器人系统的技术性能需求。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供用于人体下肢运动意图识别的分布式多通道信号采集系统，以解决上述【背景技术】中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
用于人体下肢运动意图识别的分布式多通道信号采集系统，所述信号采集系统采用分布式结构；包括PC机、主机模块、CAN总线和从机模块；PC机通过RS232接口连接主机模块；主机模块和从机模块通过CAN总线连接，从机模块负责信号采集并进行处理，主机模块负责多源信号融合和数据通信控制；采用薄膜压力传感器采集人体足底压力，采用磁角度传感器获取人体下肢髋关节、膝关节和踝关节角度信号。
[0006]作为本发明进一步的方案:薄膜压力传感器，压力和端电压应符合或近似符合线性关系，并采用负基准电压源供电，而负基准电压源采用负电压发生芯片和负电压稳压电路来实现。
[0007]作为本发明进一步的方案:薄膜压力传感器，由4个A401型薄膜压力传感器组成，采集人体足底四个主要受力点的压力信号。
[0008]作为本发明进一步的方案:磁角度传感器采用AS5045型磁角度传感器芯片。
[0009]作为本发明进一步的方案:主机模块包括多通道电源模块、主机微控制器和主机CAN驱动模块；多通道电源模块连接主机微控制器与从机模块；主机微控制器与主机CAN驱动模块连接，主机CAN驱动模块连接CAN总线；主机微控制器与PC机通过RS232接口连接。
[0010]作为本发明进一步的方案:主机微控制器采用STM32F103单片机。
[0011]作为本发明进一步的方案:从机模块包括从机CAN总线驱动模块、从机微控制器、从机电源模块、多通道滤波电路、负基准电压源、多通道信号放大电路、角度传感器、压力传感器；压力传感器依次与信号放大电路、多通道滤波电路、从机微控制器连接；从机电源模块分别与信号放大电路、多通道滤波电路、负基准电压源、从机微控制器连接，信号放大电路连接负基准电压源，从机微控制器通过SPI接口与角度传感器连接；从机微控制器依次通过从机CAN总线驱动模块连接到CAN总线。
[0012]作为本发明进一步的方案:从机微控制器采用STM32F103单片机。
[0013]与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明采用响应时间短的薄膜压力传感器(A401)作为人体足底压力传感器，提高足底压力信号采集的快速性和穿戴者的舒适性；采用小巧的磁传感器(AS5045)作为关节角度传感器，有效减小角度传感器的体积和重量；采用分散且相互独立的从机模块，可减少传感器引线的长度，降低外界对传感器的电磁干扰；模块之间采用可靠性很高的CAN总线通信，通信速率IMbps ;采用高速ARM单片机(STM32F103)作为主控制器，主频可达72MHz，可以快速完成信号采集和软件滤波等任务。
[0014]本信号采集系统具有体积小，可靠性高，抗干扰能力强的优势。
【附图说明】
[0015]图1是本发明实施例中信号采集系统整体框图。
[0016]图2是本发明实施例中主机模块结构示意图。
[0017]图3是本发明实施例中从机模块结构示意图。
[0018]图4是本发明实施例中足底压力传感器安装位置示意图。
[0019]图5是本发明实施例中信号滤波放大电路原理图。
[0020]图6是本发明实施例中负基准电压源电路原理图。
[0021]图7是本发明实施例中主机模块控制流程示意图。
[0022]图8是本发明实施例中从机模块控制流程示意图。
[0023]图中:1-PC机、2-主机模块、3-CAN总线、4-从机模块、5_多通道电源模块、6_主机微控制器、7-主机CAN驱动模块、8-从机电源模块、9-从机微控制器、10-从机CAN驱动模块、11-负基准电压源、12-多通道滤波电路、13-多通道放大电路、14-薄膜压力传感器、15-角度传感器。
【具体实施方式】
[0024]下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0025]实施例1
本发明实施例中，请参阅第1、2、3图所示，本发明是公开一种用于人体下肢运动意图识别的分布式多通道信号采集系统，该系统主要包括PC机1、主机模块2、CAN总线3和从机模块4四部分。PC机I通过RS232接口连接主机模块2，主机模块2连接CAN总线3，CAN总线3还连接从机模块4。
[0026]PC机I主要由个人电脑硬件和应用软件组成，主要完成数据记录和分析。主机模块2包括多通道电源模块5、主机微控制器6和主机CAN驱动模块7。多通道电源模块5为主机微控制器6提供3.3V电源，为从机模块4提供5V电源；主机微控制器6与主机CAN驱动模块7连接，主机CAN驱动模块7连接CAN总线3，从CAN总线3获取从机模块4上传的压力和角度信号；主机微控制器6与PC机I通过RS232接口连接。主机微控制器6采用STM32F103 单片机。
[0027]从机模块4包括从机CAN总线驱动模块10、从机微控制器9、从机电源模块8、多通道滤波电路12、负基准电压源11、多通道信号放大电路13、角度传感器15、压力传感器14。压力传感器14的安放到足底的四个主受力点上，如图4所示。压力传感器14依次与信号放大电路13、多通道滤波电路12、从机微控制器9连接；信号放大电路13与从机电源模块8和负基准电压源11连接，从机电源模块8为信号放大电路13提供3.3V工作电源，为负基准电压源11提供5V工作电源，而负基准电压源11为信号放大电路13提供所需