基于TI CC2540处理器的身姿监测可穿戴设备的研究与实现

发布时间：2017-09-19 23:35

  本文关键词：基于TI CC2540处理器的身姿监测可穿戴设备的研究与实现

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【摘要】：可穿戴类型的人体姿态监测设备的算法具有一定的通用性,可以广泛使用在医疗、工业建设、无人机开发、人机交互、虚拟现实等热门领域;这样的课题有较高的研究和实践价值,涉及力学、电子学、数学空间建模等多方面能力的融合考察,有很强的系统性和实用性。因此,需要设计一种新型的无线可穿戴式人体身体姿态监测系统,易于佩戴,实时采集使用者身姿坐姿、运动计步、体感游戏等数据,通过低功耗蓝牙4.0协议和佩戴在身上的可穿戴设备,把身体姿态信息传送到手机客户端APP进行数据处理和显示,一方面可以预防坐姿不端正带来的身体疾病,另一方面结合体感游戏实现娱乐的功能。首先,基于LIS3DH采集的三轴加速度数据建立动态阈值模型,当人体坐姿不端正时驱动微型振动电机震动提醒。建立相应的硬件电路设计和软件算法实现,并对于算法模型进行了解释和实验尝试,保证项目的可实现性。然后,对采集的加速度数据加以扩展应用,结合计步器的实现原理,实现了记步、计算距离、卡路里等设备的扩展功能。其次,将下位机采集的相关数据通过低功耗蓝牙4.0协议传输到手机APP上,结合开发体感游戏驱动人物的运动,从而实现活动锻炼身体的目的。最后,完成了姿态提醒和记步功能的相关测试,对于记步功能可以进一步优化算法执行效率;对于姿态监测可以进一步扩展陀螺仪等传感器,采用四元数等方式完善姿态识别和监测算法的完整性和可扩展性。
【关键词】：CC2540 LIS3DH 体感游戏 医疗设备 身姿监测
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP368.33
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 研究背景、意义10-13
• 1.1.1 研究背景10-11
• 1.1.2 研究意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-15
• 1.2.1 国外研究现状13-15
• 1.2.2 国内研究现状15
• 1.3 本项目的主要内容和章节安排15-17
• 1.3.1 本项目的主要内容15-16
• 1.3.2 本项目的章节安排16-17
• 本章小结17-18
• 第2章 身姿监测设备的相关原理和总体实现方案18-27
• 2.1 身姿监测设备的工作原理18-22
• 2.1.1 通用人体测量知识18-19
• 2.1.2 人体模型建立19-21
• 2.1.3 人体模型数学描述21-22
• 2.1.4 论文模型的选择和原理解析22
• 2.2 可穿戴设备的性能要求22-23
• 2.3 系统整体设计方案23-26
• 2.3.1 系统流程框图24
• 2.3.2 微控制器的选型24-25
• 2.3.3 传感器的选型25
• 2.3.4 数据传输协议的选择25
• 2.3.5 人机交互方案的选择25-26
• 本章小结26-27
• 第3章 系统整体硬件电路的设计和实现27-34
• 3.1 CC2540MCU的最小系统设计27-29
• 3.2 LIS3DH驱动电路29
• 3.3 数据存储电路29-30
• 3.4 电容触摸开关和微型振动电机电路30-31
• 3.5 稳压电源电路31-32
• 3.6 PCB版图和打样32-33
• 本章小结33-34
• 第4章 系统整体软件算法的设计和实现34-46
• 4.1 软件设计流程图34-35
• 4.2 姿态监测算法设计35-37
• 4.2.1 加速度变化35
• 4.2.2 动态阈值和动态精度35-36
• 4.2.3 数字滤波器36-37
• 4.3 记步、距离、速度、卡路里算法设计37-38
• 4.4 人机交互展示38-41
• 4.4.1 人机交互流程图38-39
• 4.4.2 三种模式展示39
• 4.4.3 计步器界面39-41
• 4.5 体感游戏41-44
• 4.6 CC2540 OAD在线程序升级44-45
• 本章小结45-46
• 第5章 体感游戏的开发和实现46-53
• 5.1 体感游戏介绍46-47
• 5.2 本设计体感游戏介绍47-49
• 5.3 COCOS2D开发平台介绍49-50
• 5.4 本设计体感游戏的开发50-52
• 本章小结52-53
• 第6章 系统调试和结果分析53-59
• 6.1 硬件系统测试53-54
• 6.1.1 开发板测试53-54
• 6.2 软件系统调试54-57
• 6.2.1 下位机软件54-56
• 6.2.2 手机APP开发（上位机软件）56-57
• 6.3 结果记录和分析57-58
• 6.3.1 身姿提醒测试57
• 6.3.2 计步器功能测试57-58
• 本章小结58-59
• 第7章 总结及未来展望59-61
• 7.1 论文工作总结59
• 7.2 项目未来展望59-61
• 参考文献61-64
• 作者简介与科研成果64-65
• 致谢65

【参考文献】

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本文编号：884597