可穿戴复合传感与微信物联技术的嵌入式实现研究

发布时间：2020-07-13 14:24

【摘要】：针对目前可穿戴智能运动鞋集成系统功耗大、功能单一、柔性传感元件成熟度不高、步态数据准确度低、用户交互频率不高等问题,本课题对柔性压阻压电力敏传感器复合技术、力敏传感器与MEMS九轴运动传感数据融合、微信物联接入等关键技术开展研究,设计开发出可穿戴微信互联的复合传感智能鞋系统,接入微信硬件平台,搭建用户交互网页前端与后台,实现步数步频、运动距离、能耗、人体姿态、跳跃情况、足底受力情况等多运动参数在微信HTML网页的实时动态显示。为了实现上述研究目标,本论文主要从以下五个方面开展研究工作:器件性能分析与复合传感集成硬件电路设计:制备并对比分析圆电极与叉指电极结构的压阻力敏传感器,优选符合系统需要的力敏传感器、MEMS多轴运动传感器与主控芯片,并进行复合传感集成硬件样机的设计、焊接与调试。柔性压阻压电力敏传感器复合校正:针对压阻传感器零点漂移与动态性能不佳的问题,研究压电传感器对压阻传感器进行零点和高频响应的校正算法。复合力敏传感器与九轴运动传感器融合姿态分析:将复合力敏传感器与九轴传感器中加速度计、陀螺仪、磁力计进行数据融合的算法研究,由此得到更丰富、准确度更高的人体运动参数输出。微信硬件平台接入:硬件端通过AirSync协议进行蓝牙无线传输服务的特性配置,实现硬件与微信APP的连接,应用端通过设备接入接口协议与JSAPI来实现公众号HTML5网页、后台服务器与微信APP数据通道的连通。公众号HTML5前端界面设计:将公众号HTML5网页前端分成运动记录、人体姿态、脚底受力以及用户设置四大模块进行界面设计,实现多参量的人体运动数据的实时动态显示,给用户提供良好的交互体验。本论文设计的可穿戴微信互联的复合传感智能鞋系统具有功耗低、功能丰富、零点漂移小、动态性能佳、数据准确度高的特性优势,并通过接入微信硬件平台,免应用安装就可在微信公众号页面直接与设备进行交互,提供方便快捷实时的用户体验。
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP212;TP311.56
【图文】：

设备市场,智能,智能设备

戴概念最早的实现者，并由此拉开了可穿戴设备面业研究院的《2016-2021 年中国可穿戴设备行业市》数据显示[1]，2015 年，我国可穿戴智能设备出货量，如图 1-1 所示。厂家的卖力、创业的泛滥、群众澜，智能可穿戴设备市场在 2015 年经历了爆发式的的认识同样也在迅速提高。便捷和智能都是符合可戴智能设备作为大数据应用的切入点，在智能网络和感知信息。一系列智能生态系统已逐渐成型，如戴智能设备是最接近人的智能设备，在承担收集用扮演着控制终端的角色，可穿戴智能设备被认为会样，必定是未来发展的趋势。

产品形态,设备,智能设备

的销售增长率开始放缓，虽然消费者对于可穿戴智能设备有一定的兴趣，对可穿戴智能设备仍然持观望态度，觉得并不是刚需，虽然销量仍然在上费者的追捧已经不再那么热烈。目前，可穿戴智能设备在功能技术和用户均处于相对初级阶段，可穿戴智能设备还需要进行更大的创新突破，以满的体验需求；消费者也需要时间来理解与接受可穿戴智能设备，未来，构态系统将还有很长的路要走。如图 1-2 所示，目前的可穿戴智能设备通常作为手机辅助设备出现，其中是智能手环与智能手表，两者占据可穿戴智能设备全球 90％以上的出货量大厂商都开始重新探索市场，寻求新的市场增长点，而此时市场相对空白动鞋开始受到关注。目前，角逐可穿戴智能鞋领域的公司不仅仅是创业公das、Google、Nike、李宁、361°、幻橙、双驰、云朵、完美等传统鞋企、头、国内外各种知名不知名的企业都在参与智能鞋领域的尝试[2]，不断地领域探索，希望在这个最接近人体的产品中发掘出潜在的商机。

架构图,系统总体方案,架构

合技术、力敏传感和 MEMS 9 轴传感数据融合、微信物联接入等关键技术开展研究，设计出一种可穿戴微信互联的复合传感智能鞋系统。可穿戴微信互联的复合传感智能鞋系统总体方案架构如图 2-1 所示。针对压阻传感器的橡胶基体蠕变变形量大，迟滞性大，导致零点漂移、动态性能不佳等问题，本系统利用 PVDF 柔性压电传感器动态响应好，灵敏度高，无静态响应的特性[16]，对压阻传感器进行零点和高频响应的校正。本系统使用 MEMS 多轴运动传感器替代传统智能计步鞋单一的三轴加速度传感器方案，并配合柔性压阻压电力敏传感进行数据融合，可提供数据准确度更高、功能更丰富的应用体验。而针对传统智能鞋系统的使用需要用户下载安装应用程序 APP，存在用户对 APP 使用频率不高，用户留存黏性不足等问题，本系统选用微信硬件平台作为智能鞋硬件设备的物联接入平台，免应用安装就可在微信公众号页面直接与设备进行交互，只要微信在运行，数据便可随时根据设计逻辑进行传输，后台服务器经过数据分析后及时向用户推送反馈信息，提供方便快捷实时的用户体验[17]。

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