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1、本科学生毕业设计人体动作检测装置的设计院系名称： 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 职 称： 讲 师 黑 龙 江 工 程 学 院二一二年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeDesign of Equipment of HumanMotion DetectionCandidate：Specialty：Measurement & Control Technology and InstrumentationClass：Supervisor：Heilongjiang Institute of Technology2012-06Harbin黑龙江工程
2、学院本科生毕业设计摘 要人体动作检测是一个非常有意义的研究方向。在工业、医疗、军事和生活等许多地方，都需要用到人体动作检测装置来进行模拟训练。传统的模拟量检测不满足要求，特别是在某些环境恶劣的工业环境和户外环境，通过人体布线检测现实。因此采用无线传输检测数据尤为必要。目前相关产品能够实现人体动作数据无线采集，但价格过高是其最大的缺点。在实际需求过程中既要求系统具有稳定性、实时性又需要降低功耗。因此设计一种低功耗的无线人体动作检测装置很有意义。本文提出一种采用STM32单片机和加速度传感器、陀螺仪传感器、电子罗盘传感器和无线传输模块组成动作测量端，ATmega16单片机控制无线传输模块协同上位机
3、组成数据接收端，两部分组合即为人体动作检测装置。通过简单的无线通信协议，实现可靠性与功耗平衡，该系统能实现对人体简单动作信息的检测，能够同时进行温度检测，且低功耗、实时性是该人体检测装置的最大特点。无线传输采用nRF24L01模块传输数据。该系统结构简单、可靠、功耗较低，成本低，是一种人体动作检测的解决方案。关键字：动作检测；无线传输；加速度传感器；陀螺仪；电子罗盘ABSTRACTDetection of human action is a very important research fields. In the industrial, medical and military and l
4、ife and many other place, it needs to use detection of Human action device to do simulationtraining .The traditional direct measurement wiring does not meet the requirements, especially in some environmental bad industrial environment and outdoor environment, through the direct wiring measurement is
5、 not practical. Sousing wireless transmission action testing is necessary.At present some design can realize the wireless action information gathering, but the price is too high, its biggest weakness. In the actual action control process requires both system has stability, real-time and the need to
6、reduce power consumption. So the design of a kind of low power consumption wireless action detection system is very meaningful. STM32 controls Acceleration transducer, Gyroscope transducer and Electronic compass to measure Action data. This paper presents a USES the monolithic integrated circuit ATm
7、ega16 control NRF24L01 of the realization of the wireless action measuring Equipment. Through the simple wireless communication protocol, realize the reliability and power balance, the Equipment can realize to the action detection, can simultaneously determine the temperature, can be realized the wi
8、reless remote control action detection system. Low power consumption, real-time wireless temperature detection is the biggest characteristic of the design Wireless transmission using nRF24L01 module transmission. The system structure is simple, reliable, low power consumption, low cost it is a kind
9、of wireless sensor solutions.keywords：Detect of the action；Wireless transmission；Acceleration transducer；Gyroscope transducer；Electronic compassII目 录摘 要IAbstractII第 1 章引 言11.1课题研究的目的和意义11.2课题研究现状及分析11.3基本内容及拟解决的问题3第 2 章系统方案分析与论证42.1总体方案设计42.2硬件选择与论证52.2.1微控制器的选择52.2.2陀螺仪传感器的选择62.2.3加速度传感器的选择62.2.4电子
10、罗盘传感器的选择72.2.5无线传输芯片的选择82.3本章小结8第 3 章系统硬件设计93.1动作检测模块设计93.1.1核心控制芯片简介93.1.2STM32最小系统介绍113.1.3程序下载与仿真电路设计123.1.4动作测量模块电源设计133.2传感器电路设计133.2.1陀螺仪传感器电路设计133.2.2加速度传感器电路设计163.2.3电子罗盘传感器电路设计183.2.4无线传输模块发送端电路设计193.3数据接收端电路设计213.3.1ATmeg16芯片简介213.3.2ATmega16最小系统233.3.3接收端无线传输电路设计243.3.4接收端串口通讯电路设计253.3.5接
11、收端电路电源设计263.4本章小结26第 4 章程序设计274.1动作测量模块程序设计274.1.1主程序设计274.1.2加速度传感器程序设计274.1.3陀螺仪传感器程序设计284.1.4电子罗盘传感器程序设计294.1.5数据发送模块程序设计294.2数据接收模块软件设计304.2.1主程序设计304.2.2数据接收模块接收程序设计314.3本章小结31结束语32参考文献33致谢35附录36第 1 章 引 言1.1 课题研究的目的和意义随着计算机图形技术和虚拟仿真技术的发展,为了缩短训练周期, 节约训练费用, 基于人体动作检测的三维虚拟训练软件广泛应用于武警、消防、水下作业等各高风险领域
12、。然而目前此类软件大多仍采用鼠标、键盘作为动作输入设备,逼真程度和训练效果有限。虽然部分软件配备有专用模拟器、数据手套等动作输入设备,但往往因价格昂贵难以广泛应用。由MEMS器件构成的MIMU是一种小体积、低成本的捷联惯导系统, 广泛应用于惯性导航和航测量等领域1-2。虽然国外已开始了将惯性器件用于人体动作检测领域的研究,但国内相关研究尚未见报道。针对人体运动特点,将惯性测量技术应用于人体动作姿态的测量,从而为三维虚拟训练软件开发出一种新型的基于MIMU的人体动作检测装置,可以提高虚拟训练的逼真程度和训练效果。为了解决以上问题，本设计将基于高速的微处理器3、无线传输技术、MIMU的惯性测量技术
13、和上位机软件相结合，设计出人体动作检测系统装置，以其准确获取突发事件中动作反应过程及应对措施。1.2 课题研究现状及分析人们早期较成功的研究主要集中于对刚体运动的研究上，直到五十年代左右，对非刚体的研究逐渐兴起。尤其是人的运动分析，由于其在监控、机器人、人机交互等方面具有广泛的应用前景，激发了世界范围内的广大工作者的研究热潮4-6。在心理学方面，Johansson7在他的著作MLDs（Moving Light Displays）实验中发现人们只需要根据很少的运动点就可以识别出运动的模式，如走动、起立。这引出一个问题：是否可以直接从局部运动中识别运动模式，而不需要恢复结构。在走动学方面，需要发掘
14、人体的模型以解释其运动的基理。在舞蹈学方面，人们长期致力于舞蹈、芭蕾、戏剧的高层次的人体运动描述。计算机处理图像学则处理人运动的合成。研究人员使用了各种的研究方法，有不同的分类方法7-10。如基于模型方法和基于非模型的方法，二维模型和三维模型的方法，无论哪种方法，处理的都是包含人体的动态图像序列，研究过程可以分为目标检测、目标分类、目标跟踪、动作识别几个方面。研究时可以单独针对其中的某方面，或者设计完整的系统。人体动作检测主要算法有时间差分法、背景减除法、光流法，由于每种方法都有其自己的优点，大部分情况下都结合其他方法一起使用。随着微处理器硬件上的完善，其处理数据的速度已经越来越快，国内的大学
15、研究所开始利用相关芯片优势进行人体运动检测的相关研究。同济大学的计算机科学与工程系，在这方面已经有了很大的成果。通过高速DSP芯片、性能优越的AVR单片机、FPGA/CPLD逻辑芯片11-15以及MEMS传感器器件完成了重要的实验，记录了大量珍贵数据。同时随着微机械系统(MEMS)的技术16和半导体技术的发展，加速度传感器的微机化、智能化，使其在人体运动信息识别检测中得到了更加广泛的应用。目前，在人体动作检测领域，逐渐开始应用微电子机械系统器件代替传统的数据采集部分。微电子机械系统(MEMS)技术是建立在微米/纳米技术基础上的21世纪的前沿技术，是对微米/纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术，集微型化技术、传感器信号处理等功能为一体，具有信号获取、处理和执行等多功能的系统。完整的MEMS是采用微电子技术和微加工技术相结合的制造工艺，由微传感器、微执行器
