步態(tài)加速度信號的無線采集系統(tǒng)設(shè)計

　　3 軟件部分設(shè)計

　　采集系統(tǒng)的軟件流程如圖4所示。軟件部分主要包括初始化程序、按鍵處理程序、A／D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲、接收和發(fā)送程序。其中初始化程序包括單片機(jī)端口初始化、RF部分初始化、ADC部分初始化和T0初始化。在按鍵處理程序中，Key2為自動方式和手動方式選擇鍵。若為自動方式，則實時發(fā)送數(shù)據(jù)；若為手動方式，則等數(shù)據(jù)采集完成后，按下Keyl才會發(fā)送。

　　4 測試結(jié)果及分析

　　為了檢測步態(tài)加速度信號無線采集系統(tǒng)的可行性，筆者做了以下實驗。實驗場所為走廊，采集系統(tǒng)的發(fā)射裝置由測試對象隨身攜帶，全部放在腰帶的正后方，像攜帶手機(jī)一樣，只是位置在脊椎骨與腰帶的交叉點處，同時保證MMA7260處于測試標(biāo)準(zhǔn)位置，即其X軸、Y軸和Z軸的正方向分別指向人前進(jìn)的方向，人體的正左方和人體的正上方。路由放在實驗室門口，保證其與發(fā)射裝置可視。無線接收裝置通過串口與實驗室的PC機(jī)相連。

　　測試對象共36個人，其中16男20女，年齡在24～30周歲之間。測試中，要求所有測試對象都穿平跟鞋，在走廊內(nèi)盡量以正常的步速沿直線行走。每個測試對象要測5組，結(jié)果共得到1800組數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)中都含有X軸、Y軸和Z軸三個方向上的數(shù)據(jù)。

　　每個測試對象測試完畢后，其連續(xù)測量的5組步態(tài)加速度數(shù)據(jù)隨之保存在PC機(jī)，部分?jǐn)?shù)據(jù)如圖5所示。圖5中的第一列數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)的序號，試驗中要求每個測試對象每組采集5000個數(shù)據(jù)；第2、4、6列表示數(shù)據(jù)所占模數(shù)轉(zhuǎn)換的通道號；第3、5、7列就是相應(yīng)通道的加速度數(shù)據(jù)。

　　實驗中，對所有測試對象的X軸、Y軸和Z軸三個方向的數(shù)據(jù)都采用相同的方式進(jìn)行處理。計算機(jī)接收到這些數(shù)據(jù)后，首先對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，使其都在0～l的范圍內(nèi)。這樣，在Matlab中利用PLOT()函數(shù)，就可以形象地看到步態(tài)特征信號的波形。

　　下面以16號測試對象的Z軸方向上的數(shù)據(jù)為例進(jìn)行說明。18號測試對象Z軸方向的部分步態(tài)加速度數(shù)據(jù)，如圖5中第3列數(shù)據(jù)所示。在Matlab中，可以得到其相應(yīng)的波形，如圖6所示。從信號的輪廓可以看出，步態(tài)信號是周期性信號。因為“左”步態(tài)和“右”步態(tài)不一定完全對稱，因此信號被劃分為a步態(tài)和b步態(tài)。

　　圖7為16號和18號測試對象在Z軸方向的速度信號。從圖7可以看出：不同的測試對象，其加速度信號的幅度、周期以及變化的速率等有著明顯的差異。

　　5 結(jié)論

　　通過以上實驗得知，內(nèi)嵌8051的無線收發(fā)芯片CCl010大幅度簡化了電路設(shè)計；同時因為CCl010采用3．3 V電源供電，且在不工作時處于休眠狀態(tài)，大大降低了采集系統(tǒng)的功耗。實驗中，步態(tài)加速度無線采集系統(tǒng)的功耗，信號穩(wěn)定性和靈敏度都達(dá)到了預(yù)期的效果。

　　本文提出的基于無線收發(fā)芯片CCl010的步態(tài)加速度信號無線采集系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，具有方便、直接、有效的優(yōu)點。該采集系統(tǒng)性價比高、體積小、便于攜帶，可以應(yīng)用于人的身份識別、醫(yī)療技術(shù)、體育訓(xùn)練以及運動健身等領(lǐng)域，具有實際應(yīng)用價值。