SCG信号处理与应用研究进展

心血管疾病是严重影响人类生命健康的因素之一。如何利用各类检测方法对人体心血管进行早期健康评估和疾病诊断是有效保障人民生命健康的有效手段。其中,由人体心脏跳动引起的胸腔震动信号(Seismocardiography,SCG)可用于描述细粒度的心脏活动信息,包括心脏瓣膜的打开、关闭等,有助于对冠心病、心肌梗死、心脏出血等心血管疾病的检测和诊断。并且,得益于多种轻型传感器和非接触式传感器的研发,可以实现对人体SCG信号长期、日常化的监测。近年来,科研人员对SCG信号的研究越来越具体,SCG信号的获取方式、信号降噪算法、特征提取以及临床应用等研究内容都取得了一定的突破。将从以上几方面对近年来SCG信号领域的研究情况进行总结和展望。

基于MPU-6050的步态信号采集系统

针对目前获取步态信号类型比较单一,只采集三轴加速度信息,可供分析的信号来源较少,多传感器组合应用存在传感器之间的轴间差等问题,设计了一种基于数字运动处理器的无线步态采集系统.传感器选择集成三轴加速度和三轴陀螺仪信号的MPU-6050以获得更多的步态信息,确保了无轴间差校准问题.系统主要由微控制器STC90LE52、运动传感器MPU-6050以及无线通信模块RF1100SE组成.由MPU-6050采集步态加速度和陀螺仪信号,STC90LE52读取数据并通过RF1100SE发送,接收端将接收到的数据通过串口送到计算机中.通过对数据进行分析可知,在步态信号中,重力方向和前进方向的加速度信号周期性较好,而陀螺仪的俯仰角信号周期性优于其他两个轴的信号.

基于MEMS技术的多媒体空中鼠标

针对现有空中无线鼠标存在通信距离短、电池供电局限性等问题,采用通信距离更长的2.4GHz无线传输模块以及可循环充电利用的锂电池对空中无线鼠标系统进行了改进;同时系统接收端采用USB设备通信,将大容量存储设备与鼠标设备整合复用,并实现二者功能的任意切换,从而提高了该鼠标系统适应实际应用环境的能力;本系统采用多传感器信息融合技术,对三轴陀螺仪和三轴加速度计的数据进行实时采集,将采集到的数据传送给STM32微控制器,用于计算鼠标的位移、角度、角速度等参数;利用无线传输模块将数据发送到接收端完成与计算机的通信,控制电脑并完成鼠标的功能,同时USB设备的接收端可免插拔切换为U盘模式;从而实现基于MEMS技术的多媒体空中无线鼠标的智能化和多功能化。

车辆制动性能测试方法研究与装置设计

在充分分析国内外常用车辆制动方法的基础上,并对比了3种基于加速度测试原理的车辆制动方法,提出了采集零点测任意方向上的加速度方法。基于该方法开发的一种基于MMA8451,S3C6410的触摸屏式的新型便携式汽车制动性能检测装置,实现了车辆制动过程中制动速度、加速度及制动距离的实时检测。通过大量实验验证了该测试装置满足车辆制动测试要求,可广泛用于车辆检验部门、汽车制造专业厂、汽车维修部门,对汽车制动系统的综合评价具有很高的应用价值。

单片集成三轴加速度传感器

基于硅压阻效应原理,单片集成三轴加速度传感器通过双惯性质量块和六梁结构组成敏感结构,其中四个L型梁对称布置用来测量x和y轴加速度;中间的对称双梁测量z轴加速度。通过工艺兼容技术,在同一芯片上制作出MEMS敏感结构和CMOS信号处理电路。利用ANSYS软件对所设计的结构进行了应力模拟分析,并对产品的加工工艺进行了描述。通过对研制出的单片集成三轴加速度传感器进行性能测试,验证了模拟分析的合理性,最终产品满足设计要求。所研制的产品具有体积小、可靠性高、易于批量生产等优点,可广泛应用于导航系统、汽车工业以及消费电子产品等领域。

基于三轴加速度传感器的大学生体力活动能量消耗模型研究

针对中国大学生人群,选择7项日常体力活动方式,通过三轴加速度传感器监控,构建不同类型运动项目的能量消耗预测模型。研究结果表明:(1)通过佩戴传感器,可以有效对运动过程进行记录,每种运动形式特征明显。(2)不同类型的运动之间具有显著性差异,同一种运动方式不同速度之间没有差异,说明传感器可以有效区分运动类型。(3)将加速度值进行分析,构建基于垂直加速度Vcz和综合加速度值VM的能量消耗模型,分别为:W/mi n=-9.173+0.004×ACz+1.09×Sex+0.241×BMI+0.060×HR,W/mi n=-12.57+0.008×VM+0.921×SEX+0.242×BMI+0.053×HR(M=1,F=0)。(4)通过回带验证,两个能量消耗方程均有很好的拟合度,预测结果与实际值很接近。

倒立摆摆杆角度检测装置的设计与实现

根据倒立摆控制过程中的摆杆角度检测需求,利用MNA7361加速度传感器和MB546陀螺仪设计了一个倒立摆摆杆检测装置。装置通过陀螺仪获取角速度信号,并经过积分来获取角度;利用通过重力加速度计获取的噪音较大的角度信号去消除通过积分获取的角度的积分误差;从而获取正确的角度值。通过在倒立摆控制系统中的实际应用,证明了该方法的正确性。该方法对四旋翼飞机机体角度检测、坦克火炮仰角检测等有一定的借鉴意义。

基于腕部IMU数据采集的人体运动模式识别

利用安卓智能可穿戴设备内置的运动传感器采集了特征频率变化较高的人体腕部加速度信息,对人体行走、跑步、站立、下楼4个运动模式进行了分析,提取了运动传感器信号均值、峰值、方差和协方差等特征值,并利用支持向量机算法对4种运动模式分类识别,准确率为88.46%.随后利用网格搜索法、遗传算法、粒子群优化算法对参数C,g进行寻优,提高准确率至90%以上.结果表明,本方法可有效识别实验者静止站立、走路、跑步、下楼4种动作,为人体运动模式识别提供参考依据,并为进一步识别运动模式提供研究基础.

微型运动传感器的动作捕捉技术分析及其应用

为了达到更好的人体运动捕捉效果,对微型运动传感器的运动捕捉技术进行分析,通过在人身体上布设三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴地磁传感器,获得传感器数据融合处理之后得出人体的位移和姿态角,将获得的数据实时上传至计算机利用OpenGL实现人体运动的实时再现。利用文章提出的运动捕捉技术采集测试者的动作,效果较好,说明提出的算法性能良好。

基于加速度的姿态解算修正方法研究

针对陀螺仪具有零点漂移的缺点,利用加速度计短时相对稳定的特点,提出基于加速度的姿态解算修正方法,该方法通过对三轴重力加速度进行卡尔曼滤波以降低噪声干扰,然后计算出三轴的旋转角度,从而修正陀螺仪计算的角度,实现姿态解算修正。实验表明,该方法的准确性和效率都很高,能够达到实时性的要求。

基于单片机的三轴加速度计步器设计

介绍了基于单片机设计的计步器。利用人在行走时产生的三向加速度作为计步器触发点,采用ADXL345三轴加速度传感器实现从感应人运动时的加速度到计算出人行走的步数的转变。在传感器内部的A/D转换器,通过模数转换将采集来的加速度信号转换为数字信息并输送到STC89C52单片机上进行处理。单片机再通过运用合理的算法从而实现准确计算出人行走的步数,再通过算法得到里程、卡路里。

仿形马铃薯收获块茎损伤报警装置研制

为研究马铃薯收获、运输、仓储和包装过程中的外力损伤情况,设计一种仿形马铃薯收获块茎损伤报警装置。报警装置能识别马铃薯收获过程中受到的机械损坏和造成伤害的区域,通过受力检测确定收获过程中需要改进的部分,旨在实现马铃薯高质量收获和生产。

基于无线体域网的人体姿态多级分层识别算法

为解决无线体域网WBAN(Wireless Body Area Network)中人体姿态识别率低、算法复杂的问题,设计了一种以多层分级理论为基础的人体姿态多级分层识别算法。考虑到使用者的舒适度,将九轴加速度陀螺仪传感器(VG350)做成腰带佩戴在腰部实时采集数据。运用加速度向量幅值(SVM:Signal Vector Magnitude)、角度、角加速度和位移等参量,通过对实际测量数据的分析,将坐、蹲、弯腰、慢走和跑等姿态进行识别。实验结果表明,该算法简单,姿态识别率高达96.5%。

MMA7260Q在汽车制动性能检测中的应用

本文基于随车式汽车制动性能检测器介绍了三轴加速度传感器MMA7260Q的工作原理,设计了以ARM内核单片机LPC2132为核心的制动性能检测器硬件电路,对制动性能检测中的加速度进行建模、补偿和标定,完成了汽车制动性能检测器的系统设计。

基于三轴加速度传感器的计步器的设计

本文介绍了利用ADXL335三轴加速度传感器组成计步器的设计方法。讲述了ADXL335三轴加速度传感器的特点和使用方法,并从功能、硬件设计以及程序流程等方面介绍了该计步器的设计。采用这种方案的计步器具有操作方便,稳定性高,性能稳定等特点。

基于App Inventor的陀螺仪、加速度传感器对比研究

基于手机传感器的行为识别与手势识别研究具有重要理论意义与实用价值,怎样方便初学者对手机里的传感器进行学习,本文介绍了一种方法。通过用APP Inventor编程,对智能手机里的陀螺仪、加速度传感器进行对比研究。

基于单个三轴加速传感器的人体运动状态识别

人体运动状态识别是老人运动状态监测系统的基础。人体运动状态包括运动和休息两个方面,其中运动状态又可分为走、跑、跳和跌倒等。本文利用三轴加速传感器对人体加速度进行实时检测,提取加速度幅值变化量,并将其作为人体运动状态检测的特征值,构建人体运动状态一阶自回归模型,利用卡尔曼滤波、自适应阈值法以及决策树对走和跑进行识别。

基于实测过载的弹体侵彻姿态角计算模型

通过对弹体运动坐标系与靶板固定坐标系关系的分析,推导出弹体引信内三轴加速度传感器实测过载的弹体姿态计算公式。采用LS-DYNA有限元分析软件对弹体高速侵彻多层金属靶板进行了仿真分析,得到了弹体引信的实时过载数据及弹体姿态变化情况。基于仿真获得的过载数据,利用本文推导的理论公式对弹体姿态变化进行了计算,并将理论计算结果与仿真结果进行了对比分析,结果显示姿态角误差在0°到5°之间,验证了该方法的有效性。

基于MEMS传感器的人体运动捕捉系统

为了能够准确获取人体在动态时的空间姿态并减轻CPU的密集处理运算,通过采用高精度三轴加速度传感器、三轴陀螺仪和三轴磁强计组成数据采集单元,并运用四元数法来解算人体的运动姿态.该系统满足设计要求,且降低了系统硬件的体积.

基于电容式传感器的非接触式液位测量系统

为了解决有腐蚀性、有粘附性、强酸、强碱等液体的液位测量,设计了一种非接触式液位测量系统。以STM32作为微控制器,将电容式传感器和三轴陀螺仪/加速度传感器分别安装在容器外壁,获取容器的液位数据和姿态数据;然后进行分析和处理,转换为相应的液位值和液体体积;最后将测量参数通过WiFi模块传输给手机进行显示。液位测量系统电路简单,性能可靠,既可以测量液位值,又可以测量液体体积。实验结果表明:设计的非接触式液位测量系统能够准确测量0~140 mm的液位高度,液位相对误差为5%,为非接触式液位测量提供一种参考。