【完整版】基于加速度传感器的姿态检测及应用系统毕业论文设计40

毕业设计(论文)

基于加速度传感器的姿态监测

及应用系统

姓名 Jermaine Pen

学号29010103023

专业班级通信工程09C

所在学院电子信息学院

指导教师 JianGuo.Shi 副教授

完成时间2013年5月10日

I

电子科技大学中山学院教务处制发

基于加速度传感器的姿态监测

及应用系统

摘要

本课题的主要任务是设计一种由一对无线传感器终端、一套三轴加速度传感器、LCD 显示屏组成的系统，系统中所有设备均通过单片机进行指令控制和协调操作。无线传感器终端发出的X、Y、Z轴加速度数值传送到监控主机，并利用主机进行数据处理、数据储存、数据显示等。系统充分利用了nRF905无线传感器网络所具有的通信质量高、通信距离远、连通性好、可扩展性强、功耗低、便于开发等优点，提高了加速度变化规律检测的效率和质量，并且为人体姿态检测提供有效的依据，将为未来动物姿态研究引入新的技术支持。系统工作在915MHz ISM频段，数据传输率为50Kbps，节点设备的工作电压为1.9-3.6V，工作电流则与设备类型和工作状态有关，其中，无线传感器的静态电流仅仅12.5μA，节能设计更方便。

关键词：nRF905；无线传感器网络；ADXL345；姿态检测；三轴加速度

Position Monitoring And Application Systems Based on the Acceleration

Sensor

Abstract

This main task of this project is to design a system composed of a pair of wireless sensor terminal,a set of three axis acceleration sensor, LCD display,system all equipment through the MCU control commands and coordinated operation.Wireless sensor terminal sends a X,Y,Z axis acceleration value is transmitted to the monitoring computer,and data processing,data storage,data display by quality of nRF905 wireless sensor network which distance, connectivity is good, strong scalability, low power consumption, easy development advantages, improve the efficiency and quality detection of variation of acceleration, and provide effective basis for posture detection, for the future of research into animal posture a new technical support.

The system works in 915MHz ISM band, the data transmission rate is 50Kbps, the working voltage is 1.9-3.6V, working current is related to the type of equipment and working state.The static current is only 12.5μA.

Keywords: nRF905; wireless sensor network; ADXL345; attitude detection; three axis accelerometer

目录

1 绪论 (1)

1.1 项目背景 (1)

1.2 项目的主要任务 (1)

2 总体设计方案 (2)

3 主要芯片简介 (3)

3.1 NRF905 (3)

3.2 ADXL345 (4)

4 硬件设计 (9)

4.1 无线主机 (9)

4.2无线从机 (11)

4.3 监控主机 (13)

5 软件设计 (14)

5.1 ICCA VR与Keil集成开发环境 (14)

5.2 主机程序流程 (14)

5.3 从机程序流程 (15)

6 系统调试 (17)

7 结论 (19)

参考文献 (20)

附录 (21)

附录A 系统样机实物图 (21)

附录B 源程序清单 (22)

致谢 (1)

1 绪论

1.1 项目背景

在日趋成熟的科学界，人们对生活的追求越来越高，然而，健康的追求是人们永恒不变的话题。在医学科技发达的今天，60岁以上的老年人所占的比例越来越大，人口老龄化促使人们更加关注老年人的健康和生活质量。据统计，国外约30%老年人每年跌倒一次，并造成不同程度的损害。而70岁以上的老年人跌倒年发生率高达50%，跌倒后常常会造成严重的损害，而这些损害往往因为没有及时处理而被无限扩大，例如失血过多、疼痛过度至休克、伤口感染等二次伤害。跌倒不但给老年的心灵上的摧残，更极大地影响了老年人的生活，在病床上的医疗时间足以消耗老年人本来就不旺盛的意志。

因此，本文设计一种基于三轴加速度传感器的人体姿态平衡检测系统，通过读取并分析三轴向加速度的数值，进行对老年人人体姿态实时检测，并预知老年人行进趋势，并通过无线通信网络等多种方式实现手段，进行声光报警，通知周边的人，对跌倒老人进行扶助，可以大大减少老年人跌倒的二次伤害。

无线通信网络可以有多种实现手段，其中，基于Bluetooth协议的系统数据传输率较高，但作用距离短，功耗大，组网能力弱；而ZigBee作为建立在IEEE802.15.4通信标准之上的低速无线个域网（LR-WPAN）协议规范，基于该技术的系统具有功耗小、可靠性高、组网能力强等优点，但数据速率低、传输距离近；NRF905采用Nordic公司的VLSI ShockBurst技术，ShockBurst技术使nRF905能够提供高速的数据传输，而不需要昂贵的高速MCU来进行数据处理时钟覆盖，极大降低成本，并拥有较高数据传输速率，同时传输距离较远，理论可达1000米，开发难度低，可靠性高等综合起来，成为本设计选择的无线通信网络核心组成部分。

1.2 项目的主要任务

本项目的主要任务就是通过三轴加速度传感器检测三轴加速度,并将模拟信号传送到单片机进行数据处理, 分析数据后判断人体是否平衡,并在人体跌倒时给出声光报警。在满足以上功能的前提下进一步将声光报警用短信通知替代。性能要求如下:平衡检测反应在3.0秒以内, 信号传输距离要大于3.0米。

2 总体设计方案

系统的主要任务是利用加速度传感器实现姿态检测及跌倒判定。对于传感器模块的数据采集，要根据数据情况实行三级检测，通过检测方式尽可能抵消误判的情况。系统总体上看是以Atmega128为主控器，并连接NRF905、ADXL345等模块。NRF905模块为三轴加速度数据无线传输端，ADXL345为加速度数据来源端。由ADXL345采集三轴加速度，Atmega128单片机进行处理和分析，然后由发送端将数据送到433Mhz开放ISM频段，通过无线的方式将数据送到接收端单片机，接收端单片机对数据进行简单应用，如声光警报和数据显示。以上是本设计的设计思路和总体设计方案。如图1-1所示。

图1-1 整体设计框图

本设计关键部分是数据算法处理，这部分在Atmega128单片机内进行。主要是对ADXL345数据进行处理。人体运动的加速度值，会随人体动作不断变化，而且ADXL345是先接收模拟值数据再进行AD转换，所以，要得到有用的数据，必须进行三级检测。第一级检测，采用SVM算法，对传感器传出的数据进行简单的筛选，该算法具有自我学习能力，把大多类似跌倒的情况积累起来，进行统计。第二级，对第一级算法的进一步分析，通过比较软件自身设定的阈值来确定该动作是否跌倒、行走、坐下等，阈值更是根据用户的身高、体重、性别、年龄等信息设置。第三级，是在第二级处理之后，判断加速度值是否有变化，如果变化，则抛弃前面两级数据，如果没变化，再判断人体倾角状态，从而判断剧烈动作人体是否躺下，进一步确定老人是否已经跌倒。

3主要芯片简介

3.1 NRF905

nRF905是挪威Nordic公司推出的单片射频式Transmitter Chip，工作电压为1.9-3.6V，32引脚方形扁平无引脚封装（5mm×5mm）。符合国家Radio Management Committee标准，无需申请频点，工作于433868915MHz3个ISM频道（工业、科学和医 …… 此处隐藏：7940字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……