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1系統構成

本系統通過裝置于人體頭部、手部和腿部的3個慣性測量模塊來獲取人體運動姿態數據。其中位于頭部的模塊用來獲取人的轉動等基本動作，位于手部的模塊用來獲取手臂擺動等基本動作，位于腿部的模塊用來獲取人的跳躍、下蹲等基本動作。該運動測量系統包括陀螺儀、加速度計和磁傳感器三種傳感器類型的信號，其中陀螺儀測量繞模塊三軸的轉動角速度，加速度計測量沿模塊三軸的直線加速度，磁傳感器與加速度計構成電子羅盤來提供初始對準，從而獲得運動姿態數據。

2系統硬件電路設計

本系統按照其功能結構可分為：主控單片機、電源模塊、傳感器模塊、MicroSDCard接口等幾個部分。其中主控單片機采用意法半導體（ST）公司的STM32F103CBT6，用于處理傳感器模塊得到的位姿數據以及姿態角解算。本系統技術指標要求工作電壓為+5V，理論姿態角檢測范圍如下：橫滾角為（-180°,180°），俯仰角為（-90°,90°），航向角為（-180°,180°），誤差在±1°，特率為115200。系統內部采用模擬I2C的通信接口，外部采用串口通信。

3系統主控制程序

完成系統硬件電路后，通過J-Link調試仿真器對系統進行程序設計與調試。本系統所用到的程序是在Keiluvision4平臺下編寫的，配合J-Link仿真器，完成了整個系統的程序設計。

4測試結果與分析

系統測試了上文提及的各種動作，由于水平轉動是人體運動中重要基本動作之一，現給出手部模塊的測試過程和結果。手持該模塊水平轉動，具體步驟如下：首先將模塊逆時針轉動360°，待數據穩定后，再將其順時針旋轉360°。通過對人體各種基本動作進行測試驗證，系統的姿態角數據誤差均較小，說明本測試系統的可靠性滿足人體運動的側量要求。

5結論

本文利用慣性測量單元實現了人體的姿態運動檢測，設計了測量系統的硬件電路和軟件程序。本系統便捷易攜，耗能低，并能存儲位姿數據于MicroSD卡中，便于后期分析。利用基于ARM內核的STM32系列單片機作為主控芯片，實現傳感器模塊初始化、數據存儲以及通信，最終達到識別人體動作的目的。

作者：周貝利 單位：上海海事大學