本文把加速度傳感器作為檢測的模塊,，一方面可用來防止坐姿的不當(dāng),，提醒本人注意坐姿,，另一方面可用來做運(yùn)動的測量裝置如(計步器)(燈光調(diào)節(jié)器)(音樂調(diào)節(jié)器)?？砂阉鳛橐粋€運(yùn)動檢測的擴(kuò)展平臺,，故其具有廣闊的應(yīng)用前景。
坐姿糾正系統(tǒng)
本設(shè)計主要是完成對頸部,、背部,、腰部以及腿部的測量。首先是靜止?fàn)顟B(tài)下頸部和背部的檢測。有關(guān)數(shù)據(jù)表明：人體在正常情況下,，當(dāng)脊柱的傾斜度偏離正常生理彎曲大于15度,，時間達(dá)到40~50秒，就有可能形成不良姿勢習(xí)慣,。這時利用置于頸部的加速度傳感器給出的傾斜度數(shù)據(jù)進(jìn)行報警提醒,，對于初始的人體正常生理彎曲，將設(shè)定一個固定的門限值,，以針對不同的對象,，來得到最佳的報警提示。其次是運(yùn)動狀態(tài)下時腰部和腿部的檢測?，F(xiàn)在各公司一般都會為職工提供方便而舒心的健身場所,，此時可以把加速度傳感器置于腰際，這樣,，當(dāng)人們行走時就可以通過檢測加速度和角度的周期變化,，得到行走的大體頻率，知道人體的正常步距,，就可以知道人體總的行走長度?？梢园堰@些信息實(shí)時用LCD 顯示,，也可以傳給上位機(jī)，以方便后續(xù)的處理和應(yīng)用,。另外還可以把加速度傳感器置于人體的不同部位,，當(dāng)人們運(yùn)動時把運(yùn)動數(shù)據(jù)利用 XBee發(fā)回電腦作統(tǒng)計與分析，這樣通過傳感器給出的綜合信號,，來給健身的人們一個綜合的反饋信息,，相信在下次運(yùn)動時一定會對其健身的力度、方式,、姿勢有更好的改進(jìn),。另外還可以充分利用XBee 網(wǎng)絡(luò)的易擴(kuò)張性，增加一些室外的調(diào)節(jié)功能：如在運(yùn)動室增加燈光的調(diào)節(jié)功能,，隨運(yùn)動的節(jié)奏來調(diào)節(jié)燈光,，增加音樂的調(diào)節(jié)功能，隨運(yùn)動的節(jié)奏調(diào)節(jié)上位機(jī)的音樂,，即當(dāng)動作慢時燈光,、音樂節(jié)奏較舒緩，反之則節(jié)奏較明快,。這樣人們可以盡情放松,，這些功能將在以后的逐步的添加和實(shí)現(xiàn)。
系統(tǒng)的硬件設(shè)計
系統(tǒng)的主要組成
MXT8051器件
這里使用的MXT8051具有眾多IO接口，如ADC,、PWM ,、LCD driver以及URAT。對于SPI 和I2C總線,，可以利用多余的IO口采取軟件模擬的方法獲取,。在本設(shè)計中，PMW可以驅(qū)動揚(yáng)聲器,，給使用者以提醒;LCD driver可以直接驅(qū)動LCD;而軟件模擬的SPI和I2C總線則用于加速度傳感器和MCU控制器的連接,，可以說達(dá)到了物盡其用的目的。ADXL345加速度器件
這里采用三軸加速度傳感器ADXL345 ,。ADXL345 是具有數(shù)字輸出的三軸加速度傳感器,，具有可切換的靈敏度和可調(diào)的帶寬范圍，最高可達(dá)16g的靈敏度,。最重要的是其具有可編程設(shè)計的中斷喚醒功能,，從而避免了連續(xù)時間的檢測，這正符合檢測時的低功耗要求,。
Zigbee器件
現(xiàn)在Zibbee 已經(jīng)從單一的射頻器件,，發(fā)展到綜合的SoC產(chǎn)品，這里充分利用了Dig公司的XBee 模塊產(chǎn)品,，其是增強(qiáng)型的Zigbee模塊,，具有極高的集成度，可以減少體積,，也可以減少功耗,，同時方便組網(wǎng)。
機(jī)械器件的設(shè)計
從表1可以看出人體正常的坐姿標(biāo)準(zhǔn),，利用這些數(shù)據(jù),，一方面可以為上位機(jī)的軟件設(shè)計提供一標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，及時給予報警提示,，另一方面還為機(jī)械方面的設(shè)計提供了條件,，這里可以設(shè)計相應(yīng)的機(jī)械糾正設(shè)備，如在椅子部分加裝微型電機(jī),，調(diào)節(jié)測試者距離椅子的距離以及座椅的姿態(tài),，來達(dá)到機(jī)械強(qiáng)制糾正的目的。
總之本文的目的是把設(shè)備應(yīng)用到姿態(tài)的檢測上,，必須充分考慮功耗和體積這些問題,，而這里器件的選擇充分滿足了這些要求。
系統(tǒng)的硬件主要框圖
這里共用了3組XBee,，其中1號XBee和加速度傳感器組成了基本的檢測模塊,，可以稱之為主機(jī),，來完成對人體靜止和運(yùn)動時的姿態(tài)檢測;2號XBee負(fù)責(zé)與MXT8051通信，而MXT8051負(fù)責(zé)底層的驅(qū)動控制如LCD ,、Speaker 以及電機(jī)驅(qū)動等,，另外定時的警告信號都由這一模塊完成傳輸，故數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)較重;3號XBee主要來完成上位機(jī)接口的通信,，這里考慮到信息存儲的容量,，以及燈光和音樂控制的復(fù)雜性，采用上位機(jī)來存儲控制以及處理,。
系統(tǒng)的軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件主要由上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟件組成,，上位機(jī)軟件主要負(fù)責(zé)信息的存儲、控制及處理,，當(dāng)采集到大量的信息時,，可以通過Zigbee 模塊把采集到信息存入上位機(jī)數(shù)據(jù)庫中。除此以外還設(shè)計了一個坐姿的控制提示界面,。如圖2 所示,。下一步需要做的則是在這個基礎(chǔ)上加以設(shè)計和改進(jìn)。
下位機(jī)軟件則包括信號采集和結(jié)果顯示所必須的一些模塊的初始化,，如LCD,、 URAT、 PWM ,、Zigbee等,。
系統(tǒng)軟件總體流程圖
系統(tǒng)軟件總體流程如圖3所示。檢測模塊的框圖
首先是單片機(jī)的初始化,，其次是加速度值的采集，這里利用中斷方式來讀取數(shù)值加速度值,，可以減少功耗,、提高效率，接著是通過無線串口Zigbee發(fā)送FIFO(先進(jìn)先出)內(nèi)存塊上的加速度數(shù)值,，最終由上位機(jī)通過分析綜合來控制相應(yīng)的設(shè)備執(zhí)行各自的動作,。其流圖如圖 4所示。
實(shí)驗結(jié)果與特點(diǎn)分析
產(chǎn)品的實(shí)物圖如圖5所示,。
產(chǎn)品性能優(yōu)勢
充分利用了MXT8051的資源,，極大地降低檢測設(shè)備的體積和功耗。采用了ADXL345加速度傳感器,，一方面由于其具有極低的功耗特色,，符合人體長時間攜帶的需求，另一方面由于MEMS器件的價格會越來越便宜,，所以具有較高的性價比,。采用Zigbee,，方便擴(kuò)展和聯(lián)網(wǎng)，這是以后擴(kuò)展其它功能以及實(shí)現(xiàn)無線傳輸?shù)年P(guān)鍵所在,，且具有高度的穩(wěn)定性,。
該系統(tǒng)做為運(yùn)動檢測的擴(kuò)展平臺，具有足夠多的擴(kuò)展接口,，便于后續(xù)的開發(fā),。不足與改進(jìn)
設(shè)計隨身攜帶的部分時，檢測模塊體積較大,，成型時可選用紐扣這樣的鋰電池來達(dá)到減少體積和發(fā)熱量的目的,。
結(jié)語
本文創(chuàng)新性的把MEMS加速度傳感器用于人體坐姿的檢測和糾正，隨著集成電路的發(fā)展,，現(xiàn)在MEMS加速度傳感器的價格已經(jīng)大幅度下降且應(yīng)用也愈加廣泛,，而其在運(yùn)動器材方面的應(yīng)用也顯現(xiàn)出獨(dú)有的特色，可以說本系統(tǒng)具有較高的性價比,。
由于MCU MXT8051可以用在血壓計方面,，利用本設(shè)計功能的易擴(kuò)展性，可以方便的把血壓計的功能也加進(jìn)去,，這樣使設(shè)計由電腦病克星—坐姿糾正儀,，變?yōu)槿梭w健康儀。
隨著微電子器件的發(fā)展和人們對健康的更高追求,，相信本設(shè)計會有其廣闊的發(fā)展?jié)摿涂臻g,。