步态加速度信号的无线采集系统设计

文章摘要：③ 模拟电路分区中最好没有数字电路存在，否则模拟信号非常容易被数字噪声干扰。④ 晶振应该尽量靠近CC1010，并与其XOSC_Q1(18脚)和XOSC_Q2(19脚)成对称放置，晶振两端的15 pF电容尽量靠近晶振。2.3 布线设计布线是PCB设计的最后一步。为保证RF电路部分的良好性能，需全手工布线，并遵循以下规则：首先保证RF、晶振等关键电路的布线畅通，最好都在顶层布线；其次保证A/D部分的布线畅通；最后是按照一定顺序布线。本设计是从右上脚按逆时针方向布线的。3 软件部分设计图4 采集系统程序流程采集系统的软件流程如图4所示。软件部分主要包括初始化程序、按键处理程序、A/D转换、

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　　③  模拟电路分区中最好没有数字电路存在，否则模拟信号非常容易被数字噪声干扰。
　　④  晶振应该尽量靠近CC1010，并与其XOSC_Q1(18脚)和XOSC_Q2(19脚)成对称放置，晶振两端的15 pF电容尽量靠近晶振。

2.3  布线设计

　　布线是PCB设计的最后一步。为保证RF电路部分的良好性能，需全手工布线，并遵循以下规则：首先保证RF、晶振等关键电路的布线畅通，最好都在顶层布线；其次保证A/D部分的布线畅通；最后是按照一定顺序布线。本设计是从右上脚按逆时针方向布线的。

3  软件部分设计

图4  采集系统程序流程

　　采集系统的软件流程如图4所示。软件部分主要包括初始化程序、按键处理程序、A/D转换、数据存储、接收和发送程序。其中初始化程序包括单片机端口初始化、RF部分初始化、ADC部分初始化和T0初始化。在按键处理程序中，Key2为自动方式和手动方式选择键。若为自动方式，则实时发送数据；若为手动方式，则等数据采集完成后，按下Key1才会发送。

4  测试结果及分析

　　为了检测步态加速度信号无线采集系统的可行性，笔者做了以下实验。实验场所为走廊，采集系统的发射装置由测试对象随身携带，全部放在腰带的正后方，像携带手机一样，只是位置在脊椎骨与腰带的交叉点处，同时保证MMA7260处于测试标准位置，即其X轴、Y轴和Z轴的正方向分别指向人前进的方向，人体的正左方和人体的正上方。路由放在实验室门口，保证其与发射装置可视。无线接收装置通过串口与实验室的PC机相连。

　　测试对象共36个人，其中16男20女，年龄在24～30周岁之间。测试中，要求所有测试对象都穿平跟鞋，在走廊内尽量以正常的步速沿直线行走。每个测试对象要测5组，结果共得到1 800组数据，每组数据中都含有X轴、Y轴和Z轴三个方向上的数据。

　　每个测试对象测试完毕后，其连续测量的5组步态加速度数据随之保存在PC机，部分数据如图5所示。图5中的第一列数据为数据的序号，试验中要求每个测试对象每组采集5 000个数据；第2、4、6列表示数据所占模数转换的通道号；第3、5、7列就是相应通道的加速度数据。

图5  测量到的步态加速度数据

　　实验中，对所有测试对象的X轴、Y轴和Z轴三个方向的数据都采用相同的方式进行处理。计算机接收到这些数据后，首先对这些数据进行归一化处理，使其都在0～1的范围内。这样，在Matlab中利用PLOT()函数，就可以形象地看到步态特征信号的波形。

　　下面以16号测试对象的Z轴方向上的数据为例进行说明。18号测试对象Z轴方向的部分步态加速度数据，如图5中第3列数据所示。在Matlab中，可以得到其相应的波形，如图6所示。从信号的轮廓可以看出，步态信号是周期性信号。因为“左”步态和“右”步态不一定完全对称，因此信号被划分为a步态和b步态。

　　图7为16号和18号测试对象在Z轴方向的速度信号。从图7可以看出：不同的测试对象，其加速度信号的幅度、周期以及变化的速率等有着明显的差异。

图6  #16的Z轴方向加速度信号

图7  #16和#18测试对象Z轴方向加速度信号

5  结论

　　通过以上实验得知，内嵌8051的无线收发芯片CC1010大幅度简化了电路设计；同时因为CC1010采用3.3 V电源供电，且在不工作时处于休眠状态，大大降低了采集系统的功耗。实验中，步态加速度无线采集系统的功耗，信号稳定性和灵敏度都达到了预期的效果。

　　本文提出的基于无线收发芯片CC1010的步态加速度信号无线采集系统的实现方法，具有方便、直接、有效的优点。该采集系统性价比高、体积小、便于携带，可以应用于人的身份识别、医疗技术、体育训练以及运动健身等领域，具有实际应用价值。

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