基于mems传感器的运动轨迹的追踪系统

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1、基于MEMS传感器的运动轨迹的追踪系统摘要：设计一种基于MEMS惯性传感器的行人运动轨迹的追踪系统。测量方式采用计步器的原理,直接利用加速度传感器来检测记录行人步伐的加速度的变化波形,采用三轴磁力计检测行人的运动方向，同时采用加速度值对方向进行倾角补偿。采用平滑滤波的方法对测量结果滤波,通过微处理器处理原始数据,得到比较准确的行人步数和运动方向。最后通过实验验证系统的有效性和可行性。关键词：加速度传感器；磁力计；计步器；追踪系统Abstract:ApedestrianmotiontrailtrackingsystembasedonMEMSinertialsensorwasdesigned.A

2、ccordingtotheprincipleofpedometerztheaccelerationsensorisdirectlyusedtomeasureandrecordtheacceleration'schangingwaveformofpedestrianpace,thethree?axismagnetometerisemployedtodetectthemotiondirectionofthepedestrianzandtheaccelerationmagnitudeisadoptedtocompensatetheinclination.Themethodofsmoothingfi

3、lteringisusedtofilterthemeasuredresults.Themicroprocessorisusedtoprocesstheoriginaldatatoobtainthepedestriarfsaccuratestepnumberandmotiondirection.Theeffectivenessandfeasibilityofthesystemwasverifiedbyexperiments.Keywords:accelerationsensor;magnetometer;pedometer;trackingsystem运动是一个无处不在的现象，而对于运动的硏究

4、至0现在为止也有了上千年的历史。如今随着导航定位功能的蓬勃发展,对运动轨迹追踪技术的准确性以及可靠性的要求日益迫切。常见的追踪定位系统有GPS全球走位系统、基于传感器网络的空间定位系统、磁空间追踪系统、激光追踪系统、基于三维计算机视觉的空间定位系统等。文献⑴采用GPS测量物体的运动轨迹，由于受到地形或建筑物遮蔽等复杂环境的影响，接收器走位精度很差甚至无法走位。而采用MEMS传感器进行运动轨迹的测量不需要在运动场地预先安装定位设备、成本低、操作灵活。文献［2］采用MEMS加速度传感器,其运用加速度积分原理对运动轨迹进行测量估计，然而加速度传感器累计误差过大，影响测量效果。本文基于MEMS传感器

5、对正常人的运动轨迹进行测量，测量方法采用计步器的原理，这种方式避免了补偿加速度传感器测量过程中产生的累计误差，直接运用传感器输出的加速度波形进行步伐的探测，运用磁力计来校正运动方向，测量过程简单，容易实现。运动轨迹最终通过Matlab直观显示岀来。1行人步态模型分析正常人行走的加速度波形，有以下规律：(1)正常人行走步态具有周期性，每个步态周期包括单步支撑、摆动和站立。常用参数包括步频和步长。正常成年人自然行走步频为1~3步〃，步长范围为50-80cm,由于个人身高、习惯、心情、路面情况的不同,不同人的行走步频会不同，在步速变化不明显的自然行走中，行人步长变化不大，标准差在5cm以内;(2)

6、行人前进的单步加速度信号波形能够反映出步态的周期性特征，一个步伐周期内仅出现一次加速度极大值和极小值,有一个上升区间和一个下降区间，如图1所示，其中AD区间是一个单步周期，B,C分别为极大值和极小值。2测量系统方案以及设计MEMS惯性传感器的快速发展，为个人导航实现提供了有利条件。在导航中，由于足部运动方向基本可以代表人体运动方向，且加速度变化明显，因此,本系统将传感器系统固定在行人脚踝上。传感器系统选择三轴加速度传感器测量运动过程中的足部加速度,使用磁力计测量磁场。测量的数据通过微处理器滤波、处理，最终发送至上位机，得到行人的运动运动轨迹。图2为本系统的结构组成。从设计方案可以看出，追踪测

7、量过程分为三个部分：步长估计、步数检测、运动方向检测。2.1算法流程由上述分析可知，系统的软件流程主要包括三个步骤:步频的探测、步长的估计、运动方向的识别，设计软件流程图如图3所示。2.2步长估计模型本系统假定步长是一个常量，具体数值可通过预定义获得，不同年龄、身高的用户数值不同。在文献［3］中，正常成人行走步态特征硏究的参数结果如表1所示。2.3步频的测量根据行人步态模型，正常人行走时的加速度值中含有峰值和