基于GY-85的穿戴式颈椎仪.pdf

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1、移动信息基于GY一85的穿戴式颈椎仪刘映宏焦子悦李玉琴西南科技大学信息工程学院，四川绵阳621010摘要：在当今社会，颈椎病呈现越来越年轻化的趋势。由于职业的因素，有些人需要保持特殊的工作姿式，如果不注意预防。很容易发生慢性劳损，进而产生颈椎病症状。因此，本设计致力于研制一款适合大众需求的穿戴式颈椎仪，以STClAP15单片机为核心处理模块，利用GY-85九轴lMu模块检测用户颈部状态，提醒用户纠正颈部不良姿势，使更多的人能够预防颈椎病的发生。关键词：STCIAP15单片机：GY一85九轴IMU模块：卡尔曼滤波：颈椎仪中图分类号：R197．39文献标识码：A文章编号：1009—5434

2、(2015)1-0077—02在当今社会，颈椎病呈现越来越年轻化的趋势。由于本项目致力于研制一款适合大众需求的穿戴式颈椎康复仪，职业的因素，有些人需要保持特殊的工作姿式，如果不注意提醒用户纠正颈部不良姿势，使更多的人能够预防颈椎病的预防，很容易发生慢性劳损，进而产生颈椎病症状。而且目前发生[i-5]。’须具謇备小体曩积、低功耗、低价格和易于使片用的馨特誉点。因此，’系、统总体’设计lI2Cll接口1．5惮制器：：图1系统总体设计框图系统总体设计框图如图1。此系统主要包括四个模块，节片内片内Flash程序存储器，擦写次数lO万次以上4．片分别是：STCIAPI5单片机微控制器模块、ITG

3、3205三轴陀螺内大容量2048字节的SRAM，大容量片内EEPROM，擦写次数仪传感器模块、ADXL345三轴加速度传感器模块和HMC5883L10万次数以上；共8通道1O位高速ADC，速度可达30万次三轴磁场传感器模块。ITG3205三轴陀螺仪传感器通过模数／秒，3路PWM还可当3路D／A使用；共3通道捕获／比较单转换达到同步取样，并经过数字低通滤波器后，将数字输出元(CCP／PWM／PCA)；内部高可靠复位，8级可选复位门槛电x、Y、z轴精确的角速度信息，并传输给单片机。ADXL345压，彻底省掉外部复位电路；内部高精度R／C时钟，内部时三轴加速器传感器可以检测颈部静态或动态加速

4、度，其中活钟从5MHz~35MHz可选，相当于普通8051的60MHz~420MHz；动和非活动检测功能通过比较任意轴上的加速度与用户设两组高速异步串行通信端口(可同时使用)，可在5组管脚置的阈值来检测有无运动发生。HMC5883L三轴磁场传感器之间进行切换，分时复用可当5组串口使用，一组高速异步通过测量地磁场方向和重力场方向来修正陀螺仪的漂移误串行通信端口SPI。各种接口扩展齐全，一根优质USB线实差，与ITG3205三轴陀螺仪传感器和ADXL345三轴加速器传现系统供电、程序下载、通信功能。感器形成优势互补，能够比较精确地实时监测人体颈部角速2．2GY一85模块与单片机接口电路设计

5、度和加速度参数。STCIAPI5单片机微控制器模块的主要工作GY一85九轴自由度IMU模块包含ITG3205三轴陀螺仪是将GY一85九轴自由度IMU传感器传送的数据加以分析处理传感器、ADXL345三轴加速度传感器和HMC5883L三轴磁场并提示用户作出相应活动以达到纠正颈部不良姿势、保护颈传感器，通过使用I2C接口来实现与单片机连接。部的目的。3软件设计2硬件设计3．1总体软件设计2．1STCIAPI5微控制器系统首先完成MCU内部初始化工作，进而完成对三个本设计采用宏晶公司最新STC15系列IAPI5F2K61S2芯传感器的初始化，接着开始读取传感器从外部采集的数据，片。ISP／I

6、AP，在系统可编程／在应用可编程，无需编程器，然后进行数据融合，卡曼滤波将传感器采集的信号进行处理无需仿真器，可当仿真器使用。此芯片是增强型8051CPU，得到平稳的角度输出值，可以测量以X、Y、z为转轴的旋转1T，单时钟／机器周期，速度比普通8051快8-12倍。61K字角值Pitch、Roll、Yaw。在此过程后可传送数据到串口进2015年1期77科技前沿行显示，将处理融合过后得到的Pitch和Rol1的值与利用3．2数据融合的算法直接采集到的三轴加速度计算出的角度值进行比较，得出相传感器从现场检测采集到的数据传输到微处理器的过关的分析结果。根据分析结果，判断角度值是否在合理范围程

7、中，难免会受到各种因素的干扰，造成传输误差，为了减内。如果角度值在合理范围内，表明用户颈部姿势端正，继小误差，提高检测精度，系统需要对得到的数据进行信号滤续采样一段时问，判断角度值是否长时间保持，如果角度值波，即数据融合。不变，则表明用户在此期间颈部姿势持续不变，则驱动蜂鸣数据融合的主要思想是：积分角速率信号得到预估姿态器呜叫，并有LED闪烁，提醒用户应适当改变颈部姿势或者然后将加速度计和罗盘得到的姿态角作为观测量，纠正预估做颈部保健操。如果角