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1系统构成
本系统通过装置于人体头部、手部和腿部的3个惯性测量模块来获取人体运动姿态数据。其中位于头部的模块用来获取人的转动等基本动作，位于手部的模块用来获取手臂摆动等基本动作，位于腿部的模块用来获取人的跳跃、下蹲等基本动作。该运动测量系统包括陀螺仪、加速度计和磁传感器三种传感器类型的信号，其中陀螺仪测量绕模块三轴的转动角速度，加速度计测量沿模块三轴的直线加速度，磁传感器与加速度计构成电子罗盘来提供初始对准，从而获得运动姿态数据。
2系统硬件电路设计
本系统按照其功能结构可分为：主控单片机、电源模块、传感器模块、MicroSDCard接口等几个部分。其中主控单片机采用意法半导体（ST）公司的STM32F103CBT6，用于处理传感器模块得到的位姿数据以及姿态角解算。本系统技术指标要求工作电压为+5V，理论姿态角检测范围如下：横滚角为（-180°,180°），俯仰角为（-90°,90°），航向角为（-180°,180°），误差在±1°，特率为115200。系统内部采用模拟I2C的通信接口，外部采用串口通信。
3系统主控制程序
完成系统硬件电路后，通过J-Link调试仿真器对系统进行程序设计与调试。本系统所用到的程序是在Keiluvision4平台下编写的，配合J-Link仿真器，完成了整个系统的程序设计。
4测试结果与分析
系统测试了上文提及的各种动作，由于水平转动是人体运动中重要基本动作之一，现给出手部模块的测试过程和结果。手持该模块水平转动，具体步骤如下：首先将模块逆时针转动360°，待数据稳定后，再将其顺时针旋转360°。通过对人体各种基本动作进行测试验证，系统的姿态角数据误差均较小，说明本测试系统的可靠性满足人体运动的侧量要求。
5结论
本文利用惯性测量单元实现了人体的姿态运动检测，设计了测量系统的硬件电路和软件程序。本系统便捷易携，耗能低，并能存储位姿数据于MicroSD卡中，便于后期分析。利用基于ARM内核的STM32系列单片机作为主控芯片，实现传感器模块初始化、数据存储以及通信，最终达到识别人体动作的目的。
作者：周贝利 单位：上海海事大学