人机工程人体感知及运动系统

人体微幅运动信号感知系统设计

人体微幅运动信号感知系统设计 通信工程专业曹宇 指导教师王嵩讲师 摘要近年来，随着集成电路和传感器的迅速发展，可穿戴设备正逐步融入人们日常生活和工作中。本文基于开源硬件平台Arduino自主开发一个可穿戴设备，以三轴模拟加速度传感器捕捉人“咬牙”动作并实时记录数据，通过系统信号处理单元分析动作信号特征，输出表示动作有无的‘1’、‘0’布尔值，驱动蜂鸣器鸣响作为动作响应。本系统实现了快速准确感知人体的布尔动作，其设计原理可用于控制MP3、手机、智能眼镜、蓝牙耳机等可穿戴电子设备。 关键词开源硬件，加速度传感器，信号特征分析，可穿戴设备 1 前言 1.1研究背景与意义 穿戴式智能设备拥有多年的发展历史，思想和雏形在20世纪60年代即已出现，而具备智能可穿戴形态的设备则于上世纪70－80年代出现。史蒂夫?曼基于Apple-II 6502型计算机研制的可穿戴计算机原型即是其中的代表。随着计算机软硬件的标准化以及互联网技术的高速发展，可穿戴式智能设备的形态开始变得多样化，逐渐在工业、医疗、军事、教育、娱乐等诸多领域表现出重要的研究价值和应用潜力。 穿戴式智能设备的本意，是探索人与科技的全新交互方式，为每一个人提供专属的、个性化的服务，在个人随身移动设备上形成独一无二的专属数据计算结果。现在，穿戴式智能设备已经从幻想走进现实，它们的出现必将深刻改变现代人的生活方式。 1.2灵感来源 本文作品的灵感来源于智能手环的记步功能，智能手环内嵌的加速度传感器扑捉手的动作轨迹，通过模式识别技术辨识具有特定特征的动作信号。由此类推，监测人类的各种动作，并且通过数据分析，能赋予动作相关联的内容。例如，通过检测每日颈椎、下肢、手腕的活动量来预测由于活动量少而导致的关节疾病。 由于人体在行动时往往具有明显的前后动作关联性，所以我们可以通过探测前一动作来预测其后的意图，从而辅助生成下一个动作想要的结果。例如，当人想通过腕表看时间时，通常会先将胳臂抬起并略微晃动手腕。如果将这个动作捕捉，便可探测出用户的意图，从而预先将电子表点亮激活。这样就增强了体验，省去了用户不必要的动作[1,2]。 作者旨在自主开发一款可穿戴设备，通过咬牙来控制电子设备，从而达到方便人类与电子设备交互的目的。 2平台搭建与算法 2.1实验材料 2.1.1实验设备