便携式多功能动人体平衡检测仪.doc

题 目： 便携式多功能动人体平衡检测仪 摘要（中英文） 本文设计一种人体平衡机能测试系统，包括测试平台和手持终端两部分，能够对测试者重心移动情况做出实时测量，并在屏幕上显示出重心移动的轨迹，通过重心移动的轨迹来判断人体的平衡性，对于体育保健、医疗等行业有着重要的使用价值。 We designed a balance measure system, which is made up of the test platform and the handhold device. It can measure the movement of the tester’s barycenter, and display the track of the barycenter on the screen, then the system can estimate the tester’s balance ability based on the track. This system is useful to the physical health care and medical aspect. 引言 平衡功能是人体神经运动系统的一项重要功能，许多神经系统疾病均表现出不同程度的平衡功能障碍。人体平衡功能的检测在无创医疗检测、运动生理检测等领域正日益受到人们的重视并获得应用。但是目前市场上使用的检测人体平衡能力的仪器大多体积较大、操作复杂、价格较高、功耗较大。本文旨在设计一种操作简单、功耗较低的手持型人体平衡性检测设配，能够满足普通用户的使用。 系统方案 系统总体的结构框图如图1所示。系统的硬件部分包括测试平台和目标板两部分。前者是一块带有三个压力传感器的铁三角板，后者是包括LM3S9D90单片机、放大电路、通讯模块、存储模块、显示模块以及电源等几个部分；软件的核心部分是数据分析处理模块，此外还包括通信模块、人机交互界面、会员管理模块。 图1 平衡仪检测系统的整体框架图 系统的工作原理：在测试平台的三个角下面安装三个压力传感器，当测试者站在测试平台上时，三个压力传感器会输出相应电压信号，经过信号调整电路和数据放大采集电路后进过串口传给目标板，目标板根据力矩平衡原理，对数据进行实时处理获得人体重心在是平面上的投影坐标，从而绘制出重心移动轨迹。 系统硬件设计 本系统在硬件上主要完成信号的调整放大，多路信号的选择，A/D转换、数据通信以及数据存储。系统的硬件设计框图如图3所示。 图3 系统硬件设计框图 3.1处理器核心模块 首先，本系统中需要处理大量数据的采集、运算、存储与检索。所以对处理器的速度要求较高。其次，目标机必须具有便携式，所以要尽量降低系统的功耗。同时，在保证以上条件下，处理器的价格要尽可能的低，以降低成本。通过一系列的考虑与查询，我们最终选择了具有ARM公司必威体育精装版32位内核的Cortex-M3的LM3S9D90芯片。 ARM Cortex‐M3处理器由于采用了必威体育精装版的设计技术，它的门数更低，性能却更强。许多曾经只能求助于高级32位处理器或DSP的软件设计，都能在CM3上跑得很快。它具有如下特点： 性能强劲。在相同的主频下能做处理更多的任务，全力支持劲爆的程序设计。 功耗低。延长了电池的寿命。 实时性好。采用了很前卫甚至革命性的设计理念，使它能极速地响应中断。 代码密度得到很大改善。 使用更方便。更简单的编程模型和更透彻的调试系统，为与时俱进的人们大大减负。 低成本的整体解决方案。低端的Cortex‐M3单片机甚至还卖不到1美元。 本系统中采用的具体型号为LM3S9D90，它具有以下特点： 1）ARM? Cortex?-M3 处理器核心 – 80-MHz运行速度，性能100 DMIPS – ARM Cortex系统滴答定时器(SysTick) – 集成嵌套向量中断控制器(NVIC) 2）片上存储器 – 512KB单周期Flash存储器，速度可达50 MHz；50 MHz以上采用预取指技术改善性能 – 96 KB单周期SRAM – 装有StellarisWare?软件包的内部ROM： ? Stellaris? 外设驱动库 ? Stellaris? 引导装载程序 ? SafeRTOS? 核心 ? 高级加密标准(AES) 密码表 ? 循环冗余检验(CRC) 错误检测功能 3）片外设备接口(EPI) – 8/16/32位外部设备专用并行总线 – 支持SDRAM, SRAM/Flash memory, FPGAs, CPLDs 4）高级串行通讯集成 – 硬件支持IEEE 1588 PTP的集成MAC和PHY的10/100以太网 – 两路CAN 2.0 A/B控制器 – USB 2.0 OTG/Host/Device – 三路支持I