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多路足底压力测量系统设计与实现

作　者: 邱宏
导　师: 李炜
学　校: 华中科技大学
专　业: 控制工程
关键词: 足底压力 PVDF压电薄膜多路数据采集无线传输 LabVIEW
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着人们对足部医疗以及足部与人体运动功能联系性认识的逐步提高,足底压力测量技术便飞速发展,并广泛应用于生物力学、康复医疗、体育训练等诸多领域。因此,对足底压力测量系统的探究和开发具有实用价值和现实意义。本文主要介绍了一种以MSP430系列单片机为核心,配以nRF24L01无线模块传输数据,并采用串口技术将获取的数据传送给上位机,最终在LabVIEW界面实时显示的多路足底压力测量系统。为了达到精确便捷地测量人体足底压力的目的,本文首先探讨了PVDF压电薄膜传感器的特性及其优势所在,并给出了合理的前置级放大电路,为选用该传感器作了详细的理论分析和应用设计。根据系统需求,本文提出了系统总体硬件设计方案,该方案为将整个系统分为数据采集和数据通讯两部分,数据采集部分包括八路PVDF压电薄膜传感器、电荷放大、前级滤波、多路模拟开关、单片机最小系统以及无线收发模块等电路;数据通讯部分包括单片机最小系统、无线收发模块、串口通讯等电路。本文对以上电路一一做了详尽的分析和原理图设计,为足底压力测量硬件平台的搭建奠定基础。此外,还设计了对应的单片机软件以及上位机数据显示界面。单片机软件由C语言编写,主要实现多路模拟开关的通道切换、数据的采集和A/D转换、数据无线传输以及与上位机建立串口通信等功能。文中给出了各个功能相应的程序流程图和部分关键代码,对单片机软件的实现流程和具体实现方法都进行了详细阐述。上位机数据显示界面由LabVIEW软件开发,能以多种风格显示数据,如波形图、强度图等,并能够对数据进行保存、回放以及处理分析。硬件设计和软件设计完成后,对系统进行调试,进一步完善系统设计。最后,针对系统一般使用环境,设计了相应的实验范式,获取足底压力测量结果,对照人体工程学理论,以验证系统的可行性和可靠性。系统所用核心器件皆为低功耗,仅电池供电即可正常工作。系统的数据采集部分可与被试相固定,使得被试能在一定范围内自由运动,运动参数将无线发送给数据通讯部分。整个系统由LabVIEW控制,被试仅需开启数据采集部分电源,数据的采集、停止均由上位机的操作人员完成。系统操作简单,可随身携带,且功耗低、成本低,所采用的LabVIEW数据处理软件为虚拟仪器,具有良好的可扩展性,能够随时添加新功能,进行系统升级。本系统可用于潜在或已有的运动功能障碍诊断中,也可用于疾患程度测定、术后有效评价、医疗康复进展测定等,对步态分析系统以及运动鞋的研制也有一定的借鉴作用。

多路足底压力测量系统设计与实现

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