本文把加速度傳感器作為檢測的模塊,，一方面可用來防止坐姿的不當，提醒本人注意坐姿,，另一方面可用來做運動的測量裝置如(計步器)(燈光調節(jié)器)(音樂調節(jié)器),。可把它作為一個運動檢測的擴展平臺,，故其具有廣闊的應用前景,。
坐姿糾正系統(tǒng)
本設計主要是完成對頸部,、背部、腰部以及腿部的測量,。首先是靜止狀態(tài)下頸部和背部的檢測,。有關數(shù)據(jù)表明：人體在正常情況下，當脊柱的傾斜度偏離正常生理彎曲大于15度,，時間達到40~50秒,，就有可能形成不良姿勢習慣。這時利用置于頸部的加速度傳感器給出的傾斜度數(shù)據(jù)進行報警提醒,，對于初始的人體正常生理彎曲,，將設定一個固定的門限值，以針對不同的對象,，來得到最佳的報警提示,。其次是運動狀態(tài)下時腰部和腿部的檢測。現(xiàn)在各公司一般都會為職工提供方便而舒心的健身場所,，此時可以把加速度傳感器置于腰際,，這樣，當人們行走時就可以通過檢測加速度和角度的周期變化,，得到行走的大體頻率,，知道人體的正常步距，就可以知道人體總的行走長度,?？梢园堰@些信息實時用LCD 顯示，也可以傳給上位機,，以方便后續(xù)的處理和應用,。另外還可以把加速度傳感器置于人體的不同部位，當人們運動時把運動數(shù)據(jù)利用 XBee發(fā)回電腦作統(tǒng)計與分析,，這樣通過傳感器給出的綜合信號,，來給健身的人們一個綜合的反饋信息，相信在下次運動時一定會對其健身的力度,、方式,、姿勢有更好的改進。另外還可以充分利用XBee 網(wǎng)絡的易擴張性,，增加一些室外的調節(jié)功能：如在運動室增加燈光的調節(jié)功能,，隨運動的節(jié)奏來調節(jié)燈光,，增加音樂的調節(jié)功能,，隨運動的節(jié)奏調節(jié)上位機的音樂，即當動作慢時燈光,、音樂節(jié)奏較舒緩,，反之則節(jié)奏較明快,。這樣人們可以盡情放松，這些功能將在以后的逐步的添加和實現(xiàn),。
系統(tǒng)的硬件設計
系統(tǒng)的主要組成
MXT8051器件
這里使用的MXT8051具有眾多IO接口,，如ADC、PWM ,、LCD driver以及URAT,。對于SPI 和I2C總線，可以利用多余的IO口采取軟件模擬的方法獲取,。在本設計中,，PMW可以驅動揚聲器，給使用者以提醒;LCD driver可以直接驅動LCD;而軟件模擬的SPI和I2C總線則用于加速度傳感器和MCU控制器的連接,，可以說達到了物盡其用的目的,。ADXL345加速度器件
這里采用三軸加速度傳感器ADXL345 。ADXL345 是具有數(shù)字輸出的三軸加速度傳感器,，具有可切換的靈敏度和可調的帶寬范圍,，最高可達16g的靈敏度。最重要的是其具有可編程設計的中斷喚醒功能,，從而避免了連續(xù)時間的檢測,，這正符合檢測時的低功耗要求。
Zigbee器件
現(xiàn)在Zibbee 已經(jīng)從單一的射頻器件,，發(fā)展到綜合的SoC產(chǎn)品,，這里充分利用了Dig公司的XBee 模塊產(chǎn)品，其是增強型的Zigbee模塊,，具有極高的集成度,，可以減少體積，也可以減少功耗,，同時方便組網(wǎng),。
機械器件的設計
從表1可以看出人體正常的坐姿標準，利用這些數(shù)據(jù),，一方面可以為上位機的軟件設計提供一標準數(shù)據(jù)庫,，及時給予報警提示，另一方面還為機械方面的設計提供了條件,，這里可以設計相應的機械糾正設備,，如在椅子部分加裝微型電機，調節(jié)測試者距離椅子的距離以及座椅的姿態(tài),，來達到機械強制糾正的目的,。
總之本文的目的是把設備應用到姿態(tài)的檢測上，必須充分考慮功耗和體積這些問題,，而這里器件的選擇充分滿足了這些要求,。
系統(tǒng)的硬件主要框圖
這里共用了3組XBee，其中1號XBee和加速度傳感器組成了基本的檢測模塊,，可以稱之為主機,，來完成對人體靜止和運動時的姿態(tài)檢測;2號XBee負責與MXT8051通信,，而MXT8051負責底層的驅動控制如LCD ,、Speaker 以及電機驅動等,，另外定時的警告信號都由這一模塊完成傳輸,，故數(shù)據(jù)傳輸任務較重;3號XBee主要來完成上位機接口的通信,，這里考慮到信息存儲的容量，以及燈光和音樂控制的復雜性,，采用上位機來存儲控制以及處理,。
系統(tǒng)的軟件設計
系統(tǒng)軟件主要由上位機軟件和下位機軟件組成,，上位機軟件主要負責信息的存儲、控制及處理,，當采集到大量的信息時,，可以通過Zigbee 模塊把采集到信息存入上位機數(shù)據(jù)庫中,。除此以外還設計了一個坐姿的控制提示界面,。如圖2 所示。下一步需要做的則是在這個基礎上加以設計和改進,。
下位機軟件則包括信號采集和結果顯示所必須的一些模塊的初始化，如LCD,、 URAT,、 PWM 、Zigbee等,。
系統(tǒng)軟件總體流程圖
系統(tǒng)軟件總體流程如圖3所示,。檢測模塊的框圖
首先是單片機的初始化，其次是加速度值的采集,，這里利用中斷方式來讀取數(shù)值加速度值,，可以減少功耗、提高效率,，接著是通過無線串口Zigbee發(fā)送FIFO(先進先出)內存塊上的加速度數(shù)值，最終由上位機通過分析綜合來控制相應的設備執(zhí)行各自的動作,。其流圖如圖 4所示。
實驗結果與特點分析
產(chǎn)品的實物圖如圖5所示,。
產(chǎn)品性能優(yōu)勢
充分利用了MXT8051的資源,，極大地降低檢測設備的體積和功耗。采用了ADXL345加速度傳感器,，一方面由于其具有極低的功耗特色,，符合人體長時間攜帶的需求,，另一方面由于MEMS器件的價格會越來越便宜,，所以具有較高的性價比。采用Zigbee,，方便擴展和聯(lián)網(wǎng)，這是以后擴展其它功能以及實現(xiàn)無線傳輸?shù)年P鍵所在,，且具有高度的穩(wěn)定性,。
該系統(tǒng)做為運動檢測的擴展平臺,，具有足夠多的擴展接口,，便于后續(xù)的開發(fā)。不足與改進
設計隨身攜帶的部分時,，檢測模塊體積較大，成型時可選用紐扣這樣的鋰電池來達到減少體積和發(fā)熱量的目的,。
結語
本文創(chuàng)新性的把MEMS加速度傳感器用于人體坐姿的檢測和糾正，隨著集成電路的發(fā)展,，現(xiàn)在MEMS加速度傳感器的價格已經(jīng)大幅度下降且應用也愈加廣泛,，而其在運動器材方面的應用也顯現(xiàn)出獨有的特色，可以說本系統(tǒng)具有較高的性價比,。
由于MCU MXT8051可以用在血壓計方面,，利用本設計功能的易擴展性,，可以方便的把血壓計的功能也加進去,，這樣使設計由電腦病克星—坐姿糾正儀,，變?yōu)槿梭w健康儀。
隨著微電子器件的發(fā)展和人們對健康的更高追求,，相信本設計會有其廣闊的發(fā)展?jié)摿涂臻g,。