基于MEMS传感器肢体康复程度检测系统,本论文可用于传感器论文范文参考下载，传感器相关论文写作参考研究。
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[摘 要] 一直以来,对于患者肢体康复程度的评估通常是依据医生多年的临床经验进行判断,诊断过程中偶尔会出现失误.因此,文章设计基于MEMS传感器的肢体康复程度检测系统.在检测时,被测者佩戴传感器模块进行指定运动,采集运动数据通过蓝牙传送到计算机终端,在计算机上利用MATLAB软件设计算法处理并分析数据.康复度K是衡量康复程度的标准,推导出K的表达式,并设计实验验证了表达式的合理性.该肢体康复检测系统能够提供准确数据供医生参考,并且为远程医疗奠定技术基础.
[关键词] MEMS传感器；肢体运动检测；康复程度
[基金项目] 广西教育厅重点项目：“基于北斗卫星导航的嵌入式调度系统开发”,项目编号：ZD2014003；广西大学2014年度“大学生创新创业训练计划”自治区级创新训练立项资助项目：“基于MEMS传感器的人体肢体运动检测系统”
[作者简介] 陈俊江,广西大学计算机和电子信息学院工程师,研究方向：嵌入式应用开发,广西 南宁,530004；李华,广西大学计算机和电子信息学院本科生,广西 南宁,530004；汤呈祥,广西大学计算机和电子信息学院本科生,广西 南宁,530004；梁铭锋,广西大学计算机和电子信息学院本科生,广西 南宁,530004；宋晓祥,广西大学计算机和电子信息学院本科生,广西 南宁,530004
[中图分类号]TP212[文献标识码] A [文章编号] 1007-7723（2015）04-0028—0005
一、引言
(一)研究背景
运动功能障碍治疗过程中较为重要的环节是康复程度检测,但当前的康复程度检测成本高、灵活性低、对器械和医护人员的依赖性强,这些不足将影响病人的康复.针对于肢体康复程度的检测,传统医学经常是通过医生的常年临床经验进行判别,要求医生有丰富的临床经验,但即使如此,诊断过程中往往因为不同的人的体质和营养水平不同也会偶然出现诊断的失误.随着现代医学的发展,X线、CT或者核磁共振技术结合图像显示处理技术被广泛应用于肢体康复医疗的诊断,但设备价格高昂以及需要专门操作人员,而且X射线对人体有一定辐射危害.根据当前医疗器械的需求和部分医学工作者的反馈,研发一种廉价、易于操作并可以准确进行肢体康复程度检测的设备是非常必要的.将MEMS传感器应用于肢体康复程度的检测是一个全新的可探究的发展方向.
近年来,MEMS传感器技术逐渐兴起,并广泛应用于航空航天[1]、机械自动化12]、军事武器研发[3]和医学领域[4].MEMS传感器可以测出运动时的加速度和角速度,利用这一功能设计相关算法,实现了医学的肢体康复程度检测,可以有效解决当前康复检测中医疗器械昂贵和医生临床判断失误的问题,弥补当前康复检测的不足,是对未来医学肢体康复检测新道路的探索和开辟.
目前,世界各国的科研和医疗机构、团队研发了许多先进的肢体康复检测系统.美国专注于研制康复设备的Biodex公司研发了BiodexSystem康复系统.它可以实现康复训练和康复程度的检测评估,采集康复过程中的患者生理数据,是目前应用于实际医疗康复领域的最先进的设备.但该系统采用有线方式传输患者数据,限制了患者的实际行动能力,并且价格非常高昂.在国际上,一些专家和学者已经利用MEMS传感器进行医疗和肢体检测方面的研究.例如来自电气和电子工程师协会（IEEE,全称是Institute of Electrical and Electronics Engineers）的一些学者利用MEMS传感器进行了手势识别的研究,并基于72个实验结果验证了手势识别的准确性[5],但他们所设计的算法非常复杂,具体推广起来难以实现,短时间内无法应用于医学领域.
在国内,基于MEMS传感器肢体运动检测系统的设计和开发也逐渐成为研究热点.例如,清华大学基于MEMS传感器对交通 指挥手势的识别[6],沈阳工业大学基于加速度传感器对步态信号的检测[7],电子科技大学基于MEMS传感器和Zigbee网络对人体动作的捕捉系统设计[8]等.本文提出的基于MEMS肢体运动检测系统主要应用于医疗领域,能够准确地向医生提供患者的肢体运动信息.本文中不仅推导出评价患者康复度的系数K,并且通过实验验证了其合理性,使系统在实际应用中操作简便.不仅如此,系统的成本较为低廉,易于推广,可以广泛地应用于日常的生活和医疗实践.
二、系统平台搭建
肢体康复程度检测系统主要包括数据采集模块、数据传输模块及数据处理模块.数据采集模块主要是基于MEMS传感器MPU6050读取角加速度值[9],利用无线蓝牙将数据传送到PC端.数据处理模块包括利用单片机对MPU6050采集到的原始数据进行卡尔曼滤波,以及在PC端利用MATLAB软件接收到的数据进行处理.基于MEMS传感器的肢体康复程度检测系统结构如图1所示.
三、模块介绍
(一)MEMS传感器MPU6050简介
MEMS是集微型机构、传感器信号处理、控制等功能于一体的、具有信息获取、处理和执行等多功能的系统,属于多学科交叉的新领域, 是融合微电子和精密机械加工的技术, 是毫米级下的可控制、可移动微型机电装置.MEMS技术最初应用在汽车工业,后来在生物、国防、移动应用、消费电子和航空航天等不同领域得到广泛的应用[10].MPU6050是一款新型的MEMS传感器,它集成了3轴MEMS陀螺仪、3轴MEMS加速度计以及一个可扩展的数字运动处理器DMP.
MPU6050对陀螺仪和加速度计分别用了三个16位的ADC,将其测量的模拟量转化为可输出的数字量.为了精确跟踪快速和慢速的运动,传感器的测量范围都是用户可控的.传感器的参考坐标系（XYZ组成右手系）以及3个测量轴和旋转方向如图2所示,旋转的正向可用右手螺旋定则判断.
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