一种基于无线体感惯性测量模块的通信系统技术方案

本申请公开了一种基于无线体感惯性测量模块的通信系统，包括多个惯性测量模块、数据协调器和PC端。惯性测量模块和数据协调器之间采用点对点组网方式，每个惯性测量模块和数据协调器中相应的数据收发器进行点对点传输数据，每对惯性测量模块和数据收发器通信独享一个无线通信信道，各个数据收发器都拥有自己的传输频点，互不影响，有效避免相邻信道的信号串扰，保证了通信系统的实时性和可靠性。此外，在系统上电时，首先对数据协调器和每个惯性测量模块进行时间同步，在数据传输过程中，再通过数据协调器返回的携带时间信息的ACK信号对惯性测量模块的时间偏差进行补偿，有效同步各个惯性测量模块的时间，保证整个通信系统的实时性和同步性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无线体感惯性测量模块的通信系统
本申请涉及无线通信
，特别涉及一种基于无线体感惯性测量模块的通信系统。
技术介绍
惯性测量是指利用惯性传感器来测量人体或其他物体动作的一种技术，这种技术具有不受场地限制、穿戴方便等优点，目前已广泛应用于体育锻炼、医疗、军事、电视电影等诸多领域。例如，人们可利用该技术实现体感运动健康系统来帮助人们进行体育锻炼，从而不受户外场地的影响依然可以进行体育锻炼，促进人们的健康。因此，设计惯性测量模块软硬件系统是具有一定的商业价值的，而要实现一套性能优越的惯性测量模块软硬件系统，需要无线传输的动作捕捉数据具有实时性和可靠性。因此，设计一个高实时性、可靠性、同步性的无线传感网络通信方法也是十分有必要的。现有技术公开了一种基于MEMS传感器采集加速度、角速度等姿态数据的方法。该方法中的惯性测量模块没有无线传输单元，并且体积大，功耗较高，所以不满足目前需要进行无线传输的需求。现有技术公开了一种基于惯性测量模块的有源RFID低功耗系统，该系统没有组建无线传感网络，也没有设计无线传感网络的通信方法，无法保证无线传感网络的实时性和可靠性。并且该系统的惯性测量模块没有做电磁屏蔽处理，惯性传感器的抗干扰能力较小，所以不能应用于当前场景中。现有技术公开了一种基于惯性测量模块的人体运动捕捉系统，该系统包括多个负责采集数据的惯性传感器、温度传感器、蓝牙模块、数据协调器以及数据融合模块。在该系统中，数据是通过蓝牙4.0协议连接所有的惯性测量模块，采用轮询扫描的方式实现各个惯性测量模块采集数据的上传。可以看出，在这样的通信方式中，如果惯性测量模块的数据发送率过高，很容易出现丢包等现象。并且没有做时间同步处理，惯性测量模块工作时间过长的情况下，由于时钟漂移等因素容易造成数据包混乱和发送数据冲突现象，因此不符合目前的设计需求。综上，如何提供一种高实时性、可靠性、同步性的无线传感网络通信方案，是亟待本领域技术人员解决的问题。
技术实现思路
本申请的目的是提供一种基于无线体感惯性测量模块的通信系统，用以解决目前惯性测量模块的通信方案可靠性较低，实时性较差，同步性不理想的问题。为解决上述技术问题，本申请提供了一种基于无线体感惯性测量模块的通信系统，包括多个惯性测量模块、数据协调器和PC端，其中，所述数据协调器包括主控制器和多个数据收发器，所述数据收发器与所述惯性测量模块一一对应，且不同所述数据收发器的传输频点不同；在系统上电时，所述数据协调器用于向各个所述惯性测量模块发送时间同步校准命令，以触发时间同步校准过程；在时间同步校准过程中，各个所述惯性测量模块确定传输时间和自身相较于所述数据协调器的时间偏差；在数据传输过程中，所述惯性测量模块用于将惯性数据通过无线传输方式发送至相应的数据收发器；所述数据收发器在接收到所述惯性数据之后，用于将所述惯性数据通过SPI总线发送至所述主控制器，还用于向所述惯性测量模块反馈ACK信号，其中所述ACK信号携带所述数据收发器接收到所述惯性数据的时间信息；所述主控制器用于对接收到的惯性数据进行整合，并将整合结果发送至所述PC端；所述惯性测量模块用于根据前后两次接收到的ACK信号，对所述时间偏差进行修正。优选的，所述PC端用于将控制命令经由所述数据协调器发送至所述惯性测量模块，以实现对所述惯性测量模块的控制操作。优选的，所述控制操作包括以下任意一项或多项：启动数据采集，停止数据采集，进入校准模式，修改上传周期，修改模块ID。优选的，所述数据收发器的IO引脚为输出模式，默认输出低电平；在接收到所述惯性测量模块发送的惯性数据之后，所述数据收发器的IO引脚输出高电平，触发中断服务函数以更新标志位数据，其中所述标志位数据中的每一位表示相应的数据收发器的状态；所述主控制器循环检测所述标志位数据，根据所述标志位数据从相应的数据收发器读取所述惯性数据。优选的，所述惯性测量模块用于：将携带惯性数据的数据包通过无线传输方式发送至相应的数据收发器，等待所述数据收发器发送的ACK信号，若超过预设时间阈值未接收到所述数据收发器发送的ACK信号，则再次发送数据包至所述数据收发器，直至发送次数达到最大发送次数。优选的，在发送次数达到所述最大发送次数时，所述惯性测量模块用于检测另一惯性测量模块的通信信道是否空闲，若空闲，则通过所述另一惯性测量模块的通信信道将数据包发送至所述数据收发器。优选的，所述惯性测量模块包括电源管理单元、惯性传感器单元、基带加射频处理单元及外部晶振源。优选的，所述惯性测量模块的线路板采用四层板设计方案，包括顶面信号层、中间电源层、接地层、底面信号层。优选的，在所述惯性测量模块中，所述惯性传感器单元周围设置有覆铜，所述电源管理单元上表面设置有锡箔材料。优选的，还包括磁场校准上位机，所述磁场校准上位机通过USB接口连接所述数据协调器，用于采集所述惯性测量模块的磁场数据，并对所述惯性测量模块下发磁场数据补偿值。本申请所提供的一种基于无线体感惯性测量模块的通信系统，包括多个惯性测量模块、数据协调器和PC端，其中，数据协调器包括主控制器和多个数据收发器，数据收发器与惯性测量模块一一对应，且不同数据收发器的传输频点不同。在系统上电时，数据协调器向各个惯性测量模块发送时间同步校准命令，以触发时间同步校准过程；在时间同步校准过程中，各个惯性测量模块确定传输时间和自身相较于数据协调器的时间偏差。在数据传输过程中，惯性测量模块用于将惯性数据通过无线传输方式发送至相应的数据收发器；数据收发器在接收到惯性数据之后，用于将惯性数据通过SPI总线发送至主控制器，还用于向惯性测量模块反馈ACK信号，其中ACK信号携带数据收发器接收到惯性数据的时间信息；主控制器用于对接收到的惯性数据进行整合，并将整合结果发送至所述PC端；惯性测量模块用于根据前后两次接收到的ACK信号，对时间偏差进行修正。可见，该系统中，惯性测量模块和数据协调器之间采用点对点组网方式，每个惯性测量模块和数据协调器中相应的数据收发器进行点对点传输数据，每对惯性测量模块和数据收发器通信独享一个无线通信信道，各个数据收发器都拥有自己的传输频点，互不影响，有效避免相邻信道的信号串扰，避免数据在高速传输的时候，由于信道资源不足或出现信道竞争而导致数据传输时延过高，保证了通信系统的实时性和可靠性。此外，在系统上电时，首先对数据协调器和每个惯性测量模块进行时间同步，在数据传输过程中，再通过数据协调器返回的携带时间信息的ACK信号对惯性测量模块的时间偏差进行补偿，有效同步数据协调器与各个惯性测量模块的时间，保证整个通信系统的实时性和同步性。附图说明为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请提供的基于无本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于无线体感惯性测量模块的通信系统，其特征在于，包括多个惯性测量模块、数据协调器和PC端，其中，所述数据协调器包括主控制器和多个数据收发器，所述数据收发器与所述惯性测量模块一一对应，且不同所述数据收发器的传输频点不同；/n在系统上电时，所述数据协调器用于向各个所述惯性测量模块发送时间同步校准命令，以触发时间同步校准过程；在时间同步校准过程中，各个所述惯性测量模块确定传输时间和自身相较于所述数据协调器的时间偏差；/n在数据传输过程中，所述惯性测量模块用于将惯性数据通过无线传输方式发送至相应的数据收发器；所述数据收发器在接收到所述惯性数据之后，用于将所述惯性数据通过SPI总线发送至所述主控制器，还用于向所述惯性测量模块反馈ACK信号，其中所述ACK信号携带所述数据收发器接收到所述惯性数据的时间信息；所述主控制器用于对接收到的惯性数据进行整合，并将整合结果发送至所述PC端；所述惯性测量模块用于根据前后两次接收到的ACK信号，对所述时间偏差进行修正。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于无线体感惯性测量模块的通信系统，其特征在于，包括多个惯性测量模块、数据协调器和PC端，其中，所述数据协调器包括主控制器和多个数据收发器，所述数据收发器与所述惯性测量模块一一对应，且不同所述数据收发器的传输频点不同；
在系统上电时，所述数据协调器用于向各个所述惯性测量模块发送时间同步校准命令，以触发时间同步校准过程；在时间同步校准过程中，各个所述惯性测量模块确定传输时间和自身相较于所述数据协调器的时间偏差；
在数据传输过程中，所述惯性测量模块用于将惯性数据通过无线传输方式发送至相应的数据收发器；所述数据收发器在接收到所述惯性数据之后，用于将所述惯性数据通过SPI总线发送至所述主控制器，还用于向所述惯性测量模块反馈ACK信号，其中所述ACK信号携带所述数据收发器接收到所述惯性数据的时间信息；所述主控制器用于对接收到的惯性数据进行整合，并将整合结果发送至所述PC端；所述惯性测量模块用于根据前后两次接收到的ACK信号，对所述时间偏差进行修正。


2.如权利要求1所述的基于无线体感惯性测量模块的通信系统，其特征在于，所述PC端用于将控制命令经由所述数据协调器发送至所述惯性测量模块，以实现对所述惯性测量模块的控制操作。


3.如权利要求2所述的基于无线体感惯性测量模块的通信系统，其特征在于，所述控制操作包括以下任意一项或多项：启动数据采集，停止数据采集，进入校准模式，修改上传周期，修改模块ID。


4.如权利要求1所述的基于无线体感惯性测量模块的通信系统，其特征在于，所述数据收发器的IO引脚为输出模式，默认输出低电平；在接收到所述惯性测量模块发送的惯性数据之后，所述数据收发器的IO引脚输出高电平，触发中断服务函数以更新标志位数据，其中所述标志...

【专利技术属性】
技术研发人员：张衡，刘敬伟，
申请(专利权)人：张衡，刘敬伟，
类型：发明
国别省市：重庆;50