圖4 GPRS電路圖
4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
4.1 系統(tǒng)軟件整體流程圖
圖5所示為系統(tǒng)軟件整體流程圖，首先對(duì)STM32進(jìn)行初始化配置，包括時(shí)鐘電路RCC高速時(shí)鐘和低速時(shí)鐘的起振、通用引腳GPIO輸出輸出模式的配置、串口USART波特率的設(shè)置，然后將SIM300設(shè)置為透?jìng)髂Ｊ?，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接（具體過(guò)程可參考3.3），成功連接網(wǎng)絡(luò)之后，配置iNEMO模塊各傳感器的分辨率、字節(jié)對(duì)齊方式、讀取頻率等，然后分別讀取腰部和腿部iNEMO模塊的加速度、陀螺儀、磁力計(jì)原始數(shù)據(jù)，獲得原始數(shù)據(jù)之后根據(jù)分別率的設(shè)置計(jì)算磁力計(jì)、陀螺儀、加速度的大小，最后通過(guò)擴(kuò)展卡爾曼濾波融合得到腰部的俯仰角PITCH、腿部的偏航角YAW，結(jié)合兩個(gè)角度信息通過(guò)查表法進(jìn)行姿態(tài)判斷，設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)志位，通過(guò)GPRS將姿態(tài)標(biāo)志位打包后發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)控端。
4.2 姿態(tài)檢測(cè)
如圖6所示，iNEMO模塊中L3GD20、LSM303DLHC 以及LPS331AP 通過(guò)I2C串行總線與單片機(jī)進(jìn)行通信，I2C總線兩根雙向信號(hào)線一根是數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時(shí)鐘線SCL，通過(guò)上拉電阻接到正電源VDD，每個(gè)接到I2C總線上的器件都有唯一的地址，主機(jī)發(fā)送地址時(shí)，總線上的每個(gè)從機(jī)都將7位地址碼與自己的地址進(jìn)行比較，如果相同，則認(rèn)為自己正被主機(jī)尋址。
iNEMO各個(gè)傳感器的地址碼宏定義如下：
#define ACC_ADDRESS 032 //加速度計(jì)地址碼
#define MAG_ADDRESS 03C //磁力計(jì)地址碼
#define GYRO_ADDRESS 0D6 //陀螺儀地址碼
采集到傳感器的數(shù)據(jù)之后，首先利用三軸陀螺儀信號(hào)，采用四元數(shù)的姿態(tài)表達(dá)式，積分求得姿態(tài)角，然后采用三軸加速度計(jì)和三軸磁力計(jì)，利用大地磁場(chǎng)和重力磁場(chǎng)在地理坐標(biāo)系和運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系之間的方向余弦進(jìn)行絕對(duì)角度的解算，然后采用卡爾曼濾波進(jìn)行前三者數(shù)據(jù)的融合，得到腰部的俯仰角PITCH、腿部偏航角YAW。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)建立姿態(tài)角與人體姿態(tài)的對(duì)應(yīng)表如下：
4.3 GPRS發(fā)送
