[发明专利]通过动作判断的室内定位系统

说明书

技术领域

本发明属于电子技术领域。

背景技术

目前室内定位的方法主要分为以下三种方法：

1、无线定位技术，即通过无线媒介如：红外、声波、射频、网络信号等，借助无线信号的强弱、叠加等方式定位。2、惯性传感器定位技术：对加速度传感器的测量值进行积分，计算出人员的运动速度；通过角速度传感器和电子罗盘的测量值通过，计算出人员的运动方向。通过运动速度和运动方向计算出运动轨迹，和事先绘制的室内地图配合，实现定位。3、第一种方法和第二种方法结合在一起，通过无线和惯性传感器联合定位。

发明内容

本发明的目的是不使用传感器的测量数据直接去计算人的运动速度和运动方向而获得对动作进行定位的通过动作判断的室内定位系统。

本发明的系统是由传感器部分、单片机部分构成；其中传感器部分是由传感器稳压电路、三轴电子罗盘电路、三轴角速度传感器电路、三轴加速度传感器电路、N沟道场效应管、传感器部分和单片机部分连接器构成；

MIC5205-3.3YM5是稳压芯片，HMC5883L是三轴电子罗盘，L3G4200D是三轴角速度传感器芯片，ADXL345B是三轴加速度传感器芯片，Q1和Q2是N沟道场效应管；P1是和单片机部分连接的插头，六部分分别通过各部分的VIN、3.3V、GND、SCL、SDA、EX_SCL、EX_SDA这些引脚都互相连接；

单片机部分是由单片机最小系统、单片机电源电路、串口转USB电路、JTAG电路、单片机部分和传感器部分连接器构成；

单片机各部分中的+5V、VCC3.3、GND、PA6、PA7、JTMS、JTCK、JTDI、JTDO、JTRST、NRST、RX、TX引脚都互相连接。

本发明的动作定位方法，其步骤是：

通过三轴加速度计和下位机处理器对运动信号进行采集，使用S表示原始信号，选用                                                作为母小波函数对信号进行三层的小波包变换，使用来表示第层的第个节点，其中，，使用 表示第层的第个频带的小波分解系数；

将最末层的小波系数进行重构，重构信号表示为：

计算小波包分解出来一层到三层对应在频域0.39～18.75Hz频段内系数的平方和作为能量的特征量，我们有特征量的表达式如下：；表达式中的代表分解出的各个系数的值；

将通过上式计算出来的能量作为特征向量，我们有如下表达式：

将提取出来的特征量进行归一化处理，能量特征在人员做动作时不同动作又具有不同的能量差异较大，比如跑动的功率谱就要明显高于走动的功率谱，经过归一化后，SVM具有更好的分类效果，具有较好的泛化性，因此，我们令

至此，我们得到了归一化后的特征向量；

使用归一化的特征向量训练SVM分类器，在完成训练SVM分类器之后能够将人员的动作的特征向量识别成人员的各种动作。

本发明提出一个与现有三种定位方法不同的定位方法，在人体上安装三轴加速度传感器、三轴角速度传感器和三轴电子罗盘。和上述方法2不同的是，本发明并不使用这些传感器的测量数据直接去计算人的运动速度和运动方向，而是对传感器的测量数据进行融合，使用小波包分析数据，用SVM判断人员的动作，通过识别出来的动作，如：步行、跑步、上下楼梯、转向等，配合人员个体属性，即人员的年龄、性别、步行步幅，计算出佩戴者运动的距离和方向，得到运动轨迹。再配合事先绘制的室内地图，实现定位。

与传统的方法相比，本方法主要有以下优点：

1、不需要布置收发无线信号的设备，可以在没有无线收发设备的室内使用，并且可以在室内断电的情况下使用。

2、通过三轴加速度传感器、三轴角速度传感器、三轴电子罗盘得到的数据分析人员的动作，进而得到人员的运行轨迹，而不是通过传感器得到的数据直接计算运动速度和方向，所以可以忽略传感器的误差和漂移。

适用于各种状况的室内环境和减少传感器测量误差漂移的对定位的影响。

附图说明

图1是本发明传感器稳压芯片电路原理图；

图2是本发明三轴电子罗盘芯片电路原理图；

图3是本发明三轴角速度传感器芯片电路原理图；

图4是本发明三轴加速度传感器芯片电路原理图；

图5是本发明N沟道场效应管电路原理图；

图6是本发明传感器部分和单片机部分连接引脚电路原理图；

图7是本发明电源电路原理图；