描述

關于。

該項目旨在為醫療保健等不同用途創建一種創新的運動跟蹤設備，RSL10 EVK 板通過提供可立即使用的完整解決方案帶來新的可能性，從而簡化開發。重點是跟蹤運動，一種是醫療保健提供者感興趣的步態分析。如果最終產品未實現，則該產品的工作證明是可行的，并且是可替代現有商業產品的低成本解決方案。

步態分析儀。

個人的步行表現會有所不同，醫生已經注意到某些疾病或狀況會改變它，例如帕金森、中風、骨科和老年人。有許多關于步態分析的研究及其與這些條件的關聯，即有研究表明老年人的步態速度與生存率之間存在關聯（Studenski et al., 2011 ）

一個非常典型的步態測試是在走廊中進行的，距離可能會因個人或醫療保健提供者的需要而異。

典型的步態測試

?

便攜式應用中的 RSL10 SENSE。

RSL10 SENSE EVK 具有應用程序所需的所有傳感器，實際上它比實際需要的傳感器多一些，這在某些應用程序中可能是有益的。

以下是一些板載傳感器的簡要介紹。

RSL10 感知 EVK。

?

RSL10 SENSE EVK 帶有一個紐扣電池連接器，非常適合便攜式應用。

夾具。

EVK 板很小，而且由于每個電子設備都很脆弱，并且對不正確處理造成的損壞很敏感，為了最大限度地減少測試過程中可能造成的損壞，我們使用了一個小型 3D 容器。

例如，借助鉤環緊固件，3d 外殼可以安裝到人鞋中，但其他身體部位也是可能的。

軟件。

該設備可以很容易地商業化，但需要在定制軟件上進行艱苦的工作，這不是該項目的目標。這里的目的是利用ON和博世公司的最新技術加快步態分析的發展和幫助研究。對于軟件，我決定使用MATLAB ，因為它可以輕松連接并具有所有后處理工具來分析它。

使用的固件是 SDK 示例中提供的自定義服務協議固件，即sense_ics_firmware 。

MATLAB有一個使用非常方便的藍牙低功耗通信庫，你的電腦必須有一個4.0 BLE適配器，你可以通過以下方式連接BLE設備

b = ble(Address);

其中地址是您的 BLE RSL10 地址。就我而言，我通過之前運行blelist命令找到了該地址

blelist 命令輸出。

?

使用ble命令連接后，可以知道特征

ble 命令輸出

?

也可以顯示特征

RSL10 SENSE 特性

?

為了從傳感器查詢和接收數據，我們使用上面看到的兩個自定義特征，我們通過這樣做來設置

rxc = characteristic(b, "E093F3B5-00A3-A9E5-9ECA-40016E0EDC24", "E093F3B6-00A3-A9E5-9ECA-40026E0EDC24");

txc = characteristic(b, "E093F3B5-00A3-A9E5-9ECA-40016E0EDC24", "E093F3B7-00A3-A9E5-9ECA-40036E0EDC24");

我們沒有修改固件，真正的產品需要修改，默認配置足以每秒獲取 5 個樣本，此時可以。

但是為了在 Matlab 中接收數據，實現了一個回調函數，這將在后臺運行以處理接收到的數據。我們可以通過這樣做來安裝回調

subscribe(rxc);
rxc.DataAvailableFcn = @displayCharacteristicData;

其中displayCharacteristicData是函數

function displayCharacteristicData(src,evt)
    global i;
    global dv;
    global gv;
    [data,timestamp] = read(src,'oldest');
    c = char(data);
    cs = split(c, '/');
    packet = char(cs(1));
    switch packet
        case 'A'
            acc = split(cs(2), ',');
            dv(i, 1) = str2double(acc(1));
            dv(i, 2) = str2double(acc(2));
            dv(i, 3) = str2double(acc(3));
            dv(i, 4) = i;
        case 'G'
            gyro = split(cs(2), ',');
            gv(i, 1) = str2double(gyro(1));
            gv(i, 2) = str2double(gyro(2));
            gv(i, 3) = str2double(gyro(3));
            gv(i, 4) = i;
        otherwise
            disp('not implemented response-reception');
        end
end

如果不了解數據是如何查詢和接收的，就很難理解上述switch case的原因。

我之前設置了一個 segger RT 查看器控制臺來查看調試語句的輸出，然后運行 ??android 演示應用程序，其想法是了解查詢和解析是如何完成的。

從 android 應用程序和自定義服務固件應用程序捕獲命令。

?

在下面的代碼中可以看到加速度計和陀螺儀命令解析是如何實現的。變量是 4 行的數組，前三行包含加速度和陀螺儀的 X、Y 和 Z 分量，最后一個只是跟蹤接收到的樣本的索引。

編寫示例代碼以允許在給定時間段內進行采樣，然后停止，在這種情況下，每 200 毫秒請求一次采樣。

record_length = 60;
sample_rate = 5;       %samples per second.
rsamples = record_length*sample_rate;
i = 1;
dv = zeros(10,4);
gv = zeros(10,4);


disp('start acquisition loop');
% request data every sampling period
while true
    write(txc, 'A/AO/A');               % accel data
    %     write(txc, 'G/AO/AR');        % gyro data
    if(i > rsamples)
        return;
    else
        pause(1/sample_rate);
        i = i + 1;
    end
end

為了加快采樣速度，需要對固件進行修改，因為傳感器已經配置為每 1/5 秒中斷一次。其摘錄如下所示，位于文件 CSN_AO.c 中

retval += BHI160_NDOF_EnableSensor(BHI160_NDOF_S_LINEAR_ACCELERATION,
CSN_AO_SensorCallback, 5);

在這種情況下，5 是每秒的采樣率。增加采樣率是必要的，但也有必要在不影響數據的情況下測試它的速度，在這種情況下，我們每 200 毫秒向自定義特征發送一個 BLE 查詢，但隨著速度的加快，這可能會帶來一些問題。因此，更好的方法可能是重寫自定義特征以在緩沖區中保存一些樣本并每 200 毫秒傳輸一次。在這種情況下，回調函數CSN_AO_SensorCallback是開始修改的關鍵。

但回到我們的測試，在使用 60 秒運行捕獲后，我們得到了一個包含 4 行的數組，每行有 300 個樣本。

Matlab 中的變量視圖。

?

在繪制了一些運動的加速度計數據后，我用手臂在 RSL10 板上做了一些動作。

手臂上/下運動的 Matlab 加速度計圖。

?

數據以樣本計數而非物理量表示。我嘗試使用以下公式轉換為 m/s2。

dvmod = (dv/32768)*4*9.80665/3.2808;

似乎必須進一步縮放原始值才能獲得 m/s2，不是 100% 肯定，但如果該值以 ft/s2 為單位，則這些值更有意義。上式中，數字 4 為動態范圍。

?

走在 m/s2 值。

?

?

步態數據采集。

以類似的方式進行了一次小步行以捕獲加速度計和陀螺儀數據。

加速度計步行捕捉。

?

陀螺儀步行捕捉。

?

結論。

該項目展示了擁有一個低成本平臺來研究步態模式和人體一般運動的可行性。它可以移植，SDK 示例是進一步修改的良好起點。