一種步態計步方法及計步器的制造方法

一種步態計步方法及計步器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種步態計步方法及計步器，該計步器可以佩戴于手腕或身體其他部位，對佩戴者的不同種類的步態進行精確計步。本發明通過對加速度傳感器的輸出信號進行分析產生兩組動態的閾值參數和一組動態的時間參數；當加速度輸出信號變化值大于第一個閾值參數并且向下跨過第二個閾值參數時對步數進行擬計步；將兩次擬計步之間的時間與相應的動態時間參數比較以確定是否進行下一步檢測；進入腕帶式計步特征比較階段并做出判定；而后，判斷擬計步是否符合特定計數規則參數；判斷其是否符合相應步態規則參數以確定是否對相應的步態進行計步。實施本發明可以使佩戴者將計步器佩戴于手腕或其他身體部位而得到不同步態的精確計步。
【專利說明】一種步態計步方法及計步器

【技術領域】
[0001]本發明涉及消費類應用電子【技術領域】，尤其涉及一種能夠對使用者步數進行計數的步態計步方法及計步器的設計。

【背景技術】
[0002]計步器通過加速度傳感器檢測步行者的上下方向的加速度，并基于該檢測值的變化而對步數或身體運動進行計數，并對該計數出的步數進行數值顯示。近些年，計步器不僅能夠計測步數，還能夠對不同的步態，如走路狀態、跑步狀態等進行檢測。
[0003]然而，在實際運動過程中，散步及慢跑是很多人選擇的有氧運動方式，但是，悠閑的散步過程往往是慢走甚至踱步，即存在兩只腳同時著地那樣的移動狀態，這兩種運動方式將明顯有別于常速走路時，即在一只腳著地的瞬間另一只腳隨即騰空那樣的移動狀態，加速度的變化特征。相似的，跑步過程加速度變化劇烈，將導致計步器設備因為慣性而產生與人體不同步的震動，由此，跑步、慢走甚至踱步時每步中包含更多的噪聲，尤其是對于腕帶式計步器，噪聲將被手部震動放大到跟特征點相混淆的程度。作為現有技術，申請號為:201110179731.3的中國專利申請提出利用檢測加速度峰值及兩步之間時間間隔長短來判定是否跨步，在此種方法中，若上述噪聲峰值與跨步峰值之間時間間隔仍在設定的時間范圍內，則噪聲被誤計，將產生計步偏多，若噪聲峰值與跨步峰值之間時間間隔在設定的時間范圍外，將造成此次跨步無效，導致漏計，因此將無法準確地對上述種類步態進行計數。
[0004]另外，在上述的現有的計步器中，當將計步器佩戴于手腕運動時，由于運動中存在擺臂動作，手臂擺動過程中的水平運動，會導致利用傳統矢量合成求模值方法得到的加速度變化值減弱，這將不利于利用此加速度變化值并將其近似當做垂直加速度變化量來判斷跨步的計步方案的檢測；并且，當佩戴者快速步行時，擺臂頻率提高，使得平行于擺臂方向的加速度變化增強，并且變化強度將大于垂直地面方向的加速度變化，這將不利于利用最大變化量加速度軸計步的計步器方案的跨步檢測。因此，佩戴于手腕運動時會導致現有的計步器方案無法準確地對步數進行計數。同時，現有技術中對步態的檢測僅僅利用時間間隔判斷走步類型，很難精確的判斷出正確步態，例如快走時擺臂頻率往往較高，與慢跑頻率相當，此時即會產生步態類型誤判，從而使步態計步準確度降低。


【發明內容】

[0005]本發明的目的是為了解決現有技術中對步態檢測存在的問題而提供一種步態計步方法及計步器。
[0006]本發明的技術方案是:一種步態計步方法，具體包括:
[0007]S1、加速度傳感器根據設定的采用頻率采集佩戴者運動時產生的加速度信號；
[0008]S2、對加速度傳感器數數的加速度信號進行采樣濾波，還原出加速度傳感器所產生的加速度信號及時域波形中的特征值；
[0009]S3、在設定時間內根據所述步驟S2得到的加速度信號產生第一動態閥值參數、第二動態閥值參數以及動態時間參數；
[0010]S4、將當次采集到的加速度信號與所述步驟S3得到的第一動態閥值參數、第二動態閥值參數以及動態時間參數進行比較，若進行比較后符合要求則進入步驟S5，否則重新采集加速度信號進行比較；
[0011]S5、對滿足所述步驟S4的數據進行檢測，當首次開始擬計數且計數以設定的規律累計超過預設次數時，將擬計數進行步驟S6的判定，若當計數存在設定的規律，但突然失去規律超過預設的次數或時間時放棄此次擬計數，繼續尋找規律；
[0012]S6、對兩次擬計步之間的時間進行檢測，并對形成擬計步的加速度數據進行檢測，當兩次擬計步之間的時間和加速度數據變化值同時符合設定條件時，判定使用者的此次計步的步態為步行狀態、跑步狀態、或是其他運動狀態，否則放棄擬計步數據；
[0013]S7、對不同步態的計步結果進行統計分析，得出全部步數及不同運動狀態的步數。
[0014]進一步的，所述步驟SI中的采用頻率設定為50Hz。
[0015]進一步的，所述步驟S3中的第一動態閥值參數根據設定時間內加速度變化值的大小設定，第一動態閥值參數用于判定加速度變化速度是否足夠快，進而判定此時的運動狀態；所述第二動態閥值參數為設定時間內加速度的最大值和最小值的中值；所示動態時間參數根據設定時間內加速度變化值的大小設定，用于判定兩次擬計步之間的時間間隔是否符合人體運動規律。
[0016]進一步的，所述步驟S3中的設定時間為20ms。
[0017]進一步的，所述步驟S4的具體比較過程為:
[0018]S41、若加速度信號的變化值大于第一動態閥值參數，且加速度值處于減小狀態，當加速度值減小到第二動態閥值參數以下，則進行擬計步；
[0019]S42、將上述步驟S41進行的兩次擬計步的間隔時間與動態時間參數進行比較，若該間隔時間在動態時間參數的范圍內，則進入步驟S5。
[0020]同樣為了解決技術問題本發明還提供了一種步態計步器，具體包括:加速度傳感器模塊、采樣濾波模塊、參數產生模塊、計步特征判定模塊、計數規則判定模塊、步態規則判定模塊以及計數模塊；
[0021]所述加速度傳感器模塊用于輸出佩戴者運動時產生的加速度信號；
[0022]所述采樣濾波模塊用于對加速度傳感器數數的加速度信號進行采樣濾波，還原出加速度傳感器所產生的加速度信號及時域波形中的特征值；
[0023]所述參數產生模塊包括第一動態閥值參數產生單元、第二動態閥值參數產生單元以及動態時間參數產生單元，所述參數產生模塊用于在預設間隔時間周期內根據采樣濾波模塊還原得到的加速度信號產生第一動態閥值參數、第二動態閥值參數以及動態時間參數；
[0024]所述計步特征判定模塊用于根據參數產生模塊生成的各類參數判定當前得到的加速度信號符合的規律；
[0025]所述計數規則判定模塊用于對符合計步特征判定模塊數據進行檢測，當首次開始擬計數且計數以設定的規律累計超過預設次數時，將擬計數進行步態規則判定模塊的判定，若當計數存在設定的規律，但突然失去規律超過預設的次數或時間時放棄此次擬計數，繼續尋找規律；
[0026]所述步態規則判定模塊用于對兩次擬計步之間的時間進行檢測，并對形成擬計步的加速度數據進行檢測，當兩次擬計步之間的時間和加速度數據變化值同時符合設定條件時，判定使用者的此次計步的步態為步行狀態、跑步狀態、或是其他運動狀態，否則放棄擬計步數據；
[0027]所述計數模塊用于對不同步態的計步結果進行統計分析，得出全部步數及不同運動狀態的步數。
[0028]本發明的有益效果是:本發明一種步態計步方法及計步器，通過設置合理得計步規則對使用者的不同運動狀態進行記錄，在基于現有技術的基礎上能夠不增加成本，如電量消耗、處理器資源占用等情況，可以有效得對使用者將計步器佩戴于手腕或者其他部位更精確的測量各種步態的步數。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1為本發明實施例一種步態計步方法的系統流程圖；
[0030]圖2為本發明實施例一種步態計步器的結構框圖；
[0031]圖3為本發明實施例一種步態計步方法中步驟2采樣濾波過程的具體流程框圖；
[0032]圖4為本發明實施例一種步態計步方法中步驟S3生成各類動態參數的具體流程框圖；
[0033]圖5為本發明實施例一種步態計步方法中用于說明本實施方式的步數的計數的概略情況的圖；
[0034]圖6為本發明實施例一種步態計步方法中步驟S4中計步特征判定過程的具體流程框圖；
[0035]圖7為本發明實施例一種步態計步方法中步驟S5中計數規則、時間參數判定過程的具體流程框圖；
[0036]圖8為本發明實施例一種步態計步方法中步驟S6中步態判定過程的具體流程框圖。

【具體實施方式】
[0037]下面結合附圖和具體的實施例對本發明作進一步的闡述。
[0038]如圖1所示為本發明一種步態計步方法的系統流程圖，具體包括:
[0039]S1、加速度傳感器根據設定的采用頻率采集佩戴者運動時產生的加速度信號；
[0040]S2、對加速度傳感器數數的加速度信號進行采樣濾波，還原出加速度傳感器所產生的加速度信號及時域波形中的特征值；
[0041]S3、在設定時間內根據所述步驟S2得到的加速度信號產生第一動態閥值參數、第二動態閥值參數以及動態時間參數；
[0042]S4、將當次采集到的加速度信號與所述步驟S3得到的第一動態閥值參數、第二動態閥值參數以及動態時間參數進行比較，若進行比較后符合要求則進入步驟S5，否則重新采集加速度信號進行比較；
[0043]S5、對滿足所述步驟S4的數據進行檢測，當首次開始擬計數且計數以設定的規律累計超過預設次數時，將擬計數進行步驟S6的判定，若當計數存在設定的規律，但突然失去規律超過預設的次數或時間時放棄此次擬計數，繼續尋找規律；
[0044]S6、對兩次擬計步之間的時間進行檢測，并對形成擬計步的加速度數據進行檢測，當兩次擬計步之間的時間和加速度數據變化值同時符合設定條件時，判定使用者的此次計步的步態為步行狀態、跑步狀態、或是其他運動狀態，否則放棄擬計步數據；
[0045]S7、對不同步態的計步結果進行統計分析，得出全部步數及不同運動狀態的步數。
[0046]本發明一種步態計步方法首先經過初始化后的加速度傳感器以一定的采樣速率采集物理加速度的數字化信號，在本發明中采樣頻率根據人體運動的實際情況采取每20ms采樣一次的速率，接著對每個周期采樣而來的原始數字化信號進行處理，通常是根據一定的算法還原出真正的物理加速度量，在下文中將詳細介紹該算法的具體步驟；當采樣達到一定次數時我們將生成各種用于判定用戶走步的動態參數，本發明中我們將具體的次數設定50次，因為采樣50次為一秒，這個較短的時間可以保證實時的更新動態參數又不至于參數更新太頻繁而占用系統資源；然后我們將經過計步特征判定過程，特別是當使用者將計步器佩戴于手腕上時，能夠準確的利用之前產生的各動態參數對用戶是否可能跨步進行判斷；隨后經過計數規則判定來排除手部運動等導致的錯誤計步；最后對每一次跨步進行步態判定，確定用戶以何種步態進行跨步；在步態判定結束后，系統將經過存儲機構對計步數據進行存儲。
[0047]針對上述方法，本發明還提供了一種步態計步器，其結構框圖如圖2所示，具體包括:加速度傳感器模塊、采樣濾波模塊、參數產生模塊、計步特征判定模塊、計數規則判定模塊、步態規則判定模塊以及計數模塊；
[0048]所述加速度傳感器模塊用于輸出佩戴者運動時產生的加速度信號；
[0049]所述采樣濾波模塊用于對加速度傳感器數數的加速度信號進行采樣濾波，還原出加速度傳感器所產生的加速度信號及時域波形中的特征值；所述采樣及濾波模塊可以對加速度傳感器的輸出信號進行解析處理，當計步器處于運動狀態時，加速度傳感器的輸出信號可能由于溫度漂移或噪聲問題產生不符合實際物理量變化的輸出，則該采樣濾波模塊可以以特定的采樣頻率采樣并對數據進行求和濾波，以消除噪聲影響，還原出真實的運動加速度變化信號；上述求和濾波是指將相鄰的幾次采樣值進行求和，然后除以求和的項數，這樣可以消除由噪聲產生的加速度值的突變。
[0050]所述參數產生模塊包括第一動態閥值參數產生單元、第二動態閥值參數產生單元以及動態時間參數產生單元，所述參數產生模塊用于在預設間隔時間周期內根據采樣濾波模塊還原得到的加速度信號產生第一動態閥值參數、第二動態閥值參數以及動態時間參數；
[0051]其中，所述第一動態閾值參數產生單元是根據一定時間內加速度變化值的大小，以設定相應的參數值，此參數值將用于判定加速度變化速度是否足夠快，進而判定此時是否有可能處于某種強度的運動狀態，如慢走、跑步等，當滿足此項判定時才進行下一步判定；第二動態閾值參數產生單元是根據一定時間內加速度值的大小，以設定相應的參數值，其通過獲取一定時間內加速度的最大值和最小值，并將最大值和最小值的中值作為此參數值，當檢測到加速度值減小并且減小幅度大于上述第一動態閾值參數時，如果加速度值跨過第二動態閾值參數時將擬計步并進行下一步判定，上述一定時間是可以設定的某個值，通常為0.2s,即人體每步最短可能的時間；動態時間參數產生單元是根據一定時間內加速度變化值的大小，以設定相應的時間參數值，此組參數值將用于判定兩次某種強度的擬計步之間的時間間隔是否符合人體運動規律，若判定有效則進行下一步判定。
[0052]所述計步特征判定模塊用于根據參數產生模塊生成的各類參數判定當前得到的加速度信號符合的規律；
[0053]所述計數規則判定模塊用于對符合計步特征判定模塊數據進行檢測，當首次開始擬計數且計數以設定的規律累計超過預設次數時，將擬計數進行步態規則判定模塊的判定，若當計數存在設定的規律，但突然失去規律超過預設的次數或時間時放棄此次擬計數，繼續尋找規律；
[0054]所述步態規則判定模塊用于對兩次擬計步之間的時間進行檢測，并對形成擬計步的加速度數據進行檢測，當兩次擬計步之間的時間和加速度數據變化值同時符合設定條件時，判定使用者的此次計步的步態為步行狀態、跑步狀態、或是其他運動狀態，否則放棄擬計步數據；
[0055]所述計數模塊用于對不同步態的計步結果進行統計分析，得出全部步數及不同運動狀態的步數。
[0056]為了本領域技術人員能夠更清楚得理解本發明，下面將對每個步驟及模塊進行詳細描述:
[0057]如圖3所示為所述步驟2采樣濾波過程的具體流程圖，
[0058]首先經由S107步驟讀取原始加速度數據，再將讀取的加速度原始數據轉交S108步驟將原始數據合成為實際的16位加速度變化量，具體合成過程為將高八位數據左移八位后和低八位相加得到16位數據；為了濾除可能存在的沖擊噪聲以及變化速度過快的加速度量，我們采用步驟S109，四次數據相加求均值的方式來獲得相對平穩真實的加速度變化數據，其具體計算過程為:
[0059]DX= (Dxl+Dx2+Dx3+Dx4) / 4
[0060]DY = (Dyl+Dy2+Dy3+Dy4)/4
[0061]DZ= (Dz 1+Dz2+Dz3+Dz4) / 4
[0062]其中Dx、Dy、Dz為直接采樣的初始數據，DX、DY、DZ為經過濾波處理后的數據。
[0063]得到濾波處理后的數據后，即通過上述四次求和取平均的計算過程后，將其與最大值寄存器和最小值寄存器內數值進行對比，如果得到DX、DY、DZ大于當前最大值寄存器內數值或小于當前最小值寄存器內數值，則將相應的最大值或最小值更新為得到的最新加速度值的最大值或最小值；若該值小于當前最大值或大于當前最小值，則不需更新最值，返回前一步等待下一次處理數據到來并進行比較，經過此步驟，即步驟SllO后對最值等中間數據進行存儲。
[0064]如圖4所示為所述步驟S3生成各類動態參數的具體流程，
[0065]首先由SI 13步驟記錄采樣次數，采樣次數是通過在每次采樣濾波后將采樣次數加一來實現計數的，緊接著進行步驟S114對采樣次數進行判斷，若采樣次數小于50則返回等待采樣次數達到50而不進行動態參數的更新，當采樣次數大于等于50時將進行步驟S115第二動態閾值參數的生成，則所述第二動態閥值參數生成的具體過程為:
[0066]首先,利用加速度信號的最大值與最小值求出在50次采樣時間內加速度的最大變化量，具體公式為:
[0067]_vpp [X] = _max [X] -_min [X]
[0068]_vpp [Y] = _max[Y]-_min[Y]
[0069]_vpp [Z] = _max [Z] -_min [Z]
[0070]其中，_vpp [X]、_vpp [Y]、_vpp [Z]分別為X、Y、Z軸的加速度最大變化量,_max []、_min[]為各軸向加速度的最大值和最小值；
[0071]然后，將加速度的最小值與加速度最大變化量的一半相加，即得到第二動態閾值參數，如圖4所示,具體公式為:
[0072]_dc [X] = _min [X] + (_vpp [X] / 2)
[0073]_dc [Y] = _min [Y] + (_vpp [Y]/2)
[0074]_dc [Z] = _min [Z] + (_vpp [Z] / 2)
[0075]其中_dc [X]、_dc [Y]、_dc [Z]分別為各軸向的第二動態閾值參數；
[0076]在進行下一步判定第一動態閾值參數前需要判斷各軸向加速度變化量_vpp[]所屬區間，即步驟S116，將各軸向的加速度變化量_vpp[]與設定的區間值進行比較，進而判斷該時間段內加速度變化的水平。而后，根據不同的加速度變化區間設定不同的第一動態閾值參數，該第一動態閾值參數用于判定加速度變化速度是否足夠快，進而判定此時是否有可能處于某種強度的運動狀態，如慢走、跑步、快走等；第一動態閾值參數可以理解為判定兩次采樣數據是否有效的變化量的最小值。如圖5中所示，第一動態閾值參數表示曲線下降的最小斜率，低于此斜率的變化特征將被舍棄，圖5中不會擬計步的部分即為此種情況。而具體第一動態閾值參數的設定方式是將每次采樣區間內加速度變化量的大小除以一定的系數或直接設定某值來實現的，該系數的取值或直接設定的某值是對人體運動數據采樣分析得到的，再此本發明不作詳細分析說明。例如，我們可以用如下方式得到第一動態閾值參數:
[0077]—precision[j] = _vpp[j]/32 ；
[0078]—precision[j] = _vpp[j]/30 ；
[0079]—precision[j] = _6 ；
[0080]其中_precision[j]為各軸向不同加速度區間的第一動態閾值參數，_vpp[j]為各軸向加速度變化量。
[0081]步驟S118為對不同加速速度變化量區間進行動態時間參數判定，該動態時間參數將用于判定兩次跨步的時間間隔是否合適，進而判定此次跨步是否有效。此動態時間參數的設定是根據不同的加速度變化量來確定的，具體確定方法是根據人體運動過程中不同的步頻與步幅下加速度變化規律來設定的。例如，在某個加速度變化區間下的動態時間參數設定如下:
[0082]_TIMEWIND0ff_MIN[jtemp] = 7 ；
[0083]_TIMEWIND0ff_MAX [ jtemp] =40;
[0084]其中，_HMEWIND0W_MIN[jtemp]表示兩次跨步時間間隔的最小歸一化值，_TIMEWIND0ff_MAX[jtemp]表示兩次跨步時間間隔的最大歸一化值。
[0085]動態時間參數產生單元產生的時間參數是動態的,具有自適應性,它根據一定時間內加速度變化值的大小，當變化值處于某個區間時，即粗略地對應此時運動狀態為某種步態，對其設定相應的時間參數，此參數代表不同步態下單步可能的時間范圍，相鄰的時間范圍之間有部分重疊，以防止明確界限可能造成的計步失誤。同時，在計數規則判定過程中，當計步時間間隔小于上述動態時間參數時，忽略掉新的一步，并且時間間隔仍從舊的一步計起，當下一步來臨時再度判斷時間參數。通過上述的動態時間參數和計數規則的判定，即有效地避免了散步(包括慢走和踱步)、跑步的振動噪聲導致的在散步時由于噪聲頻率可能與跑步頻率相仿，而產生的計步準確度降低問題。
[0086]如圖6所示為所述步驟S4中計步特征判定過程的具體流程框圖，在經過所述步驟S3各個動態參數設定完成后即進行計步特征判定。
[0087]首先，將采樣數據處理后與第一動態閾值參數進行比較，以確定是否將該數據保留并進行下一步判定過程。其中，比較的具體過程為:首先設定兩個寄存器_new_fixed [jtemp]、_old_fixed[jtemp],分別存儲新采樣的加速度值,和前一次舊采樣加速度值；每次經過此步驟時將_new_fixed [jtemp]中值賦給_old_fixed [jtemp],然后判斷是否將_new_fixed[jtemp]中值更新為新采樣到的加速度值,此判斷過程即與第一動態閾值參數比較的過程:若新采樣到的加速度值大于等于寄存器_new_fixed[ jtemp]中的加速度值,則繼續判斷新采樣到的加速度值與寄存器_new_fixed[jtemp]中的加速度的差值是否大于等于第一動態閾值參數，若成立，則將新采樣到的加速度值賦給寄存器_new_fixed[ jtemp];若新采樣到的加速度值小于寄存器_new_fixed[jtemp]中的加速度值,則判斷寄存器_new_fixed [jtemp]中的加速度值與新采樣到的加速度的差值是否大于等于第一動態閾值參數，若成立，則將新采樣到的加速度值賦給寄存器_neW_fiXed[jtemp]。若以上判斷中提到的差值小于第一動態閾值參數則此次數據未更新到寄存器_new_fixed[jtemp]中，返回到前一步等待下一次數據到達。
[0088]然后，將XYZ三個軸向的最大加速度變化值進行比較，得到最大的加速度變化軸；同時，將XYZ三個軸向各自的第二動態閾值參數進行比較，取最大的第二動態閥值參數對應的軸為垂直地面軸，因為第二動態閾值參數實際為一段時間內加速度的平均值，由于重力加速度的影響，加速度平均值最大的軸一定為垂直地面方向的軸。
[0089]由于運動中存在擺臂動作，手臂擺動過程中的水平運動，會導致利用傳統矢量合成求模值方法得到的加速度變化值減弱，這將不利于利用此加速度變化值并將其近似當做垂直加速度變化量來判斷跨步的計步方案的檢測；并且，當佩戴者快速步行時，擺臂頻率提高，使得平行于擺臂方向的加速度變化增強，并且變化強度將大于垂直地面方向的加速度變化，這將不利于利用最大變化量加速度軸計步的計步器方案的跨步檢測。因此，在本發明申請方案中，我們利用檢測加速度最大變化量軸作為有效軸，但當檢測到有另外一軸加速度變化增強到一定閾值時，判斷即將進入快走狀態，此時平行擺臂方向的加速度變化最強，且加速度變化以每兩步為周期，需變更計步方案以適應新的波形特征。具體過程為:判斷最大加速度變化軸向與另一軸向加速度變化值之差小于某值時，將變化計步方案，將垂直地面軸作為有效軸向(垂直地面軸的判斷已在前敘述)，利用垂直地面軸向進行計步，上述所述的某值，是根據對人體步伐運動規律的研究來設定的，若仍采用以最大加速度變化軸為有效軸進行計步則導致計步數據大幅偏差，即步驟S122 ；
[0090]若上步中最大加速度變化軸向與另一軸向加速度變化值之差大于某值，則需以最大加速度變化軸為有效軸進行判定，即步驟S123的判斷過程。該判定過程意在實現當加速度值處于減小過程中并且向下跨過第二動態閾值參數時進行擬計步并進入下一步判定中進一步分析。
[0091]具體實現過程是通過判斷步驟S119中最大加速度變化軸向相應的寄存器_ο IdJixed [jtemp]中的加速度值是否大于等于第二動態閾值參數并且寄存器_new_fixed [jtemp]中的值是否小于第二動態閾值參數來確定的，若上述兩個寄存器中的加速度值同時滿足上述與第二動態閾值參數之間的關系，則判定該次采樣進行擬計步；
[0092]若上步中最大加速度變化軸向與另一軸向加速度變化值之差小于某值，則需以垂直地面軸為有效軸進行判定，即步驟S124。具體實現過程是通過判斷步驟S119中垂直地面軸向相應的寄存器_old_fixed[jtemp]中的加速度值是否大于等于第二動態閾值參數并且寄存器_new_fixed[jtemp]中的值是否小于第二動態閾值參數來確定的,若上述兩個寄存器中的加速度值同時滿足上述與第二動態閾值參數之間的關系，則判定該次采樣進行擬計止/J/ O
[0093]如圖7所示為所述步驟S5中計數規則、時間參數判定過程的具體流程框圖，在經過所述步驟S4計步特征判定后若符合計步條件，即成功進行擬計步后將進行計數規則、時間參數判定。該判定過程意在實現擬計步必須符合相應加速度變化區間的動態時間參數時才進行下一步判定，同時當首次開始擬計步且計步以某種規律累計超過一定次數時，才將擬計數進行下一步判定。或者當計數存在某種規律，但突然失去規律超過一定次數或時間時放棄此次擬計數，繼續尋找規律。
[0094]具體實施過程為:首先設定一個規律標志位、計步緩存寄存器和無效計步緩存寄存器，該標志位和兩個寄存器均在程序開始時初始化。數據送來時，先通過步驟S126規律標志位判斷該次跨步是否為第一步，若是第一步，則直接將計步緩存寄存器加一并且回到程序起始處等待下次擬計步到來；若不是第一步則進行步驟S128判斷該次擬計步與前一次擬計步之間的時間間隔是否符合時間動態參數，該時間間隔獲取方法是先設定一個寄存器用于記錄中間數據并換算該時間間隔，然后在每次采樣后將此寄存器加一，由于采樣率是我們設定的，在這里為50Hz，因此可以根據寄存器數值換算出兩次擬計步之間的時間間隔。
[0095]若時間間隔在動態時間參數區間內，則進行步驟S137判斷計步緩存器中數據是否大于設定的步伐規律數，若大于則表明已找到規律，直接進行步驟S140將計步值加一并進入所述步驟S6的步態判定過程。若計步緩存器中數據小于設定的步伐規律數，則表明還未找到規律，進行步驟S138將計步緩存器加一，再判斷是否達到所設定的規律數；若判定結果為是，則將計步值加一并進入步態判定機構；若判定結果為否，則返回至程序初等待下一次擬計步到來。
[0096]若時間間隔不在動態時間參數區間內，則進行步驟S129判斷是否小于動態時間區間，若判斷結果為否，即大于動態時間區間，則計步緩存器賦值為一，進行步驟S136重新尋找規律；若判定結果為是，則進行步驟S130繼續判斷是否已找到規律；若未找到規律，則重新尋找規律，不需清零；若已找到規律，則進行步驟S131將無效計步緩存寄存器加一，然后進行步驟S132繼續判斷無效計步緩存寄存器是否達到規定的失去規律的次數；若未達到規定的失去規律的次數，則只丟棄此步擬計步，且不作任何清零處理；若已達到規定的失去規律的次數則需重新尋找規律，將計步緩存器賦值為一。
[0097]如圖8所示為所述步驟S6中步態判定過程的具體流程框圖，進入步態判定過程，將對每次計步進行分析，得出每次跨步的具體步態類型。該判定機構意在將兩次擬計步之間的時間間隔與人體運動規律相匹配，同時對產生每次擬計步的加速度變化值進行檢測與對比來最終準確判斷該次跨步為哪種步態類型。其具體過程為:
[0098]首先進行步驟S141記錄兩次擬計步之間的時間，該時間間隔獲取方法是先設定一個寄存器用于記錄中間數據并換算出該時間間隔，然后在每次采樣后將此寄存器加一，由于采樣率是我們設定的，在這里為50Hz，因此可以根據寄存器數值換算出兩次擬計步之間的時間間隔。我們根據人體運動實驗獲取時間間隔和加速度變化量數據庫，將跨步分為慢走(包括踱步，散步等)、走、快走、跑步四種類型，也可根據實際情況合并相鄰區間減少類型。
[0099]而后進行步驟S142判定兩次擬計步之間的時間是否符合相應的步態區間，若時間間隔符合某種步態區間，則繼續進行步驟S143判斷加速度變化大小是否符合該步態區間的數據庫變化區間值。若滿足相應的步態區間數據庫各參數范圍，則將最終判定該次跨步為相應的步態下有效跨步，并對相應的步態計數結果進行更新。
[0100]本領域的普通技術人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發明的原理，應被理解為本發明的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領域的普通技術人員可以根據本發明公開的這些技術啟示做出各種不脫離本發明實質的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發明的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種步態計步方法,其特征在于,具體包括: S1、加速度傳感器根據設定的采用頻率采集佩戴者運動時產生的加速度信號； S2、對加速度傳感器數數的加速度信號進行采樣濾波，還原出加速度傳感器所產生的加速度信號及時域波形中的特征值； S3、在設定時間內根據所述步驟S2得到的加速度信號產生第一動態閥值參數、第二動態閥值參數以及動態時間參數； S4、將當次采集到的加速度信號與所述步驟S3得到的第一動態閥值參數、第二動態閥值參數以及動態時間參數進行比較，若進行比較后符合要求則進入步驟S5，否則重新采集加速度信號進行比較； S5、對滿足所述步驟S4的數據進行檢測，當首次開始擬計數且計數以設定的規律累計超過預設次數時，將擬計數進行步驟S6的判定，若當計數存在設定的規律，但突然失去規律超過預設的次數或時間時放棄此次擬計數，繼續尋找規律； S6、對兩次擬計步之間的時間進行檢測，并對形成擬計步的加速度數據進行檢測，當兩次擬計步之間的時間和加速度數據變化值同時符合設定條件時，判定使用者的此次計步的步態為步行狀態、跑步狀態、或是其他運動狀態，否則放棄擬計步數據； S7、對不同步態的計步結果進行統計分析，得出全部步數及不同運動狀態的步數。
2.如權利要求1所述的一種步態計步方法，其特征在于，所述步驟SI中的采用頻率設定為50Hz。
3.如權利要求1所述的一種步態計步方法，其特征在于，所述步驟S3中的第一動態閥值參數根據設定時間內加速度變化值的大小設定，第一動態閥值參數用于判定加速度變化速度是否足夠快，進而判定此時的運動狀態；所述第二動態閥值參數為設定時間內加速度的最大值和最小值的中值；所示動態時間參數根據設定時間內加速度變化值的大小設定，用于判定兩次擬計步之間的時間間隔是否符合人體運動規律。
4.如權利要求3所述的一種步態計步方法，其特征在于，所述步驟S3中的設定時間為20ms。
5.如權利要求1所述的一種步態計步方法，其特征在于，所述步驟S4的具體比較過程為: S41、若加速度信號的變化值大于第一動態閥值參數，且加速度值處于減小狀態，當加速度值減小到第二動態閥值參數以下，則進行擬計步； S42、將上述步驟S41進行的兩次擬計步的間隔時間與動態時間參數進行比較，若該間隔時間在動態時間參數的范圍內，則進入步驟S5。
6.一種步態計步器，其特征在于，具體包括:加速度傳感器模塊、采樣濾波模塊、參數產生模塊、計步特征判定模塊、計數規則判定模塊、步態規則判定模塊以及計數模塊； 所述加速度傳感器模塊用于輸出佩戴者運動時產生的加速度信號； 所述采樣濾波模塊用于對加速度傳感器數數的加速度信號進行采樣濾波，還原出加速度傳感器所產生的加速度信號及時域波形中的特征值； 所述參數產生模塊包括第一動態閥值參數產生單元、第二動態閥值參數產生單元以及動態時間參數產生單元，所述參數產生模塊用于在預設間隔時間周期內根據采樣濾波模塊還原得到的加速度信號產生第一動態閥值參數、第二動態閥值參數以及動態時間參數；所述計步特征判定模塊用于根據參數產生模塊生成的各類參數判定當前得到的加速度信號符合的規律； 所述計數規則判定模塊用于對符合計步特征判定模塊數據進行檢測，當首次開始擬計數且計數以設定的規律累計超過預設次數時，將擬計數進行步態規則判定模塊的判定，若當計數存在設定的規律，但突然失去規律超過預設的次數或時間時放棄此次擬計數，繼續尋找規律； 所述步態規則判定模塊用于對兩次擬計步之間的時間進行檢測，并對形成擬計步的加速度數據進行檢測，當兩次擬計步之間的時間和加速度數據變化值同時符合設定條件時，判定使用者的此次計步的步態為步行狀態、跑步狀態、或是其他運動狀態，否則放棄擬計步數據； 所述計數模塊用于對不同步態的計步結果進行統計分析，得出全部步數及不同運動狀態的步數。
【文檔編號】G01C22/00GK104075730SQ201410312858
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月2日 優先權日:2014年7月2日
【發明者】康凱, 陳陽, 宋佳敏, 鄭清友, 熊翼通 申請人:電子科技大學