一種基于腳腕運(yùn)動(dòng)速度檢測(cè)的計(jì)步裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于腳腕運(yùn)動(dòng)速度檢測(cè)的計(jì)步裝置，屬于人體運(yùn)動(dòng)信息檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。包括外殼、電路板、單軸微機(jī)械加速度計(jì)、籃牙模塊和藍(lán)牙天線。外殼通過(guò)腕帶配戴在腳腕處，電路板固定在外殼上，單軸微機(jī)械加速度計(jì)、籃牙模塊和藍(lán)牙天線固定在電路板上；單軸微機(jī)械加速度計(jì)的信號(hào)輸出端與籃牙模塊中的單片機(jī)信號(hào)輸入端相連接，籃牙模塊的射頻信號(hào)輸出端與藍(lán)牙天線的信號(hào)輸入端相連接。本計(jì)步裝置通過(guò)單軸微機(jī)械加速度計(jì)和籃牙模塊中的單片機(jī)直接檢測(cè)行走時(shí)腳腕處產(chǎn)生的水平運(yùn)動(dòng)速度，利用腳腕運(yùn)動(dòng)速度信號(hào)的脈沖數(shù)來(lái)進(jìn)行計(jì)步。由于單軸微機(jī)械加速度計(jì)的敏感方向與地面平行，可有效消除外界振動(dòng)干擾對(duì)計(jì)步結(jié)果的影響，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。
【專利說(shuō)明】
一種基于腳腕運(yùn)動(dòng)速度檢測(cè)的計(jì)步裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種基于腳腕運(yùn)動(dòng)速度檢測(cè)的計(jì)步裝置，屬于人體運(yùn)動(dòng)信息檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]計(jì)步器作為一種便攜式健康管理工具，能夠量化并監(jiān)測(cè)人們的日常行走鍛煉的步數(shù)、步行中卡路里消耗量和燃燒脂肪量，讓人們可以很精確地對(duì)自己的健康進(jìn)行管理，達(dá)到適量運(yùn)動(dòng)的目的，因而計(jì)步器獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
[0003]人體在行走時(shí)，腳底與地面的間歇性撞擊，會(huì)使身體重心在垂直于地面的方向產(chǎn)生與步行頻率同步的上下振動(dòng)?，F(xiàn)有的計(jì)步器利用固定在手腕或放置在腰部的振動(dòng)傳感器來(lái)檢測(cè)出身體重心的上下運(yùn)動(dòng)，就能對(duì)行走步數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。由于身體的緩沖作用，腳底與地面撞擊產(chǎn)生的振動(dòng)傳導(dǎo)到腰部或手腕時(shí)，振動(dòng)幅度已大幅度衰減，計(jì)步結(jié)果易受電梯、交通工具等外界垂直振動(dòng)干擾的影響，降低計(jì)步器計(jì)步精度。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是提出一種基于腳腕運(yùn)動(dòng)速度檢測(cè)的計(jì)步裝置，利用行走時(shí)腳腕處產(chǎn)生的水平運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行計(jì)步，由于速度檢測(cè)方向與地面平行，因此對(duì)電梯、交通工具等外界垂直振動(dòng)干擾不敏感，只記錄實(shí)際的行走步數(shù)。
[0005]本發(fā)明提出的基于腳腕運(yùn)動(dòng)速度檢測(cè)的計(jì)步裝置，包括外殼、電路板、單軸微機(jī)械加速度計(jì)、籃牙模塊和藍(lán)牙天線；其中外殼通過(guò)腕帶戴在腳腕處，電路板固定在外殼上，單軸微機(jī)械加速度計(jì)、籃牙模塊和藍(lán)牙天線分別固定在電路板上;單軸微機(jī)械加速度計(jì)的信號(hào)輸出端與籃牙模塊的信號(hào)輸入端相連接，籃牙模塊的射頻信號(hào)輸出端與藍(lán)牙天線的信號(hào)輸入端相連接;所述的外殼，用于隨著腳腕的水平運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)加速度物理信號(hào);所述的單軸微機(jī)械加速度計(jì)，用于將外殼產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)加速度物理信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，單軸微機(jī)械加速度計(jì)的敏感方向?yàn)槟_腕運(yùn)動(dòng)方向；所述的籃牙模塊，內(nèi)置有單片機(jī)，用于對(duì)單軸微機(jī)械加速度計(jì)輸出的加速度電信號(hào)進(jìn)行采樣，同時(shí)對(duì)加速度數(shù)字信號(hào)進(jìn)行積分，獲得腳腕處的運(yùn)動(dòng)速度數(shù)字信號(hào);根據(jù)設(shè)定的閾值，將腳腕處的運(yùn)動(dòng)速度數(shù)字信號(hào)整形為矩形脈沖信號(hào)，并對(duì)矩形脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，得到行走的步數(shù)，最后將計(jì)步數(shù)據(jù)調(diào)制成2.4GHz的射頻信號(hào)輸出給藍(lán)牙天線;所述的藍(lán)牙天線，用于將籃牙模塊輸出的2.4GHz的射頻信號(hào)以無(wú)線方式傳輸?shù)街悄苁謾C(jī)進(jìn)行計(jì)步數(shù)據(jù)顯示。
[0006]本發(fā)明提出的基于腳腕運(yùn)動(dòng)速度檢測(cè)的計(jì)步裝置，其優(yōu)點(diǎn)是，該腳腕式計(jì)步裝置通過(guò)單軸微機(jī)械加速度計(jì)和單片機(jī)直接檢測(cè)行走時(shí)腳腕處產(chǎn)生的水平運(yùn)動(dòng)速度，利用速度信號(hào)的峰值進(jìn)行計(jì)數(shù)。由于單軸微機(jī)械加速度計(jì)的敏感方向與地面平行，對(duì)電梯、交通工具等外界振動(dòng)產(chǎn)生的垂直干擾不敏感，可有效消除外界振動(dòng)干擾對(duì)計(jì)步結(jié)果的影響。本發(fā)明提出的基于腳腕運(yùn)動(dòng)速度檢測(cè)的計(jì)步裝置測(cè)量方法簡(jiǎn)單可靠、抗垂直干擾能力強(qiáng)、靈敏度高，使用單軸微機(jī)械加速度計(jì)和籃牙模塊中的單片機(jī)測(cè)量腳腕速度，電路簡(jiǎn)單、成本較低。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1是本發(fā)明提出的基于腳腕運(yùn)動(dòng)速度檢測(cè)的計(jì)步裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]圖2是本發(fā)明提出的基于腳腕運(yùn)動(dòng)速度檢測(cè)的計(jì)步裝置電路原理框圖。
[0009]圖3是行走時(shí)腳腕運(yùn)動(dòng)速度變化示意圖。
[0010]圖1中，I是外殼，2是單軸微機(jī)械加速度計(jì)，3是內(nèi)置單片機(jī)的籃牙模塊，4是藍(lán)牙天線，5是電路板。
【具體實(shí)施方式】
[0011]本發(fā)明提出的基于腳腕運(yùn)動(dòng)速度檢測(cè)的計(jì)步裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括:外殼1、電路板5、單軸微機(jī)械加速度計(jì)2、內(nèi)置單片機(jī)的籃牙模塊3、藍(lán)牙天線4;外殼通過(guò)腕帶固定在腳腕上；電路板4通過(guò)螺釘固定在外殼上。單軸微機(jī)械加速度計(jì)2、內(nèi)置單片機(jī)的籃牙模塊3和藍(lán)牙天線4等電子元器件固定在電路板4上;單軸微機(jī)械加速度計(jì)的信號(hào)輸出端與籃牙模塊3內(nèi)的單片機(jī)信號(hào)輸入端相連接，籃牙模塊3的信號(hào)輸出端與藍(lán)牙天線4的信號(hào)輸入端相連接，如圖2所示。
[0012]本裝置的各器件的功能為:
[0013]外殼I，用于輸入行走時(shí)腳腕處產(chǎn)生的水平運(yùn)動(dòng)。
[0014]單軸微機(jī)械加速度計(jì)2，用于將外殼I產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)加速度物理信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，其敏感方向?yàn)槟_腕運(yùn)動(dòng)方向；
[0015]籃牙模塊3，內(nèi)置單片機(jī)，首先對(duì)加速度信號(hào)進(jìn)行積分，獲得腳腕處的運(yùn)動(dòng)速度，然后判斷速度信號(hào)的峰值并進(jìn)行計(jì)數(shù)，最后將計(jì)步數(shù)據(jù)調(diào)制成2.4GHz的射頻信號(hào)輸出給藍(lán)牙天線4;
[0016]藍(lán)牙天線4，用于將籃牙模塊3輸出的2.4GHz射頻信號(hào)以無(wú)線方式傳輸?shù)街悄苁謾C(jī)進(jìn)行進(jìn)行計(jì)步數(shù)據(jù)顯示；
[0017]電路板5，用于固定并連接單軸加速度傳感器2、籃牙模塊3和藍(lán)牙天線4，并將外殼I的運(yùn)動(dòng)傳遞給單軸加速度傳感器2。
[0018]本發(fā)明的腳腕式計(jì)步裝置的一個(gè)實(shí)施例中，使用美國(guó)ADI公司的ADXL190單軸微機(jī)械加速度計(jì);使用TI公司生產(chǎn)的CC2541籃牙模塊，該模塊內(nèi)置有增強(qiáng)型8051M⑶、256KB可編程閃存和8KB RAM;使用Johanson公司的2450AT45A100籃牙陶瓷貼片天線。
[0019]本發(fā)明的基于腳腕運(yùn)動(dòng)速度檢測(cè)的計(jì)步裝置，其中的單軸微機(jī)械加速度計(jì)、籃牙模塊和藍(lán)牙天線等電子元器件固定在電路板上，電路板固定在外殼內(nèi)，整個(gè)計(jì)步裝置用腕帶佩戴在使用者的腳腕處。
[0020]本發(fā)明基于腳腕運(yùn)動(dòng)速度檢測(cè)的計(jì)步裝置的工作原理是:
[0021]人在行走時(shí)，每一步都可分解為抬腳、向前加速運(yùn)動(dòng)、向前減速運(yùn)動(dòng)和落腳四個(gè)過(guò)程。每次腳底全部落地時(shí)，腳與地面沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即腳的前向運(yùn)動(dòng)速度為零，如圖3所示。測(cè)量行走時(shí)腳腕處的運(yùn)動(dòng)速度，對(duì)速度脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，就能實(shí)現(xiàn)計(jì)步。
[0022]行走時(shí)腳腕運(yùn)動(dòng)傳導(dǎo)到計(jì)步裝置中的單軸微機(jī)械加速度計(jì)2上，單軸微機(jī)械加速度計(jì)2將腳腕運(yùn)動(dòng)加速度物理信號(hào)轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)，籃牙模塊3中的單片機(jī)對(duì)加速度電信號(hào)進(jìn)行積分，獲得腳腕運(yùn)動(dòng)的速度，對(duì)速度信號(hào)進(jìn)行閾值判斷和計(jì)數(shù)，籃牙模塊3將計(jì)步數(shù)據(jù)調(diào)制成2.4GHz的射頻信號(hào)輸出給藍(lán)牙天線4，藍(lán)牙天線4最后將射頻信號(hào)以無(wú)線方式傳輸?shù)街悄苁謾C(jī)。
[0023]本發(fā)明基于腳腕運(yùn)動(dòng)速度檢測(cè)的計(jì)步裝置直接在腳腕處檢測(cè)腳腕運(yùn)動(dòng)速度，利用腳腕運(yùn)動(dòng)速度信號(hào)的脈沖數(shù)來(lái)進(jìn)行計(jì)步，由于單軸微機(jī)械加速度計(jì)的敏感方向與地面平行，對(duì)電梯、交通工具等外界振動(dòng)產(chǎn)生的垂直干擾不敏感，可有效消除外界振動(dòng)干擾對(duì)計(jì)步結(jié)果的影響。本發(fā)明提出的基于腳腕運(yùn)動(dòng)速度檢測(cè)的計(jì)步裝置測(cè)量方法簡(jiǎn)單可靠、抗垂直干擾能力強(qiáng)、靈敏度高，使用單軸微機(jī)械加速度計(jì)和籃牙模塊中的單片機(jī)測(cè)量腳腕速度，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于腳腕運(yùn)動(dòng)速度檢測(cè)的計(jì)步裝置，其特征在于，該計(jì)步裝置包括外殼、電路板、單軸微機(jī)械加速度計(jì)、籃牙模塊和藍(lán)牙天線；其中外殼通過(guò)腕帶戴在腳腕處，電路板固定在外殼上，單軸微機(jī)械加速度計(jì)、籃牙模塊和藍(lán)牙天線分別固定在電路板上;單軸微機(jī)械加速度計(jì)的信號(hào)輸出端與籃牙模塊的信號(hào)輸入端相連接，籃牙模塊的射頻信號(hào)輸出端與藍(lán)牙天線的信號(hào)輸入端相連接;其中， 所述的外殼，用于隨著腳腕的水平運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)加速度物理信號(hào)； 所述的單軸微機(jī)械加速度計(jì)，用于將外殼產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)加速度物理信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，單軸微機(jī)械加速度計(jì)的敏感方向?yàn)槟_腕運(yùn)動(dòng)方向； 所述的籃牙模塊，內(nèi)置有單片機(jī)，用于對(duì)單軸微機(jī)械加速度計(jì)輸出的加速度電信號(hào)進(jìn)行采樣，同時(shí)對(duì)加速度數(shù)字信號(hào)進(jìn)行積分，獲得腳腕處的運(yùn)動(dòng)速度數(shù)字信號(hào);根據(jù)設(shè)定的閾值，將腳腕處的運(yùn)動(dòng)速度數(shù)字信號(hào)整形為矩形脈沖信號(hào)，并對(duì)矩形脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，得到行走的步數(shù)，最后將計(jì)步數(shù)據(jù)調(diào)制成2.4GHz的射頻信號(hào)輸出給藍(lán)牙天線； 所述的藍(lán)牙天線，用于將籃牙模塊輸出的2.4GHz的射頻信號(hào)以無(wú)線方式傳輸?shù)街悄苁謾C(jī)進(jìn)行計(jì)步數(shù)據(jù)顯示。
【文檔編號(hào)】G01C22/00GK106017504SQ201610518410
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月4日
【發(fā)明人】高宏, 徐學(xué)雷
【申請(qǐng)人】紫光股份有限公司