一種氣壓檢測裝置、氣壓檢測方法和智能穿戴設備與流程

本發明涉及氣壓檢測技術領域，特別涉及一種氣壓檢測裝置、氣壓檢測方法和智能穿戴設備。

背景技術：

隨著人們追求健康、全民運動的興起，出現了各種智能運動穿戴產品。這些智能運動穿戴類產品可以實現計步、睡眠、消耗卡路里等功能，但是對于檢測周圍氣壓和顯示高度信息方面關注較少。在爬樓、爬坡、登山等運動中，簡單的計步或消耗卡路里等方案已經無法滿足需求，用戶需要實時知道氣壓值和所處的高度；特別是在野外環境下，用戶還可以根據周圍氣壓瞬態變化情況及時預測瞬息萬變的天氣，更好的輔助運動。雖然現有技術中的氣壓傳感器能夠檢測周圍環境的氣壓，且可根據不同時段的氣壓值獲得高度變化信息。但是周圍環境的溫度也是影響氣壓的一個重要因素，溫度變化較大，即使處于同一高度，氣壓值也可能會有較大浮動，例如，在人體佩戴產品時，人體溫度會傳導到產品內部，影響內部氣體的壓力，從而導致氣壓檢測有較大波動，而外界氣壓不會劇烈變動。那么利用常用的氣壓傳感器不能得到精確的氣壓值，不利于用戶的使用體驗。

技術實現要素：

鑒于現有技術中的氣壓傳感器因溫度因素不能得到精確的氣壓值，不利于用戶的使用體驗的問題，提出了本發明的一種氣壓檢測裝置、氣壓檢測方法和智能穿戴設備，以便解決或至少部分地解決上述問題。

根據本發明的一個方面，提供了一種氣壓檢測裝置，所述裝置包括：溫度檢測模塊，氣壓檢測模塊，中央處理模塊；

所述溫度檢測模塊，用于獲取模擬環境溫度的電壓信號發送給所述中央處理模塊；

所述氣壓檢測模塊，用于檢測環境氣壓，并將氣壓值發送給所述中央處理模塊；

所述中央處理模塊，用于控制所述溫度檢測模塊和所述氣壓檢測模塊同時采集數據，并將接收到的模擬環境溫度的電壓信號轉換為對應的溫度值并輸出，以及根據所述溫度值校正接收到的所述氣壓值，并將校正后的氣壓值輸出。

根據本發明的另一個方面，提供了一種氣壓檢測方法，所述方法包括：

檢測環境氣壓，獲取環境氣壓值；

同時獲取模擬環境溫度的電壓信號；

將模擬環境溫度的電壓信號轉換為對應的溫度值，根據所述溫度值校正所述氣壓值，并將校正后的氣壓值輸出。

根據本發明的又一個方面，提供了一種智能穿戴設備，其特征在于，所述智能穿戴設備包括顯示屏和如前所述的氣壓檢測裝置，所述氣壓檢測裝置輸出的環境溫度的溫度值和校正后的氣壓值在所述顯示屏上顯示。

綜上所述，本發明利用氣壓檢測模塊檢測周圍環境的氣壓，同時利用溫度檢測模塊檢測周圍環境的溫度，然后根據周圍環境的溫度校正氣壓值，并將校正后的氣壓值輸出。可見，本發明增加溫度檢測模塊，不僅可以及時得到周圍環境的溫度，同時輔助氣壓檢測模塊進行精確的氣壓檢測，校正后的氣壓值在一定程度上排除了溫度因素的影響，更加精確地輔助用戶了解運動狀態和周圍環境，能夠適應各種運動場景，利于增強用戶體驗。

附圖說明

圖1為本發明一個實施例提供的一種氣壓檢測裝置示意圖；

圖2為本發明一個實施例提供的一種氣壓檢測裝置的電路示意圖；

圖3為本發明一個實施例提供的一種氣壓檢測方法流程圖；

圖4為本發明一個實施例提供的一種智能穿戴設備示意圖；

圖5為本發明另一個實施例提供的一種智能穿戴設備示意圖。

具體實施方式

本發明的設計思路是：鑒于現有技術中的氣壓傳感器因溫度因素不能得到精確的氣壓值，不利于用戶的使用體驗的問題。本發明增加溫度檢測模塊，與氣壓檢測模塊同時采集數據，然后根據溫度檢測模塊采集的周圍溫度數據校正氣壓檢測模塊采集的氣壓值，并將校正后的氣壓值輸出，該校正后的氣壓值在一定程度上排除了溫度因素的影響，更加精確地輔助用戶了解運動狀態和周圍環境，能夠適應各種運動場景，利于增強用戶體驗。為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。

圖1為本發明一個實施例提供的一種氣壓檢測裝置示意圖。如圖1所示，該氣壓檢測裝置100包括：溫度檢測模塊110，氣壓檢測模塊120，中央處理模塊130。

溫度檢測模塊110，用于獲取模擬環境溫度的電壓信號發送給中央處理模塊130。氣壓檢測模塊120，用于檢測環境氣壓，并將氣壓值發送給中央處理模塊130。中央處理模塊130，作為整個裝置的系統控制、信息和數據處理中心，用于控制溫度檢測模塊和氣壓檢測模塊同時采集數據，并將接收到的模擬環境溫度的電壓信號轉換為對應的溫度值并輸出，以及根據溫度值校正接收到的氣壓值，并將校正后的氣壓值輸出。這里，溫度檢測模塊檢測得到的是一個模擬環境溫度的電壓信號，需要利用中央處理模塊130將該電壓信號轉換成對應的溫度值，一方面用于輸出溫度值，以供用戶進行查看；另一方面進行氣壓值的校正。因為需要對氣壓值進行排除溫度因素的校正，在進行氣壓值檢測的時候需要同時進行溫度的檢測。

可見，本發明增加溫度檢測模塊，不僅可以及時得到周圍環境的溫度，同時輔助氣壓檢測模塊進行精確的氣壓檢測，校正后的氣壓值在一定程度上排除了溫度因素的影響，更加精確地輔助用戶了解運動狀態和周圍環境，能夠適應各種運動場景，利于增強用戶體驗。

圖2為本發明一個實施例提供的一種氣壓檢測裝置的系統電路示意圖。如圖2所示，在本發明的一個實施例中，溫度檢測模塊110包括：第一下拉電阻R1、第一電源開關Q1、第二正溫度系數熱敏電阻R2、第三負溫度系數熱敏電阻R3；其中，第一電源開關Q1為增強型NMOS管。

第一下拉電阻R1的第一端接地GND，第二端與中央處理模塊MCU的輸入/輸出接口I/O_1以及第一電源開關Q1的柵極G連接；第二正溫度系數熱敏電阻R2的第一端連接第一電源開關Q1的漏極D，第二端連接系統電源Vsys；第三負溫度系數熱敏電阻R3的第一端連接第一電源開關Q1的源極S，第二端接地GND；第一電源開關Q1的源極S連接中央處理模塊MCU的溫度檢測接口Tem_Det。

在本發明的一個實施例中，氣壓檢測模塊120包括第四下拉電阻R4、第二電源開關Q2、第一去耦電容C1、氣壓計P1；其中，第二電源開關Q2為增強型NMOS管，其中去耦電容C1可以防止輸入氣壓計P1的電壓的波動。

第四下拉電阻R4的第一端接地GND，第二端與中央處理模塊MCU的輸入/輸出接口I/O_1以及第二電源開關Q2的柵極G連接；第二電源開關Q2的漏極D連接系統電源Vsys，第二電源開關Q2的源極S分別連接氣壓計P1的供電接口VDD、內核供電接口VDD_IO、片選接口CS以及去耦電容C1的第一端，去耦電容C1的第二端接地GND，氣壓計P1的數據信號接口SDA和時鐘信號接口SCL分別連接中央處理模塊MCU的數據信號接口SDA和時鐘信號接口SCL。氣壓計P1接地端接地GND。

在本發明中，電源開關Q1和Q2分別作為溫度檢測模塊110和氣壓檢測模塊120的開關，有中央處理模塊MCU通過Q1和Q2控制溫度檢測模塊110和氣壓檢測模塊120的開/關。溫度檢測模塊110輸出的模擬電壓信號傳輸給中央處理模塊MCU的溫度檢測接口Tem_Det，反饋溫度信息；氣壓計P1通過數據信號接口SDA和時鐘信號接口SCL與中央處理模塊MCU通信，傳輸采集的氣壓值。

需要說明的是，本發明中的電源開關Q1和電源開關Q2均可以用PMOS管或負載開關替代。

圖2所示的系統電路的具體工作原理為：

(1)系統上電。

當系統中電池輸出電能或者外部輸入直流電源給到內部的供電模塊后，供電模塊中的電源管理芯片輸出系統電(Vsys)給整個系統上電。

(2)初始化。

系統上電后，中央處理模塊MCU首先進行初始化，配置中央處理模塊MCU的輸入/輸出接口I/O_1電平狀態，通過I2C線與溫度檢測模塊110和氣壓檢測模塊120通信并配置每個模塊的接口I/O狀態，讀取每個模塊的狀態，判定每個模塊是否工作正常。

(3)開啟溫度檢測模塊110中的電源開關Q1和氣壓檢測模塊120中的電源開關Q2。

初始化完成后，中央處理模塊MCU的所有輸入/輸出接口I/O_1有持續電壓V_I/O，V_I/O一般與MCU的I/O_1輸出最高電壓相同。如果在使用中需要開啟電源開關Q1和電源開關Q2，則中央處理模塊MCU通過I/O_1輸出高電平V_I/O，在第一下拉電阻R1和第四下拉電阻R4兩端會產生電壓差，由于Q1采用增強型NMOS管，Q1柵極電壓V_G＝V_I/O，柵源電壓V_GS＝V_I/O大于Q1開啟電壓V_th，因此Q1開啟，溫度檢測模塊110開始工作。同理，Q2與Q1采用相同型號的NMOS管，Q2開啟，Vsys進入P1端的供電接口VDD，氣壓檢測模塊120開始工作。

(4)氣壓和溫度采集。

Q1開啟后，其源極S和漏極D之間的電阻接近于0Ω，Vsys可通過R2、R3和GND形成閉合電路。由于有電流流過R2和R3，因此R3兩端存在電壓差，Tem_DET在常溫(一般為25℃)下輸出到MCU端電壓為這里，R2為正溫度系數電阻，其25℃下為某一阻值，其阻值隨著溫度的升高而升高。例如，R2＝10kΩ，溫度系數B＝+0.4kΩ/℃，則其阻值隨溫度T變化情況可表示為R2＝10+0.4(T-25)(kΩ)；R3為負溫度系數電阻，其25℃下阻值可采用某一阻值，其阻值隨著溫度的升高而降低。例如，R3＝10kΩ，溫度系數B＝-0.4kΩ/℃，則其阻值隨溫度T變化情況可表示為R3＝10-0.4(T-25)(kΩ)。那么，輸出到MCU端電壓電壓隨著溫度的變化而變化，當溫度升高時V_{Tem_DET}降低，當溫度降低時V_{Tem_DET}升高，輸出的每一個電壓值都可對應一個溫度值，這樣就實現了對周圍環境溫度的檢測。

同時Q2開啟，氣壓計P1檢測到周圍氣壓，通過P1內部壓敏器件將氣壓轉換為相應的電壓值，經由A/D轉換器將電壓值轉換為相應的數字量D_P，通過SDA和SCL傳輸給MCU，不同的氣壓對應的電壓值不同，傳輸的數字量D_P也不同。

(5)MCU算法處理。

當中央處理模塊MCU接收到溫度檢測模塊110輸入的V_{Tem_DET}后通過內部的A/D模塊將V_{Tem_DET}轉換為對應的溫度值D_T，并輸出；同時根據D_T將接收到的氣壓值D_P進行校正，將校正后的氣壓值P輸出。其中利用的校正公式為：P＝D_P+kD_T。其中，P表示校正后的氣壓值，D_P表示環境氣壓值，D_T表示模擬環境溫度的溫度值，k表示溫度系數，溫度系數通過數據統計得到，經過對大量的D_T和D_P進行統計，得到了相應的溫度系數K。

(6)關閉溫度檢測模塊110中的電源開關Q1和氣壓檢測模塊120中的電源開關Q2。

當系統電路關閉氣壓檢測和溫度檢測功能時，MCU通過I/O_1輸出低電平或無輸出時，電阻R1和R4兩端無電壓差，Q1和Q2的柵極G端電壓被拉到地端GND，即V_G＝0V，柵源電壓V_GS＝0V低于Q1和Q2的開啟電壓V_th，因此Q1和Q2關閉，溫度檢測模塊和氣壓檢測模塊同時關閉。

圖3為本發明一個實施例提供的一種氣壓檢測方法流程圖。如圖3所示，該方法包括：

步驟S310，檢測環境氣壓，獲取環境氣壓值。

步驟S310，同時獲取模擬環境溫度的電壓信號。

步驟S330，將模擬環境溫度的電壓信號轉換為對應的溫度值，根據溫度值校正氣壓值，并將校正后的氣壓值輸出。

其中步驟S310和步驟S320需同時進行。

在本發明的一個實施例中，步驟S310中獲取模擬環境溫度的電壓信號包括：

設置第一下拉電阻、第一電源開關、第二正溫度系數熱敏電阻、第三負溫度系數熱敏電阻；其中，第一電源開關為增強型NMOS管。

將第一下拉電阻的第一端接地，第二端與中央處理模塊的輸入/輸出接口以及第一電源開關的柵極連接；將第二正溫度系數熱敏電阻的第一端連接第一電源開關的漏極，第二端連接系統電源；將第三負溫度系數熱敏電阻的第一端連接第一電源開關的源極，第二端接地；將第一電源開關的源極連接中央處理模塊的溫度檢測接口。

在第一電源開關開啟后，通過中央處理模塊的溫度檢測接口獲取模擬環境溫度的電壓信號。

在本發明的一個實施例中，步驟S320中檢測環境氣壓，獲取環境氣壓值包括：

設置第四下拉電阻、第二電源開關、第一去耦電容、氣壓計；其中，第二電源開關為增強型NMOS管。

將第四下拉電阻的第一端接地，第二端與中央處理模塊的輸入/輸出接口以及第二電源開關的柵極連接；將第二電源開關的漏極連接系統電源，將第二電源的源極分別連接氣壓計的供電接口、內核供電接口、片選接口以及去耦電容的第一端，將去耦電容的第二端接地，將氣壓計的數據信號接口和時鐘信號接口分別連接中央處理模塊的數據信號接口和時鐘信號接口。

在第二電源開關開啟后，通過中央處理模塊的數據信號接口獲取環境氣壓值。

在本發明的一個實施例中，步驟S330中根據溫度值校正氣壓值的校正公式為：P＝D_P+kD_T；其中，P表示校正后的氣壓值，D_P表示環境氣壓值，D_T表示模擬環境溫度的溫度值，k表示溫度系數，溫度系數通過數據統計得到。

圖4為本發明一個實施例提供的一種智能穿戴設備示意圖。如圖4所示，智能穿戴設備400包括顯示屏410和如圖1所示的氣壓檢測裝置420。氣壓檢測裝置420輸出的環境溫度的溫度值和校正后的氣壓值在顯示屏410上顯示，供用戶查看，進一步了解自身運動情況和周圍環境。同時，該智能穿戴設備還可以通過輸出的氣壓值計算用于所處的高度并顯示，特別是在爬樓或者攀登運行中，供用戶查看高度信息，增強用戶體驗。

圖5為本發明另一個實施例提供的一種智能穿戴設備示意圖。如圖5所示，智能穿戴設備500包括顯示屏510、如圖1所示的氣壓檢測裝置520和控制開關530。控制開關530用于控制氣壓檢測裝置520的開/關；氣壓檢測裝置520打開時，中央處理模塊的輸入/輸出接口輸出高電平，打開電源開關Q1和Q2；氣壓檢測裝置關閉時，中央處理模塊的輸入/輸出接口輸出低電平，關閉電源開關Q1和Q2，若該氣壓檢測裝置一直處于打開的狀態，增加智能穿戴設備的功耗，增加控制開關可以有效降低智能穿戴設備的功耗。

在本發明的一個實施例中，智能穿戴設備500為運動手環。

針對圖4或圖5所示的設備，通常情況下，在用戶佩戴該設備時，用戶體表溫度和周圍環境的溫度有一定差異，氣壓檢測受到用戶體表溫度的影響較大，為了可以排除體表溫度對氣壓檢測的影響，可以將氣壓檢測裝置中的正溫度系數熱敏電阻R2和負溫度系數熱敏電阻R3置于離整個設備外表面很近的位置，檢測到用戶體表的溫度。以校正檢測的氣壓值。

需要說明的是，圖3所示的方法和圖4-圖5所示的設備的各實施例與圖1-圖2所示的裝置的各實施例對應相同，上文已有詳細說明，在此不再贅述。

綜上所述，本發明利用氣壓檢測模塊檢測周圍環境的氣壓，同時利用溫度檢測模塊檢測周圍環境的溫度，然后根據周圍環境的溫度校正氣壓值，并將校正后的氣壓值輸出。可見，本發明增加溫度檢測模塊，不僅可以及時得到周圍環境的溫度，同時輔助氣壓檢測模塊進行精確的氣壓檢測，校正后的氣壓值在一定程度上排除了溫度因素的影響，更加精確地輔助用戶了解運動狀態和周圍環境，能夠適應各種運動場景，利于增強用戶體驗。

以上所述，僅為本發明的具體實施方式，在本發明的上述教導下，本領域技術人員可以在上述實施例的基礎上進行其他的改進或變形。本領域技術人員應該明白，上述的具體描述只是更好的解釋本發明的目的，本發明的保護范圍應以權利要求的保護范圍為準。