本實(shí)用新型涉及一種基于單軸微機(jī)械加速度計(jì)的腳腕式計(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)：

計(jì)步器作為一種便攜式運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，能夠量化并監(jiān)測(cè)人們的日常行走步數(shù)，為其提供一個(gè)可參考和比較的標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)人們制定合理的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，達(dá)到適量運(yùn)動(dòng)的目的，因而獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

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)，利用振動(dòng)傳感器檢測(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)?，F(xiàn)有的智能電子設(shè)備采用3軸微電子機(jī)械系統(tǒng)(Micro Electro Mechanical Systems，以下簡(jiǎn)稱MEMS)加速度計(jì)來(lái)檢測(cè)人體重心的上下運(yùn)動(dòng)，3軸MEMS加速度計(jì)有相互正交的三個(gè)敏感方向，因此無(wú)論3軸加速度計(jì)如何放置，都可以檢測(cè)出人體重心的上下運(yùn)動(dòng)。

現(xiàn)有的計(jì)步器存在如下缺陷：

(1)計(jì)步器檢測(cè)的是身體重心的上下振動(dòng)。腳底與地面撞擊產(chǎn)生的振動(dòng)經(jīng)身體傳導(dǎo)到腰部或手腕時(shí)，由于身體的緩沖作用，振動(dòng)幅度已大幅度衰減，計(jì)步結(jié)果易受電梯、交通工具等外界振動(dòng)干擾的影響；

(2)計(jì)算方法復(fù)雜，首先要根據(jù)MEMS加速度計(jì)三個(gè)方向上的檢測(cè)信號(hào)，計(jì)算出上下方向的加速度，然后再利用一定的算法從人體重心起伏變化信號(hào)中分離出行走步數(shù)；

(3)3軸MEMS微機(jī)械加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提出一種基于單軸微機(jī)械加速度計(jì)的腳腕式計(jì)步裝置，通過單軸加速度計(jì)直接檢測(cè)行走時(shí)腳底撞擊地面的加速度，使計(jì)步裝置接近振動(dòng)源，以降低了人體對(duì)腳底振動(dòng)的衰減作用，提高測(cè)量靈敏度，對(duì)電梯、交通工具等外界因素導(dǎo)致的身體振動(dòng) 干擾不敏感，只記錄腳底撞擊地面時(shí)的有效行走步數(shù)。

本實(shí)用新型提出的基于單軸微機(jī)械加速度計(jì)的腳腕式計(jì)步裝置，包括外殼、電路板、單軸微機(jī)械加速度計(jì)、藍(lán)牙模塊和藍(lán)牙天線；其中外殼通過腕帶戴在腳腕處，電路板固定在外殼上，單軸微機(jī)械加速度計(jì)、藍(lán)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)輸出端與藍(lán)牙模塊的信號(hào)輸入端相連接，單軸微機(jī)械加速度計(jì)的敏感方向垂直于腳底；藍(lán)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，用于輸入腳底撞擊地面時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)；所述的單軸微機(jī)械加速度計(jì)，用于將外殼產(chǎn)生的加速度物理信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)；所述的藍(lán)牙模塊內(nèi)置有單片機(jī)，用于判斷加速度電信號(hào)的峰值并進(jìn)行計(jì)數(shù)，并將計(jì)步數(shù)據(jù)調(diào)制成2.4GHz的射頻信號(hào)輸出給藍(lán)牙陶瓷天線；所述的藍(lán)牙天線，用于將藍(lán)牙模塊輸出的射頻信號(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。

本實(shí)用新型提出的基于單軸微機(jī)械加速度計(jì)的腳腕式計(jì)步裝置，其優(yōu)點(diǎn)是，該腳腕式計(jì)步裝置利用單軸加速度計(jì)直接檢測(cè)行走時(shí)腳底撞擊地面產(chǎn)生的加速度進(jìn)行計(jì)步，由于計(jì)步裝置接近腳底位置，檢測(cè)的是未經(jīng)膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)和脊椎等器官緩沖的振動(dòng)，因此加速度計(jì)輸出的加速度信號(hào)幅值較大，從而可將加速度信號(hào)峰值判斷閾值設(shè)置的較高，有效消除外界振動(dòng)干擾的影響。與現(xiàn)有的基于3軸微機(jī)械加速度計(jì)的計(jì)步裝置相比，本實(shí)用新型提出的基于單軸微機(jī)械加速度計(jì)的計(jì)步裝置測(cè)量方法簡(jiǎn)單、靈敏度高、電路簡(jiǎn)單、成本較低，而且對(duì)電梯、交通工具等外界振動(dòng)干擾不敏感。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型提出的腳腕式計(jì)步裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型提出的基于單軸微機(jī)械加速度計(jì)的腳腕式計(jì)步裝置電路原理框圖。

圖1中，1是外殼，2是單軸微機(jī)械加速度計(jì)，3是藍(lán)牙模塊，4是藍(lán)牙天線，5是電路板。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型提出的基于單軸微機(jī)械加速度計(jì)的腳腕式計(jì)步裝置，其結(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)的藍(lán)牙模塊3、藍(lán)牙天線4；外殼1通過腕帶固定在腳腕上；電路板4通過螺釘固定在外殼1上。單軸微機(jī)械加速度計(jì)2、內(nèi)置單片機(jī)的藍(lán)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)2的信號(hào)輸出端與藍(lán)牙模塊3內(nèi)的單片機(jī)信號(hào)輸入端相連接，藍(lán)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。

本裝置的各器件的功能為：

外殼1，用于輸入腳底撞擊地面時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)。

單軸微機(jī)械加速度計(jì)2，用于將外殼1產(chǎn)生的加速度物理信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，單軸微機(jī)械加速度計(jì)的敏感方向垂直于腳底；

藍(lán)牙模塊3，內(nèi)置單片機(jī)，用于判斷加速度電信號(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；

藍(lán)牙天線4，用于將藍(lán)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；

電路板5，用于固定并連接單軸加速度傳感器2、藍(lán)牙模塊3和藍(lán)牙天線4，并將外殼1的振動(dòng)傳遞給單軸加速度傳感器2。

本實(shí)用新型的腳腕式計(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藍(lán)牙模塊，該模塊內(nèi)置有增強(qiáng)型8051MCU、256KB可編程閃存和8KB RAM；使用Johanson公司的2450AT45A100陶瓷貼片天線。

本實(shí)用新型的腳腕式計(jì)步裝置，其中的單軸加速度傳感器、籃

藍(lán)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。

本實(shí)用新型腳的腳腕式計(jì)步裝置的工作原理是：

人在走路時(shí)，腳底與地面會(huì)發(fā)生間歇性的撞擊，撞擊產(chǎn)生的振動(dòng)通過腳腕傳導(dǎo)到計(jì)步裝置中的單軸加速度傳感器2上，單軸加速度傳感器2將振動(dòng)產(chǎn)生的加速度物理信號(hào)轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)，藍(lán)牙模塊3中的單片機(jī)對(duì)加速度電信號(hào)進(jìn)行閾值判斷和計(jì)數(shù)，藍(lán)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)。

本實(shí)用新型計(jì)步裝置直接在腳腕處檢測(cè)腳底與地面發(fā)生的撞擊，利用腳底與地面的撞擊次數(shù)來(lái)進(jìn)行計(jì)步，由于計(jì)步裝置接近振動(dòng)源，大幅度降低了人體對(duì)腳底振動(dòng)的衰減作用，因此提高了檢測(cè)的靈敏度，對(duì)電梯、交通工具等外界因素引起的振動(dòng)干擾不敏感，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。本實(shí)用新型腳腕計(jì)步裝置利用單軸加速度傳感器感應(yīng)行走時(shí)腳底與地面的撞擊產(chǎn)生的加速度，較基于3軸加速度傳感器的計(jì)步裝置靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉。