一種基于單軸加速度計(jì)的腕式計(jì)步裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于單軸MEMS微機(jī)械加速度計(jì)的腕式計(jì)步裝置，屬于人體運(yùn)動信息檢測技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代人缺乏體育鍛煉，易引起心臟病、糖尿病和癌癥等慢性非傳染性疾病。中華人民共和國衛(wèi)生部發(fā)布的《中國居民膳食指南》指出:運(yùn)動不僅有助于保持健康體重，還能夠降低患高血壓、中風(fēng)、冠心病、糖尿病、結(jié)腸癌、乳腺癌和骨質(zhì)疏松等慢性疾病的風(fēng)險(xiǎn)。《指南》建議成年人每天應(yīng)進(jìn)行累計(jì)相當(dāng)于步行6000步以上的身體活動。國內(nèi)外的研宄顯示，邁開大步、大幅擺臂的行走運(yùn)動對促進(jìn)健康的效果最好。
[0003]計(jì)步器方便攜帶、操作簡便，使人們可以每天監(jiān)控自己的行走步數(shù)，因而獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。人體在行走時，腳底與地面的間歇性撞擊，會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，利用振動傳感器檢測出身體重心的上下運(yùn)動，就能對行走步數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。人在步行時，腰部的上下位移最為明顯，所以記步器通常掛在腰帶上最為適宜。
[0004]目前，從計(jì)步器的振動傳感器的結(jié)構(gòu)看，有機(jī)械式傳感器和電子式傳感器兩種。機(jī)械式傳感器利用傳感器內(nèi)的擺動質(zhì)量塊來檢測身體重心的上下運(yùn)動，受體積限制，機(jī)械式傳感器只有一個擺動質(zhì)量塊(敏感方向)，因此使用時必需要垂直佩帶，使機(jī)械式傳感器的敏感方向垂直于地面，才能檢測人體重心的上下運(yùn)動。電子式傳感器由于采用3軸微電子機(jī)械系統(tǒng)(Micro Electro Mechanical Systems，以下簡稱MEMS)加速度計(jì)，有相互正交的三個敏感方向，因此無論3軸加速度計(jì)如何放置，都可以檢測出人體重心的上下運(yùn)動。
[0005]現(xiàn)有的計(jì)步器存在如下缺陷:
[0006](I)無論是采用機(jī)械式傳感器還是3軸MEMS微機(jī)械加速度計(jì)，檢測的都是身體重心的上下振動，計(jì)步結(jié)果易受電梯、交通工具等外界振動干擾的影響；
[0007](2) 3軸MEMS微機(jī)械加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)和算法復(fù)雜，成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種基于上臂擺動的腕式計(jì)步裝置，通過單軸MEMS微機(jī)械加速度計(jì)檢測行走時的手臂擺動次數(shù)來計(jì)算步數(shù)，因此對電梯、交通工具等外界因素導(dǎo)致的垂直振動干擾不敏感，而且只記錄手臂擺動時的有效行走步數(shù)。
[0009]本發(fā)明提出的基于上臂擺動的腕式計(jì)步裝置，其特征在于，該計(jì)步裝置包括外殼、電路板、單軸加速度傳感器、單片機(jī)和LCD顯示屏；其中外殼通過腕帶戴在手腕處，電路板固定在外殼上，單軸加速度傳感器、單片機(jī)和LCD顯示屏電子元器件固定在電路板上；單軸加速度傳感器的信號輸出端與單片機(jī)的信號輸入端相連接，單片機(jī)的數(shù)據(jù)輸出端與LCD顯示屏的數(shù)據(jù)輸入端相連接；
[0010]外殼，用于輸入手臂的擺動，外殼通過腕帶固定在手臂上；
[0011]單軸加速度傳感器，用于將上臂擺動產(chǎn)生的加速度物理信號轉(zhuǎn)變成便于測量的電信號;
[0012]單片機(jī)，對單軸加速度傳感器輸出的加速度峰值進(jìn)行檢測和計(jì)數(shù)，得到行走的步數(shù)，并將計(jì)步數(shù)據(jù)送LCD顯示器進(jìn)行顯示；
[0013]IXD顯示器，用于顯示單片機(jī)輸出的計(jì)步數(shù)據(jù)。
[0014]本發(fā)明提出的基于單軸微機(jī)械加速度計(jì)的腕式計(jì)步裝置，利用單軸微機(jī)械加速度計(jì)檢測上臂的擺動次數(shù)來進(jìn)行計(jì)步，由于其敏感方向平行于地面，因此對外界干擾引起的身體垂直振動不敏感；如果手臂擺動的幅度較小，單軸微機(jī)械加速度計(jì)輸出的加速度信號幅值小于單片機(jī)判斷閾值，不予計(jì)數(shù)；只有加大步伐并大幅度擺動手臂后，單軸微機(jī)械加速度計(jì)輸出的加速度信號幅值大于單片機(jī)判斷閾值時，單片機(jī)才開始計(jì)數(shù)。因此，本發(fā)明提出的腕式計(jì)步裝置顯示的是對健身效果有明顯作用的大幅擺臂行走步數(shù)，真正對行走步數(shù)、強(qiáng)度及距離進(jìn)行有效監(jiān)控。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，本發(fā)明提出的基于單軸微機(jī)械加速度計(jì)的計(jì)步裝置系統(tǒng)電路簡單，成本較低，而且對電梯、交通工具等外界垂直振動干擾不敏感。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明提出的基于單軸微機(jī)械加速度計(jì)的計(jì)步裝置電路原理框圖。
[0016]圖2是本發(fā)明提出的計(jì)步裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2中，I是外殼，2是單軸微機(jī)械加速度計(jì)，3是單片機(jī)，4是IXD顯不器，5是計(jì)步裝置電路板。
【具體實(shí)施方式】
[0018]本發(fā)明提出的腕式計(jì)步裝置組成如圖1所示，包括:外殼1、電路板5、單軸加速度傳感器2、單片機(jī)3和IXD顯示屏4 ;外殼通過腕帶固定在手臂上；電路板5通過螺釘固定在外殼上。單軸加速度傳感器、單片機(jī)和LCD顯示屏等電子元器件固定在電路板上；單軸加速度傳感器的信號輸出端與單片機(jī)的信號輸入端相連接，單片機(jī)的數(shù)據(jù)輸出端與LCD顯示屏的數(shù)據(jù)輸入端相連接，如圖2所示。
[0019]本裝置的各器件的功能為:
[0020]外殼1，用于輸入手臂的擺動。
[0021]單軸加速度傳感器2，用于將上臂擺動產(chǎn)生的加速度物理信號轉(zhuǎn)變成電信號；
[0022]單片機(jī)3，用于判斷加速度電信號的峰值并進(jìn)行計(jì)數(shù)，最后將計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)輸出給LCD顯示器4;
[0023]IXD顯示器4，用于單片機(jī)3輸出的計(jì)數(shù)結(jié)果。
[0024]本發(fā)明的腕式計(jì)步裝置的一個實(shí)施例中，使用美國ADI公司的ADXL190單軸微機(jī)械加速度計(jì)，使用纮康科技公司生產(chǎn)的HY11P13單片機(jī)，該單片機(jī)中內(nèi)置有PGA(PmgrammabIe Gain Amplifier)可編程增益放大器和IXD驅(qū)動電路，顯示器采用IXD2004液晶顯示模組。
[0025]本發(fā)明的腕式計(jì)步裝置，其中的單軸加速度傳感器、單片機(jī)和LCD顯示器等電子元器件固定在電路板上，電路板固定在外殼內(nèi)，使整個計(jì)步裝置象手表一樣佩戴在使用者的手腕上。
[0026]本發(fā)明腕式計(jì)步裝置的工作原理是:
[0027]人在走路時，手臂會前后自然擺動。用類似于戴手表的方式，將計(jì)步裝置戴在手腕處。手臂擺動時，計(jì)步裝置的外殼I帶動電路板5運(yùn)動。當(dāng)手臂前后擺動時，單軸加速度傳感器2將手臂擺動產(chǎn)生的加速度物理信號轉(zhuǎn)變成為電信號，單片機(jī)3對加速度電信號進(jìn)行閾值判斷和計(jì)數(shù)，就能實(shí)現(xiàn)計(jì)步功能。
[0028]本發(fā)明腕式計(jì)步裝置利用手臂的擺動次數(shù)來進(jìn)行計(jì)步，因此只記錄對健身效果有明顯作用的有效行走步數(shù)，能提供準(zhǔn)確的健身信息。本發(fā)明腕式計(jì)步裝置的敏感方向平行于地面，對電梯、交通工具等外界因素引起的身體垂直振動不敏感，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。本發(fā)明腕式計(jì)步裝置利用單軸加速度傳感器感應(yīng)手臂擺動加速度，較基于3軸加速度傳感器的計(jì)步裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于單軸加速度計(jì)的腕式計(jì)步裝置，其特征在于，該計(jì)步裝置包括外殼、電路板、單軸加速度傳感器、單片機(jī)和LCD顯示屏；其中外殼通過腕帶戴在手腕處，電路板固定在外殼上，單軸加速度傳感器、單片機(jī)和LCD顯示屏電子元器件固定在電路板上；單軸加速度傳感器的信號輸出端與單片機(jī)的信號輸入端相連接，單片機(jī)的數(shù)據(jù)輸出端與LCD顯示屏的數(shù)據(jù)輸入端相連接； 外殼，用于輸入手臂的擺動； 單軸加速度傳感器，用于將上臂擺動產(chǎn)生的加速度物理信號轉(zhuǎn)變成為電信號； 單片機(jī)，對單軸加速度傳感器輸出的加速度峰值進(jìn)行檢測和計(jì)數(shù)，得到行走的步數(shù)，并將計(jì)步數(shù)據(jù)送IXD顯示器進(jìn)行顯示； IXD顯示器，用于顯示單片機(jī)輸出的計(jì)步數(shù)據(jù)。2.如權(quán)利要求1所述計(jì)步裝置，其特征在于，所述單軸加速度傳感器采用ADXL190單軸微機(jī)械加速度計(jì)，所述單片機(jī)采用HYl 1P13單片機(jī)，該單片機(jī)中內(nèi)置有PGA可編程增益放大器和IXD驅(qū)動電路，所述顯示器采用IXD2004液晶顯示模組。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于單軸加速度計(jì)的腕式計(jì)步裝置，屬于人體運(yùn)動信息檢測技術(shù)領(lǐng)域。包括外殼、電路板、單軸加速度傳感器、單片機(jī)和LCD顯示屏。其中外殼通過腕帶戴在手腕處，電路板固定在外殼上，單軸加速度傳感器、單片機(jī)和LCD顯示屏電子元器件固定在電路板上；單軸加速度傳感器的信號輸出端與單片機(jī)的信號輸入端相連接，單片機(jī)的數(shù)據(jù)輸出端與LCD顯示屏的數(shù)據(jù)輸入端相連接。本發(fā)明計(jì)步裝置，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單可靠，成本低廉，利用手臂的擺動進(jìn)行計(jì)步，敏感方向平行于地面，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，只記錄有效行走步數(shù)，因此能提供準(zhǔn)確的健身信息。
【IPC分類】G01C22/00
【公開號】CN104977019
【申請?zhí)枴緾N201510324184
【發(fā)明人】高宏, 徐學(xué)雷
【申請人】紫光股份有限公司
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2015年6月12日