一種具有測距功能的腳腕式計步裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有測距功能的腳腕式計步裝置，屬于人體運(yùn)動信息檢測技術(shù)領(lǐng)域。包括外殼、電路板、三軸微機(jī)械加速度計、籃牙模塊和藍(lán)牙天線。外殼通過腕帶配戴在腳腕處，電路板固定在外殼上，三軸微機(jī)械加速度計、籃牙模塊和藍(lán)牙天線等電子元器件固定在電路板上；三軸微機(jī)械加速度計的信號輸出端與籃牙模塊中的單片機(jī)信號輸入端相連接，籃牙模塊的射頻信號輸出端與藍(lán)牙天線的信號輸入端相連接。本發(fā)明的腳腕式計步裝置可以精確測量行走時每一步的距離，為精確計算卡路里消耗量和燃燒脂肪量提供準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；而且測量靈敏度較高，大幅度提高了加速度輸出信號的信噪比，對電梯、交通工具等外界振動干擾不敏感。
【專利說明】
一種具有測距功能的腳腕式計步裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種具有測距功能的腳腕式計步裝置，屬于人體運(yùn)動信息檢測技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來人們的生活方式發(fā)生了重大變化，導(dǎo)致人類身體運(yùn)動的機(jī)會越來越少，隨之而來的是肥胖、高血脂等生活方式病越來越多。而要解決這一情況，步行被認(rèn)為是最有效的方式。計步器作為一種便攜式健康管理工具，能夠量化并監(jiān)測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自己的健康進(jìn)行管理，達(dá)到適量運(yùn)動的目的，因而計步器獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。
[0003]人在行走過程中的卡路里消耗量和燃燒脂肪量與行走的速度和距離密切相關(guān)，但現(xiàn)有的計步器在計算卡路里消耗量和燃燒脂肪量時，主要依據(jù)用戶自己輸入的步距、計步器測得的步頻和運(yùn)動時間來計算行走速度和行走距離。由于用戶對行走步距的估計數(shù)據(jù)誤差較大，再加上行走過程中步距經(jīng)常會發(fā)生變化，因此現(xiàn)有計步器的卡路里消耗量和燃燒脂肪量計算結(jié)果誤差就會很大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提出具有測距功能的腳腕式計步裝置，通過三軸加速度計分別檢測行走時腳腕處的垂直和前向加速度，利用行走時腳底撞擊地面產(chǎn)生的垂直加速度進(jìn)行計步，利用腳腕處的前向加速度進(jìn)行距離測量，可精確獲得每一步的行走時間和行走距離，從而為精確計算卡路里消耗量和燃燒脂肪量提供準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
[0005]本發(fā)明提出的具有測距功能的腳腕式計步裝置，包括外殼、電路板、三軸微機(jī)械加速度計、籃牙模塊和藍(lán)牙天線;所述的外殼通過腕帶戴在腳腕處，所述的電路板固定在外殼上，所述的三軸微機(jī)械加速度計、籃牙模塊和藍(lán)牙天線固定在電路板上;三軸微機(jī)械加速度計的信號輸出端與籃牙模塊的信號輸入端相連接，籃牙模塊的射頻信號輸出端與藍(lán)牙天線的信號輸入端相連接；
[0006]外殼，用于輸入腳底間歇性撞擊地面產(chǎn)生的振動和腳腕的前向運(yùn)動，外殼通過腕帶固定在腳腕處；
[0007]三軸微機(jī)械加速度計，用于將腳底間歇性撞擊地面和腳腕前向運(yùn)動產(chǎn)生的加速度物理信號轉(zhuǎn)變成電信號，三軸微機(jī)械加速度計的Z軸敏感方向垂直于腳底，X和Y軸敏感方向平行于腳底;Z軸方向的加速度測量值A(chǔ)z就是腳腕處的垂直加速度，X和Y軸的輸出信號分別為Ax和Ay，Ax和Ay的合成加速度就是腳腕處的前向加速度；
[0008]籃牙模塊，內(nèi)置的單片機(jī)首先對Z軸方向的加速度測量值A(chǔ)z(即垂直加速度)的峰值進(jìn)行檢測和計數(shù)，得到行走的步數(shù);然后對X軸和Y軸的輸出信號Ax和Ay進(jìn)行合成，得到前向運(yùn)動加速度，對前向運(yùn)動加速度再進(jìn)行二次積分，可實時獲得行走時的距離;最后將計步數(shù)據(jù)和距離數(shù)據(jù)調(diào)制成射頻信號輸出給藍(lán)牙天線；
[0009]電路板，用于固定并連接三軸微機(jī)械加速度計、籃牙模塊和藍(lán)牙天線，并將外殼的垂直振動和前向運(yùn)動傳遞給三軸微機(jī)械加速度計。
[0010]本發(fā)明提出的具有測距功能的腳腕式計步裝置，其優(yōu)點是，利用三軸微機(jī)械加速度計分別檢測行走時腳腕處的垂直和前向加速度，利用行走時腳底撞擊地面產(chǎn)生的垂直加速度進(jìn)行計步，利用腳腕處的前向加速度進(jìn)行距離測量。與現(xiàn)有的計步裝置相比，本發(fā)明提出的腳腕式計步裝置可以精確測量行走時每一步的距離，為精確計算卡路里消耗量和燃燒脂肪量提供準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù);此外，由于三軸微機(jī)械加速度計接近腳底(振動源)，避免了膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)和脊椎等身體器官對腳底振動的緩沖，因此測量的靈敏度高，大幅度提高了加速度傳感器輸出信號的信噪比，對電梯、交通工具等外界振動干擾不敏感。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明提出的具有測距功能的腳腕式計步裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2是本發(fā)明提出的腳腕式計步裝置的電路原理框圖。
[0013]圖3是本發(fā)明提出的腳腕式計步裝置的加速度計算原理圖。
[0014]圖4是本發(fā)明提出的腳腕式計步裝置的測量原理圖。
[0015]圖1中，I是外殼，2是三軸微機(jī)械加速度計，3是內(nèi)置單片機(jī)的籃牙模塊，4是藍(lán)牙天線，5是計步裝置電路板。
【具體實施方式】
[0016]本發(fā)明提出的具有測距功能的腳腕式計步裝置，其結(jié)構(gòu)示意圖圖1所示，包括:夕卜殼1、電路板5、三軸微機(jī)械加速度計2、內(nèi)置單片機(jī)的籃牙模塊3、藍(lán)牙天線4;外殼I通過腕帶固定在腳腕上；電路板4通過螺釘固定在外殼上。三軸微機(jī)械加速度計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;三軸微機(jī)械加速度計的信號輸出端與籃牙模塊3內(nèi)的單片機(jī)信號輸入端相連接，籃牙模塊3的信號輸出端與藍(lán)牙天線4的信號輸入端相連接，如圖2所示。
[0017]本裝置的各器件的功能為:
[0018]外殼I，用于輸入腳底撞擊地面時產(chǎn)生的垂直振動和腳腕的前向運(yùn)動。
[0019]三軸微機(jī)械加速度計2，用于將外殼I產(chǎn)生的垂直和前向加速度物理信號轉(zhuǎn)變成電信號；
[0020]籃牙模塊3，內(nèi)置單片機(jī)首先根據(jù)三軸微機(jī)械加速度計2的Z軸輸出信號Az，判斷垂直加速度電信號的峰值并進(jìn)行計數(shù);然后將X和Y軸的輸出信號Ax和Ay合成為前向加速度，并對前向加速度進(jìn)行二次積分，實時獲得步距數(shù)據(jù)；最后將計步數(shù)據(jù)和步距數(shù)據(jù)調(diào)制成2.4GHz的射頻信號輸出給藍(lán)牙天線4;
[0021]藍(lán)牙天線4，用于將籃牙模塊3輸出的2.4GHz射頻信號以無線方式傳輸?shù)街悄苁謾C(jī)，由智能手機(jī)APP應(yīng)用軟件顯示行走的步數(shù)和步距，并根據(jù)計步數(shù)據(jù)、距離數(shù)據(jù)和步頻，計算和顯示行走過程中的卡路里消耗量和燃燒脂肪量；
[0022]電路板5，用于固定并連接三軸微機(jī)械加速度計2、籃牙模塊3和藍(lán)牙天線4，并將外殼I的垂直振動和前向運(yùn)動傳遞給三軸微機(jī)械加速度計2。
[0023]本發(fā)明的腳腕式計步裝置的一個實施例中，使用ST公司生產(chǎn)的LIS3DH三軸MEMS微機(jī)械加速度計;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陶瓷貼片天線。
[0024]本發(fā)明的具有測距功能的腳腕式計步裝置，其中的三軸微機(jī)械加速度計、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)，整個計步裝置用腕帶佩戴在使用者的腳腕處。
[0025]本發(fā)明具有測距功能的腳腕式計步裝置的工作原理是:
[0026]人在行走過程中會不斷抬腳落腳，落腳時腳底與地面會發(fā)生間歇性的撞擊，撞擊產(chǎn)生的振動通過腳腕傳導(dǎo)到計步裝置中的三軸微機(jī)械加速度計2上，三軸微機(jī)械加速度計2的Z軸敏感方向垂直于腳底，可將振動產(chǎn)生的垂直加速度物理信號轉(zhuǎn)變成為電信號，籃牙模塊3中的單片機(jī)對垂直加速度電信號進(jìn)行閾值判斷，就能進(jìn)行計數(shù)。如圖3所示，X、Y、Z軸分別為三軸加速度計的三個敏感方向，Ax、Ay、Az分別為Χ、Υ、Ζ三軸方向的加速度測量值。設(shè)計時，使Z軸垂直于腳底，Az就是垂直加速度;行走時腳腕只有前向運(yùn)動，沒有側(cè)向運(yùn)動，因此Ax和Ay的合成加速度就是前向加速度。
[0027]行走時腳腕的前向運(yùn)動會產(chǎn)生前向運(yùn)動加速度，如圖4所示，三軸微機(jī)械加速度計2的X和Y軸敏感方向雖然不固定，但由于行走時腳腕只有前向運(yùn)動，不可能有側(cè)向運(yùn)動，因此X和Y軸方向的測量加速度輸出值A(chǔ)x和Ay的合成加速度就是前向加速度。
[0028]行走過程中，每次腳底全部落地時，腳與地面沒有相對運(yùn)動，即腳的前向運(yùn)動速度為零。利用行走過程中，腳落地時前向速度為零這一特性，計算每一步的行走距離(步距)時，將初始速度清零，可消除距離測量過程中的積分累計誤差。
[0029]籃牙模塊3最后將計步數(shù)據(jù)和步距數(shù)據(jù)調(diào)制成2.4GHz的射頻信號輸出給藍(lán)牙天線4，藍(lán)牙天線4將射頻信號以無線方式傳輸?shù)街悄苁謾C(jī)，智能手機(jī)APP應(yīng)用軟件顯示行走的步數(shù)和步距，并根據(jù)計步數(shù)據(jù)、步距數(shù)據(jù)和步頻，計算和顯示行走過程中的卡路里消耗量和燃燒脂肪量。
[0030]本發(fā)明提出的具有測距功能的腳腕式計步裝置，利用三軸加速度計分別檢測行走時腳腕處的垂直和前向加速度，利用行走時腳底撞擊地面產(chǎn)生的垂直加速度進(jìn)行計步，利用腳腕處的前向加速度進(jìn)行距離測量。與現(xiàn)有的計步裝置相比，本發(fā)明提出的腳腕式計步裝置可以精確測量行走時的每一步距離，為精確計算卡路里消耗量和燃燒脂肪量提供準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù);此外，由于三軸加速度計接近腳底(振動源)，避免了人體對腳底振動的緩沖，因此測量的靈敏度較高，大幅度提高了加速度輸出信號的信噪比，對電梯、交通工具等外界振動干擾不敏感。
【主權(quán)項】
1.一種具有測距功能的腳腕式計步裝置，其特征在于，該計步裝置包括外殼、電路板、三軸微機(jī)械加速度計、籃牙模塊和藍(lán)牙天線;所述的外殼通過腕帶戴在腳腕處，所述的電路板固定在外殼上，所述的三軸微機(jī)械加速度計、籃牙模塊和藍(lán)牙天線固定在電路板上;三軸微機(jī)械加速度計的信號輸出端與籃牙模塊的信號輸入端相連接，籃牙模塊的射頻信號輸出端與藍(lán)牙天線的信號輸入端相連接； 外殼，用于輸入腳底間歇性撞擊地面產(chǎn)生的振動和腳腕的前向運(yùn)動，外殼通過腕帶固定在腳腕處； 三軸微機(jī)械加速度計，用于將腳底間歇性撞擊地面和腳腕前向運(yùn)動產(chǎn)生的加速度物理信號轉(zhuǎn)變成電信號，三軸微機(jī)械加速度計的Z軸敏感方向垂直于腳底，X和Y軸敏感方向平行于腳底;Z軸方向的加速度測量值A(chǔ)z就是腳腕處的垂直加速度，X和Y軸的輸出信號分別為Ax和Ay，Ax和Ay的合成加速度就是腳腕處的前向加速度； 籃牙模塊，內(nèi)置的單片機(jī)首先對Z軸方向的加速度測量值A(chǔ)z的峰值進(jìn)行檢測和計數(shù)，得到行走的步數(shù);然后對X軸和Y軸的輸出信號Ax和Ay進(jìn)行合成，得到前向運(yùn)動加速度，對前向運(yùn)動加速度再進(jìn)行二次積分，可實時獲得行走時的距離;最后將計步數(shù)據(jù)和距離數(shù)據(jù)調(diào)制成射頻信號輸出給藍(lán)牙天線； 電路板，用于固定并連接三軸微機(jī)械加速度計、籃牙模塊和藍(lán)牙天線，并將外殼的垂直振動和前向運(yùn)動傳遞給三軸微機(jī)械加速度計。
【文檔編號】G01C22/00GK105910621SQ201610465907
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月23日
【發(fā)明人】高宏, 徐學(xué)雷
【申請人】紫光股份有限公司