CN103349395A - 一种运动指标测量鞋垫及其对应的数据处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种运动指标测量鞋垫及其对应的数据处理方法，所述运动指标测量鞋垫包括压电传感器、主芯片、电源部分，所述主芯片由三轴加速度传感器、单片机、蓝牙发送模块组成；所述压电传感器设置于鞋垫的前脚掌部分，主芯片设置于鞋垫的中部；所述电源部分给主芯片供电，压电传感器和三轴加速度传感器的输出端分别和单片机的输入端相连接，单片机的输出端和蓝牙发送模块相连接。本发明公开的运动指标测量鞋垫，数据采集精度高，同时采集加速度和压力检测数据，可以精确的反应人体的各项运动指标参数。工作模式多样化，具体提供了跑步、篮球、足球、跳绳、散步等多种运动指标测量方式。结构简单、成本低廉，使用方便，产品隐形化。
Description
技术领域
本发明公开了一种运动指标测量鞋垫及其对应的数据处理方法，涉及传感器及嵌入式开发设计领域。
背景技术
随着生活水平的提高，人们对运动质量越来越重视，可以随身携带的穿戴式运动指标测量工具被越来越多的人青睐。现有的穿戴式测量工具--例如运动手环，普遍存在着测量精度不高、数据采集不方便等问题。也存在带有运动指标测量功能的鞋子，但是，往往只是简单的使用压力传感器，工作模式简单、数据精度也不高。常见的腰带式计步器也仅使用加速度传感器，数据处理方式单一，误差较大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种基于三轴加速度传感器和压电传感器的嵌入式运动指标测量鞋垫。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种运动指标测量鞋垫，包括压电传感器、主芯片、电源部分，所述主芯片由三轴加速度传感器、单片机、蓝牙发送模块组成；所述压电传感器设置于鞋垫的前脚掌部分，主芯片设置于鞋垫的中部；所述电源部分给主芯片供电，压电传感器和三轴加速度传感器的输出端分别和单片机的输入端相连接，单片机的输出端和蓝牙发送模块相连接。
作为本发明的进一步优选方案，所述电源部分为充电电池，主芯片上还设置有充电模块和USB接口，外接电源通过USB接口连接至充电模块，对电池部分进行充电。
作为本发明的进一步优选方案，所述鞋垫的外侧还设置有弹性应变材料层，所述弹性应变材料层的输出端通过电容器和充电模块相连接。
作为本发明的进一步优选方案，所述鞋垫的最外层为涂腊层。
作为本发明的进一步优选方案，鞋垫上还设置有定位模块，所述定位模块的输出端和单片机的输入端相连接。
作为本发明的进一步优选方案，主芯片上设置采用蓝牙4.0模块，替代所述单片机和蓝牙发送模块。
基于所述运动指标测量鞋垫，其所对应的数据处理方法为，通过对采集到的三轴加速度数据和压电数据进行处理，计算出用户行走的里程、跑步的里程、最大速度、弹跳的高度、弹跳的频率，具体如下：
（1）当压电数据达到迈步阈值且三轴加速度传感器的X轴达到迈步阈值时，判断为用户行走；根据一定时间内迈步的个数以及用户的身高计算步长、步频和速度，结合行走行为的时间，计算出用户行走的里程；
（2）设置跑步速度阈值，当行走速度大于跑步速度时，判断为用户跑步，开始跑步时间计时；当行走速度小于跑步速度阈值时，停止跑步时间计时；结合跑步行为的时间，计算出用户跑步的里程；
（3）根据用户数据中的步频和步长结合三轴加速度传感器的X轴所测的加速度，计算出用户的最大速度；
（4）当压电数据小于起跳阈值且三轴加速度传感器的Z轴的正向加速度大于起跳阈值时，判断用户起跳；当压电数据大于落地阈值且三轴加速度传感器的Z轴的负向加速度大于落地阈值时，判断落地；由起跳和落地的时间差结合三轴加速度传感器Z轴的加速度计算出用户的弹跳高度；
（5）根据一定时间内用户产生弹跳行为的次数，计算出用户弹跳的频率。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1.数据采集精度高，同时采集加速度和压力检测数据，可以精确的反应人体的各项运动指标参数。
2.工作模式多样化，具体提供了跑步、篮球、足球、跳绳、散步等多种运动指标测量方式。
3. 结构简单、成本低廉，使用方便，产品隐形化。
附图说明
图1是本发明的实物结构模块示意图，
其中：1.鞋垫、2.压电传感器、3.主芯片、4.三轴加速度传感器、5.单片机、6.蓝牙发送模块、7.电源部分、8.USB接口。
图2是本发明中数据处理方法逻辑关系图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明的实物结构模块示意图如图1所示，所公开的运动指标测量鞋垫包括压电传感器、主芯片、电源部分，所述主芯片由三轴加速度传感器、单片机、蓝牙发送模块组成；所述压电传感器设置于鞋垫的前脚掌部分，主芯片设置于鞋垫的中部；所述电源部分给主芯片供电，压电传感器和三轴加速度传感器的输出端分别和单片机的输入端相连接，单片机的输出端和蓝牙发送模块相连接。
作为优选方案，所述电源部分为充电电池，主芯片上还设置有充电模块和USB接口，外接电源通过USB接口连接至充电模块，对电池部分进行充电。
作为优选方案，所述鞋垫的外侧还设置有弹性应变材料层，所述弹性应变材料层的输出端通过电容器和充电模块相连接。用户每一次踩踏都使弹性应变材料输出一定的电荷量，并通过电容器将其存储，以供应充电模块使用。
作为优选方案，所述鞋垫的最外层为涂腊层，使得鞋垫整体防水，同时实现鞋垫的可洗功能。
作为优选方案，鞋垫上还设置有定位模块，所述定位模块的输出端和单片机的输入端相连接。定位模块在用户开始运动时--如跑步，控制单片机每隔10s存储GPS定位经纬度数据。根据运动产生的轨迹数据，可以方便的绘制运动路线地图。
作为优选方案，可以采用蓝牙4.0模块代替原有的单片机和蓝牙发送模块。蓝牙4.0是一种超低功耗蓝牙，实现超长续航功能，蓝牙4.0本身就集成了cc2540单片机，可实现集成开发功能。
基于所公开的运动指标测量鞋垫，其对应的数据处理方法逻辑关系图如图2所示。根据采集到的加速度和压力数据，对应不同的数据处理方法分别得出不同的运动检测指标。计算出用户行走的里程、跑步的里程、最大速度、弹跳的高度、弹跳的频率，具体如下：
（1）当压电数据达到迈步阈值且三轴加速度传感器的X轴达到迈步阈值时，判断为用户行走；根据一定时间内迈步的个数以及用户的身高计算步长、步频和速度，结合行走行为的时间，计算出用户行走的里程；
（2）设置跑步速度阈值，当行走速度大于跑步速度时，判断为用户跑步，开始跑步时间计时；当行走速度小于跑步速度阈值时，停止跑步时间计时；结合跑步行为的时间，计算出用户跑步的里程；
（3）根据用户数据中的步频和步长结合三轴加速度传感器的X轴所测的加速度，计算出用户的最大速度；
（4）当压电数据小于起跳阈值且三轴加速度传感器的Z轴的正向加速度大于起跳阈值时，判断用户起跳；当压电数据大于落地阈值且三轴加速度传感器的Z轴的负向加速度大于落地阈值时，判断落地；由起跳和落地的时间差结合三轴加速度传感器Z轴的加速度计算出用户的弹跳高度；
（5）根据一定时间内用户产生弹跳行为的次数，计算出用户弹跳的频率。
本发明的一个具体实施例如下：
跑步：鞋垫检测到用户跑步后，开始计时，10分钟后，用户停止跑步休息，鞋垫记录用户持续跑步里程，时间，卡路里（包括走路）。如果用户继续跑步，10分钟后再停止，记录用户两次跑步总里程，总时间，总卡路里（包括走路），并判断持续跑步的最长时间。
足球：用户踢足球时，鞋垫实时测量用户运动的卡路里，并记录用户冲刺的最快速度。
篮球：用户打篮球时，鞋垫实时测量用户运动的卡路里，并记录用户弹跳的最高高度。
跳绳：用户开始跳绳时，计时开始，如果未达到一分钟断绳，则重新开始计数，但跳绳时消耗的卡路里被实时记录下来。如果达到一分钟，根据个数/分钟数，计算每分钟跳绳个数。用户停止跳绳后，判断用户最大持续跳绳时间。
散步：用户散步时，鞋垫实时测量用户运动的卡路里，并记录用户散步的步数。
Claims (7)
1.一种运动指标测量鞋垫，其特征在于：包括压电传感器、主芯片、电源部分，所述主芯片由三轴加速度传感器、单片机、蓝牙发送模块组成；所述压电传感器设置于鞋垫的前脚掌部分，主芯片设置于鞋垫的中部；所述电源部分给主芯片供电，压电传感器和三轴加速度传感器的输出端分别和单片机的输入端相连接，单片机的输出端和蓝牙发送模块相连接。
2.如权利要求1所述的一种运动指标测量鞋垫，其特征在于：所述电源部分为充电电池，主芯片上还设置有充电模块和USB接口，外接电源通过USB接口连接至充电模块，对电池部分进行充电。
3.如权利要求2所述的一种运动指标测量鞋垫，其特征在于：所述鞋垫的外侧还设置有弹性应变材料层，所述弹性应变材料层的输出端通过电容器和充电模块相连接。
4.如权利要求1或3所述的一种运动指标测量鞋垫，其特征在于：所述鞋垫的最外层为涂腊层。
5.如权利要求1所述的一种运动指标测量鞋垫，其特征在于：鞋垫上还设置有定位模块，所述定位模块的输出端和单片机的输入端相连接。
6.一种运动指标测量鞋垫，其特征在于：包括压电传感器、主芯片、电源部分，所述主芯片由三轴加速度传感器和蓝牙4.0模块组成；所述压电传感器设置于鞋垫的前脚掌部分，主芯片设置于鞋垫的中部；所述电源部分给主芯片供电，压电传感器和三轴加速度传感器的输出端分别和蓝牙4.0模块的输入端相连接。
7.基于权利要求1所述运动指标测量鞋垫的数据处理方法，其特征在于：通过对采集到的三轴加速度数据和压电数据进行处理，计算出用户行走的里程、跑步的里程、最大速度、弹跳的高度、弹跳的频率，具体如下：
（1）当压电数据达到迈步阈值且三轴加速度传感器的X轴达到迈步阈值时，判断为用户行走；根据一定时间内迈步的个数以及用户的身高计算步长、步频和速度，结合行走行为的时间，计算出用户行走的里程；
（2）设置跑步速度阈值，当行走速度大于跑步速度时，判断为用户跑步，开始跑步时间计时；当行走速度小于跑步速度阈值时，停止跑步时间计时；结合跑步行为的时间，计算出用户跑步的里程；
（3）根据用户数据中的步频和步长结合三轴加速度传感器的X轴所测的加速度，计算出用户的最大速度；
（4）当压电数据小于起跳阈值且三轴加速度传感器的Z轴的正向加速度大于起跳阈值时，判断用户起跳；当压电数据大于落地阈值且三轴加速度传感器的Z轴的负向加速度大于落地阈值时，判断落地；由起跳和落地的时间差结合三轴加速度传感器Z轴的加速度计算出用户的弹跳高度；
（5）根据一定时间内用户产生弹跳行为的次数，计算出用户弹跳的频率。
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