CN103791915A

CN103791915A - 一种支持蓝牙连接的计步器装置

Info

Publication number: CN103791915A
Application number: CN201410049219.0A
Authority: CN
Inventors: 邢春晓; 曾春; 盛明; 李毅; 张勇; 李超
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2014-02-12
Filing date: 2014-02-12
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2034-02-12
Also published as: CN103791915B

Abstract

本发明提供一种支持蓝牙连接的计步器装置，包括采样模块、蓝牙模块、显示模块和主控模块；采样模块，通过I2C接口与主控模块连接，用于按照预设的采样频率对运动状态进行采样；蓝牙模块，通过USART接口与主控模块连接，用于与支持蓝牙功能的设备进行数据传输；显示模块，通过SPI接口与主控模块连接，用于显示当前计步数据、时间和电量信息；主控模块，用于对采样数据进行处理，将处理后的计步数据通过显示模块进行显示并通过蓝牙模块与支持蓝牙功能的设备进行数据传输。本发明提供的一种支持蓝牙连接的计步器装置，提高了计步器的精确度、延长使用寿命，通过蓝牙模块同步手机应用简化了计步器的设置同时方便了计步数据的管理与维护。

Description

一种支持蓝牙连接的计步器装置

技术领域

本发明涉及便携电子设备技术领域，尤其涉及一种支持蓝牙连接的计步器装置。

背景技术

现代社会人们生活节奏加快、缺乏锻炼、工作学习压力加大，使人们不自觉地进入“亚健康”状态，特别是随着步入老年社会，人们越来越关注身体的健康。如何监测人群的日常健康状况成为一个关键的技术问题。随着传感器技术和可穿戴技术的发展，构建人群健康监测网络的需求越来越迫切，其中，围绕个人的运动计步器越来越受到重视。人们每天的运动锻炼情况可以利用计步器进行追踪，通过设定锻炼目标，达成每天的能量消耗，以实现摄入平衡，保持身体状态。

目前市场上存在很多品牌的计步器，通过比较和分析，主要存在以下一些问题：计步精度参差不齐，不能很好地区分特殊情况的小动作与正常锻炼，反应过于灵敏，计步精度较差；能耗控制差别较大，有些计步器利用纽扣电池，使用寿命短，需要定期更换；设置功能过于复杂，不适用于老人、小孩等人群；有些计步器只能计步，不支持其他辅助模式和数据管理，有些计步器仅可以利用USB接口上传数据，因而计步数据的长期管理并不方便。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何解决现有技术中计步器存在的计步精度差、使用寿命短、设置复杂以及数据管理不方便的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种支持蓝牙连接的计步器装置，包括采样模块、蓝牙模块、显示模块和主控模块；

采样模块，通过I2C接口与主控模块连接，用于按照预设的采样频率对运动状态进行采样；

蓝牙模块，通过USART接口与主控模块连接，用于与支持蓝牙功能的设备进行数据传输；

显示模块，通过SPI接口与主控模块连接，用于显示当前计步数据、时间和电量信息；

主控模块，用于对所述采样模块获取的采样数据进行处理，将处理后的计步数据通过所述显示模块进行显示并通过所述蓝牙模块与支持蓝牙功能的设备进行数据传输。

优选地，所述采样模块为三维加速度传感器，用于按照预设的采样频率对当前运动状态在所述三维加速度传感器的三个维度上进行加速度采样。

优选地，所述显示模块为OLED显示屏。

优选地，所述主控模块包括初始化单元、监测单元、计算单元、判断单元和计步单元；

初始化单元，用于初始化设置所述三维加速度传感器的量程、采样频率、启动阈值、时间窗口；

监测单元，用于实时监测用户的运动；

计算单元，用于根据所述三维加速度传感器获取的当前运动状态在所述三维加速度传感器的三个维度上的加速度计算加速度均方根；

判断单元，用于根据所述计算单元的计算结果判定当前运动的有效性，所述判断单元还用于根据所述时间窗口内的初始运动状态判断是否开始进行累计计步；

计步单元，用于对有效运动进行累计计步。

优选地，所述主控模块还包括同步模块，用于通过所述蓝牙模块同步手机应用的设置到计步器装置。

优选地，所述监测单元包括运动监测单元和睡眠监测单元；

运动监测单元，用于监测用户是否进行运动；

睡眠监测单元，用于根据预先设定的睡眠模式学习监测用户的睡眠状态。

优选地，所述支持蓝牙功能的设备包括支持蓝牙功能的手机、电脑或其他支持蓝牙功能的电子设备。

优选地，所述装置还包括电源模块，用于为装置中的其他模块提供电源。

优选地，所述电源模块包括：

聚合物锂电池，用于为装置中的其他模块提供电源；

充电电路，用于在需要时为所述聚合物锂电池进行充电；

稳压器，用于控制所述聚合物锂电池的输出电压为3.3V。

优选地，所述充电电路通过USB接口进行充电。

通过采用本发明提出的一种支持蓝牙连接的计步器装置，通过蓝牙模块同步手机应用简化了计步器的设置同时方便了计步数据的管理与维护，实现长期的健康数据采集、管理、分析和指导服务。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：是本发明一种支持蓝牙连接的计步器装置的模块图；

图2：是本发明实施例中主控模块的模块图；

图3：是本发明实施例中计步算法的实现流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中提出了一种支持蓝牙连接的计步器装置，如图1所示，包括：采样模块1、蓝牙模块2、显示模块3和主控模块4；

采样模块1，通过I2C接口与主控模块连接，用于按照预设的采样频率对运动状态进行采样；

蓝牙模块2，通过USART接口与主控模块连接，用于与支持蓝牙功能的设备进行数据传输；

显示模块3，通过SPI接口与主控模块连接，用于显示当前计步数据、时间和电量信息；

主控模块4，用于对所述采样模块获取的采样数据进行处理，将处理后的计步数据通过所述显示模块进行显示并通过所述蓝牙模块与支持蓝牙功能的设备进行数据传输。

优选地，所述显示模块为OLED显示屏。

本发明实施例中公开一种支持蓝牙连接的计步器装置，该装置的采样模块由三维加速度传感器实现，主控模块采用主控芯片实现，主控芯片与三维加速度传感器通过I2C接口连接，系统按固定的采样频率对三维加速度传感器的三个维度进行采样并进行处理，比如采样频率50Hz，加速度传感器的量程为±4g，这些参数可以根据需求调整。

本发明实施例中显示模块采用OLED显示屏，用于显示当前的时间，剩余电量和当前步数等信息，显示屏上设有屏幕显示按键，用于控制显示内容、开关蓝牙和切换模式，单击显示按键可以查看更多信息、双击显示按键可以开关蓝牙功能、长按显示按键可以切换到晚间睡眠监测模式。而且OLED显示屏通过SPI接口与主控模块连接，该显示屏控制简单，可以提供清晰的数据显示。为了方便老年人阅读，本实施例提出的计步器还可以通过“摇一摇”的简单动作来放大字体。

能耗控制是可穿戴便携设备的关键指标，本发明实施例提供的计步器装置，为实现能耗控制，本发明实施例中计步器装置的主控模块定义了4种类型的中断处理，包括时间中断、按键中断、运动中断和串口中断。

闲置状态下，计步器装置处于睡眠或待机状态，这时功耗最低，正常使用时转入工作状态。为了增加待机时间，本发明定义了各种策略来控制能耗：1）显示屏等待6秒就会自动关闭；2）蓝牙模块可以开关控制，待机时处于低功耗状态；3）传感器采样频率和处理间隔会自适应调整，能有效降低能耗；4）工作状态的设备如果闲置10秒，所有电子元件将自动转入睡眠或待机状态。

时间中断定时自动触发，这时会更新当前时间，然后返回。如果用户按下屏幕显示按键，这时触发按键中断，显示屏会显示当前的时间，剩余电量和当前步数等信息。单击显示按键可以查看更多信息，比如走过的距离和消耗的卡路里；双击显示按键可以开关蓝牙功能，显示屏下方有绿色指示灯闪烁提示；长按显示按键可以切换到晚间睡眠监测模式。

优选地，所述主控模块4，如图2所示，包括初始化单元41、监测单元42、计算单元43、判断单元44和计步单元45；

初始化单元41，用于初始化设置所述三维加速度传感器的量程、采样频率、启动阈值、时间窗口；

监测单元42，用于实时监测用户的运动；

计算单元43，用于根据所述三维加速度传感器获取的当前运动状态在所述三维加速度传感器的三个维度上的加速度计算加速度均方根；

判断单元44，用于根据所述计算单元的计算结果判定当前运动的有效性，所述判断单元还用于根据所述时间窗口内的初始运动状态判断是否开始进行累计计步；

计步单元45，用于对有效运动进行累计计步。

为了提高计步精度，首先需要过滤不正常运动情况，比如身体轻微晃动和调整。本发明实施例先设置启动阈值，比如1g的加速度。在监测到运动后，在时间窗口内，前几步处于待定状态，如果之后的运动状态保持稳定，开始正常监测。

本发明实施例中计步器装置实现高精度计步的具体流程，如图3所示，根据所述三维加速度传感器获取的当前运动状态在所述三维加速度传感器的三个维度上的加速度计算加速度均方根。

在三个维度上加速度的均方根（Root Mean Square）计算公式如下，其中X、Y、Z分别表示三个维度上的加速度：

RMS = \sqrt{(X^{2} + Y^{2} + Z^{2}) / 3}

然后计算最近采样周期内均方根的平均值，通过比较最近2次均方根与平均值的大小，如果在平均值上下波动，可以判定一次有效的运动。在监测到运动后，在时间窗口内，前4步处于待定状态，如果4步后的运动状态保持稳定，开始正常累计计步。在运动过程中，如果有超过2步的不稳定状态，重新启动时间窗口。

本发明实施例为了解决与智能手机的连接问题，采用了蓝牙接口，并利用蓝牙4.0版本的低功耗特性来进行设计。蓝牙模块通过USART接口与主控芯片连接，可以同步数据到智能手机并进行管理，用户可以分享和上传数据到后台大数据处理平台实现长期的保存与分析。另外，也可以通过蓝牙连接个人电脑，通过个人电脑进行数据管理和数据上传。通过后台大数据处理平台可以实现长期的健康数据采集、管理、分析和指导服务。

优选地，所述监测单元包括运动监测单元和睡眠监测单元；

运动监测单元，用于监测用户是否进行运动；

本发明实施例中除了白天的运动计步监测，计步器还可以用于监测晚间的睡眠情况。在睡觉前，利用腕带将计步器固定在手腕部，然后将计步器切换到睡眠监测模式，这时计步器开始收集用户在晚间的身体活动情况。通过睡眠模式的学习，可以发现用户睡眠的质量和苏醒的次数，提醒用户养成良好的睡眠习惯。

计步器产生的数据会定时保存，比如保存最近7天的数据。计步器的数据上传时表示为JSON格式，以方便数据交换，易于解析和生成，比如：

当用户准备上传数据时，可以打开蓝牙开关，当计步器收到智能手机应用的连接请求时，触发蓝牙串口中断。计步器可以根据智能手机应用的请求类型进行对应的处理，比如同步时间、同步参数和上传数据等。为了简化计步器的设置功能，本发明利用了智能手机应用的设置，并通过蓝牙接口将设置同步到计步器上，比如当前时间、运动目标、体重、步长和运动类型等，这些参数可以在计步器上保存。

优选地，所述支持蓝牙功能的设备包括支持蓝牙功能的手机、电脑或其他支持蓝牙功能的其他电子设备。

优选地，所述电源模块包括：

聚合物锂电池，用于为装置中的其他模块提供电源；

充电电路，用于在需要时为所述聚合物锂电池进行充电；

稳压器，用于控制所述聚合物锂电池的输出电压为3.3V。

优选地，所述充电电路通过USB接口进行充电。

聚合物锂电池可以支持多天的待机与使用，可以循环充电，充电时显示屏下方有黄色指示灯提示。时钟晶振工作频率为32768Hz，可以提供精确计时。

本发明实施例提出的一种支持蓝牙连接的计步器装置，利用启动窗口过滤不正常的运动情况，提高计步器的计步精度；通过各种策略控制能耗，增加待机时间，延长计步器装置的使用寿命；利用智能手机应用同步参数，简化计步器设置；支持全天候监测，包括白天的运动计步和晚间的睡眠监测；本发明通过蓝牙连接智能手机，实现随时随地的数据管理。

通过采用本发明提出的一种支持蓝牙连接的计步器装置，通过蓝牙连接智能手机，可以同步数据到智能手机并进行管理，用户可以分享和上传数据到后台大数据处理平台实现长期的保存与分析，实现长期的健康数据采集、管理、分析和指导服务。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限定，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种支持蓝牙连接的计步器装置，其特征在于，包括采样模块、蓝牙模块、显示模块和主控模块；

主控模块，用于对所述采样模块获取的采样数据进行处理，将处理后的计步数据通过所述显示模块进行显示并通过所述蓝牙模块传输到支持蓝牙功能的设备进行数据管理。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述采样模块为三维加速度传感器，用于按照预设的采样频率对当前运动状态在所述三维加速度传感器的三个维度上进行加速度采样。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述显示模块为OLED显示屏。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述主控模块包括初始化单元、监测单元、计算单元、判断单元和计步单元；

监测单元，用于实时监测用户的运动；

计步单元，用于对有效运动进行累计计步。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述主控模块还包括同步模块，用于通过所述蓝牙模块同步手机应用的设置到计步器装置。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述监测单元包括运动监测单元和睡眠监测单元；

运动监测单元，用于监测用户是否进行运动；

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述支持蓝牙功能的设备包括支持蓝牙功能的手机、电脑或其他支持蓝牙功能的电子设备。

8.根据权利要求1-7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括电源模块，用于为装置中的其他模块提供电源。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述电源模块包括：

聚合物锂电池，用于为装置中的其他模块提供电源；

充电电路，用于在需要时为所述聚合物锂电池进行充电；

稳压器，用于控制所述聚合物锂电池的输出电压为3.3V。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述充电电路通过USB接口进行充电。