CN104075730A - 一种步态计步方法及计步器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种步态计步方法及计步器，该计步器可以佩戴于手腕或身体其他部位，对佩戴者的不同种类的步态进行精确计步。本发明通过对加速度传感器的输出信号进行分析产生两组动态的阈值参数和一组动态的时间参数；当加速度输出信号变化值大于第一个阈值参数并且向下跨过第二个阈值参数时对步数进行拟计步；将两次拟计步之间的时间与相应的动态时间参数比较以确定是否进行下一步检测；进入腕带式计步特征比较阶段并做出判定；而后，判断拟计步是否符合特定计数规则参数；判断其是否符合相应步态规则参数以确定是否对相应的步态进行计步。实施本发明可以使佩戴者将计步器佩戴于手腕或其他身体部位而得到不同步态的精确计步。

Description

一种步态计步方法及计步器

技术领域

本发明涉及消费类应用电子技术领域，尤其涉及一种能够对使用者步数进行计数的步态计步方法及计步器的设计。

背景技术

计步器通过加速度传感器检测步行者的上下方向的加速度，并基于该检测值的变化而对步数或身体运动进行计数，并对该计数出的步数进行数值显示。近些年，计步器不仅能够计测步数，还能够对不同的步态，如走路状态、跑步状态等进行检测。

然而，在实际运动过程中，散步及慢跑是很多人选择的有氧运动方式，但是，悠闲的散步过程往往是慢走甚至踱步，即存在两只脚同时着地那样的移动状态，这两种运动方式将明显有别于常速走路时，即在一只脚着地的瞬间另一只脚随即腾空那样的移动状态，加速度的变化特征。相似的，跑步过程加速度变化剧烈，将导致计步器设备因为惯性而产生与人体不同步的震动，由此，跑步、慢走甚至踱步时每步中包含更多的噪声，尤其是对于腕带式计步器，噪声将被手部震动放大到跟特征点相混淆的程度。作为现有技术，申请号为：201110179731.3的中国专利申请提出利用检测加速度峰值及两步之间时间间隔长短来判定是否跨步，在此种方法中，若上述噪声峰值与跨步峰值之间时间间隔仍在设定的时间范围内，则噪声被误计，将产生计步偏多，若噪声峰值与跨步峰值之间时间间隔在设定的时间范围外，将造成此次跨步无效，导致漏计，因此将无法准确地对上述种类步态进行计数。

另外，在上述的现有的计步器中，当将计步器佩戴于手腕运动时，由于运动中存在摆臂动作，手臂摆动过程中的水平运动，会导致利用传统矢量合成求模值方法得到的加速度变化值减弱，这将不利于利用此加速度变化值并将其近似当做垂直加速度变化量来判断跨步的计步方案的检测；并且，当佩戴者快速步行时，摆臂频率提高，使得平行于摆臂方向的加速度变化增强，并且变化强度将大于垂直地面方向的加速度变化，这将不利于利用最大变化量加速度轴计步的计步器方案的跨步检测。因此，佩戴于手腕运动时会导致现有的计步器方案无法准确地对步数进行计数。同时，现有技术中对步态的检测仅仅利用时间间隔判断走步类型，很难精确的判断出正确步态，例如快走时摆臂频率往往较高，与慢跑频率相当，此时即会产生步态类型误判，从而使步态计步准确度降低。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中对步态检测存在的问题而提供一种步态计步方法及计步器。

本发明的技术方案是：一种步态计步方法，具体包括：

S1、加速度传感器根据设定的采用频率采集佩戴者运动时产生的加速度信号；

S2、对加速度传感器数数的加速度信号进行采样滤波，还原出加速度传感器所产生的加速度信号及时域波形中的特征值；

S3、在设定时间内根据所述步骤S2得到的加速度信号产生第一动态阀值参数、第二动态阀值参数以及动态时间参数；

S4、将当次采集到的加速度信号与所述步骤S3得到的第一动态阀值参数、第二动态阀值参数以及动态时间参数进行比较，若进行比较后符合要求则进入步骤S5，否则重新采集加速度信号进行比较；

S5、对满足所述步骤S4的数据进行检测，当首次开始拟计数且计数以设定的规律累计超过预设次数时，将拟计数进行步骤S6的判定，若当计数存在设定的规律，但突然失去规律超过预设的次数或时间时放弃此次拟计数，继续寻找规律；

S6、对两次拟计步之间的时间进行检测，并对形成拟计步的加速度数据进行检测，当两次拟计步之间的时间和加速度数据变化值同时符合设定条件时，判定使用者的此次计步的步态为步行状态、跑步状态、或是其他运动状态，否则放弃拟计步数据；

S7、对不同步态的计步结果进行统计分析，得出全部步数及不同运动状态的步数。

进一步的，所述步骤S1中的采用频率设定为50Hz。

进一步的，所述步骤S3中的第一动态阀值参数根据设定时间内加速度变化值的大小设定，第一动态阀值参数用于判定加速度变化速度是否足够快，进而判定此时的运动状态；所述第二动态阀值参数为设定时间内加速度的最大值和最小值的中值；所示动态时间参数根据设定时间内加速度变化值的大小设定，用于判定两次拟计步之间的时间间隔是否符合人体运动规律。

进一步的，所述步骤S3中的设定时间为20ms。

进一步的，所述步骤S4的具体比较过程为：

S41、若加速度信号的变化值大于第一动态阀值参数，且加速度值处于减小状态，当加速度值减小到第二动态阀值参数以下，则进行拟计步；

S42、将上述步骤S41进行的两次拟计步的间隔时间与动态时间参数进行比较，若该间隔时间在动态时间参数的范围内，则进入步骤S5。

同样为了解决技术问题本发明还提供了一种步态计步器，具体包括：加速度传感器模块、采样滤波模块、参数产生模块、计步特征判定模块、计数规则判定模块、步态规则判定模块以及计数模块；

所述加速度传感器模块用于输出佩戴者运动时产生的加速度信号；

所述采样滤波模块用于对加速度传感器数数的加速度信号进行采样滤波，还原出加速度传感器所产生的加速度信号及时域波形中的特征值；

所述参数产生模块包括第一动态阀值参数产生单元、第二动态阀值参数产生单元以及动态时间参数产生单元，所述参数产生模块用于在预设间隔时间周期内根据采样滤波模块还原得到的加速度信号产生第一动态阀值参数、第二动态阀值参数以及动态时间参数；

所述计步特征判定模块用于根据参数产生模块生成的各类参数判定当前得到的加速度信号符合的规律；

所述计数规则判定模块用于对符合计步特征判定模块数据进行检测，当首次开始拟计数且计数以设定的规律累计超过预设次数时，将拟计数进行步态规则判定模块的判定，若当计数存在设定的规律，但突然失去规律超过预设的次数或时间时放弃此次拟计数，继续寻找规律；

所述步态规则判定模块用于对两次拟计步之间的时间进行检测，并对形成拟计步的加速度数据进行检测，当两次拟计步之间的时间和加速度数据变化值同时符合设定条件时，判定使用者的此次计步的步态为步行状态、跑步状态、或是其他运动状态，否则放弃拟计步数据；

所述计数模块用于对不同步态的计步结果进行统计分析，得出全部步数及不同运动状态的步数。

本发明的有益效果是：本发明一种步态计步方法及计步器，通过设置合理得计步规则对使用者的不同运动状态进行记录，在基于现有技术的基础上能够不增加成本，如电量消耗、处理器资源占用等情况，可以有效得对使用者将计步器佩戴于手腕或者其他部位更精确的测量各种步态的步数。

附图说明

图1为本发明实施例一种步态计步方法的系统流程图；

图2为本发明实施例一种步态计步器的结构框图；

图3为本发明实施例一种步态计步方法中步骤2采样滤波过程的具体流程框图；

图4为本发明实施例一种步态计步方法中步骤S3生成各类动态参数的具体流程框图；

图5为本发明实施例一种步态计步方法中用于说明本实施方式的步数的计数的概略情况的图；

图6为本发明实施例一种步态计步方法中步骤S4中计步特征判定过程的具体流程框图；

图7为本发明实施例一种步态计步方法中步骤S5中计数规则、时间参数判定过程的具体流程框图；

图8为本发明实施例一种步态计步方法中步骤S6中步态判定过程的具体流程框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的阐述。

如图1所示为本发明一种步态计步方法的系统流程图，具体包括：

S1、加速度传感器根据设定的采用频率采集佩戴者运动时产生的加速度信号；

S2、对加速度传感器数数的加速度信号进行采样滤波，还原出加速度传感器所产生的加速度信号及时域波形中的特征值；

S3、在设定时间内根据所述步骤S2得到的加速度信号产生第一动态阀值参数、第二动态阀值参数以及动态时间参数；

S4、将当次采集到的加速度信号与所述步骤S3得到的第一动态阀值参数、第二动态阀值参数以及动态时间参数进行比较，若进行比较后符合要求则进入步骤S5，否则重新采集加速度信号进行比较；

S5、对满足所述步骤S4的数据进行检测，当首次开始拟计数且计数以设定的规律累计超过预设次数时，将拟计数进行步骤S6的判定，若当计数存在设定的规律，但突然失去规律超过预设的次数或时间时放弃此次拟计数，继续寻找规律；

S6、对两次拟计步之间的时间进行检测，并对形成拟计步的加速度数据进行检测，当两次拟计步之间的时间和加速度数据变化值同时符合设定条件时，判定使用者的此次计步的步态为步行状态、跑步状态、或是其他运动状态，否则放弃拟计步数据；

S7、对不同步态的计步结果进行统计分析，得出全部步数及不同运动状态的步数。

本发明一种步态计步方法首先经过初始化后的加速度传感器以一定的采样速率采集物理加速度的数字化信号，在本发明中采样频率根据人体运动的实际情况采取每20ms采样一次的速率，接着对每个周期采样而来的原始数字化信号进行处理，通常是根据一定的算法还原出真正的物理加速度量，在下文中将详细介绍该算法的具体步骤；当采样达到一定次数时我们将生成各种用于判定用户走步的动态参数，本发明中我们将具体的次数设定50次，因为采样50次为一秒，这个较短的时间可以保证实时的更新动态参数又不至于参数更新太频繁而占用系统资源；然后我们将经过计步特征判定过程，特别是当使用者将计步器佩戴于手腕上时，能够准确的利用之前产生的各动态参数对用户是否可能跨步进行判断；随后经过计数规则判定来排除手部运动等导致的错误计步；最后对每一次跨步进行步态判定，确定用户以何种步态进行跨步；在步态判定结束后，系统将经过存储机构对计步数据进行存储。

针对上述方法，本发明还提供了一种步态计步器，其结构框图如图2所示，具体包括：加速度传感器模块、采样滤波模块、参数产生模块、计步特征判定模块、计数规则判定模块、步态规则判定模块以及计数模块；

所述加速度传感器模块用于输出佩戴者运动时产生的加速度信号；

所述采样滤波模块用于对加速度传感器数数的加速度信号进行采样滤波，还原出加速度传感器所产生的加速度信号及时域波形中的特征值；所述采样及滤波模块可以对加速度传感器的输出信号进行解析处理，当计步器处于运动状态时，加速度传感器的输出信号可能由于温度漂移或噪声问题产生不符合实际物理量变化的输出，则该采样滤波模块可以以特定的采样频率采样并对数据进行求和滤波，以消除噪声影响，还原出真实的运动加速度变化信号；上述求和滤波是指将相邻的几次采样值进行求和，然后除以求和的项数，这样可以消除由噪声产生的加速度值的突变。

所述参数产生模块包括第一动态阀值参数产生单元、第二动态阀值参数产生单元以及动态时间参数产生单元，所述参数产生模块用于在预设间隔时间周期内根据采样滤波模块还原得到的加速度信号产生第一动态阀值参数、第二动态阀值参数以及动态时间参数；

其中，所述第一动态阈值参数产生单元是根据一定时间内加速度变化值的大小，以设定相应的参数值，此参数值将用于判定加速度变化速度是否足够快，进而判定此时是否有可能处于某种强度的运动状态，如慢走、跑步等，当满足此项判定时才进行下一步判定；第二动态阈值参数产生单元是根据一定时间内加速度值的大小，以设定相应的参数值，其通过获取一定时间内加速度的最大值和最小值，并将最大值和最小值的中值作为此参数值，当检测到加速度值减小并且减小幅度大于上述第一动态阈值参数时，如果加速度值跨过第二动态阈值参数时将拟计步并进行下一步判定，上述一定时间是可以设定的某个值，通常为0.2s，即人体每步最短可能的时间；动态时间参数产生单元是根据一定时间内加速度变化值的大小，以设定相应的时间参数值，此组参数值将用于判定两次某种强度的拟计步之间的时间间隔是否符合人体运动规律，若判定有效则进行下一步判定。

所述计步特征判定模块用于根据参数产生模块生成的各类参数判定当前得到的加速度信号符合的规律；

所述计数规则判定模块用于对符合计步特征判定模块数据进行检测，当首次开始拟计数且计数以设定的规律累计超过预设次数时，将拟计数进行步态规则判定模块的判定，若当计数存在设定的规律，但突然失去规律超过预设的次数或时间时放弃此次拟计数，继续寻找规律；

所述步态规则判定模块用于对两次拟计步之间的时间进行检测，并对形成拟计步的加速度数据进行检测，当两次拟计步之间的时间和加速度数据变化值同时符合设定条件时，判定使用者的此次计步的步态为步行状态、跑步状态、或是其他运动状态，否则放弃拟计步数据；

所述计数模块用于对不同步态的计步结果进行统计分析，得出全部步数及不同运动状态的步数。

为了本领域技术人员能够更清楚得理解本发明，下面将对每个步骤及模块进行详细描述：

如图3所示为所述步骤2采样滤波过程的具体流程图，

首先经由S107步骤读取原始加速度数据，再将读取的加速度原始数据转交S108步骤将原始数据合成为实际的16位加速度变化量，具体合成过程为将高八位数据左移八位后和低八位相加得到16位数据；为了滤除可能存在的冲击噪声以及变化速度过快的加速度量，我们采用步骤S109，四次数据相加求均值的方式来获得相对平稳真实的加速度变化数据，其具体计算过程为：

DX＝(Dx1+Dx2+Dx3+Dx4)/4

DY＝(Dy1+Dy2+Dy3+Dy4)/4

DZ＝(Dz1+Dz2+Dz3+Dz4)/4

其中Dx、Dy、Dz为直接采样的初始数据，DX、DY、DZ为经过滤波处理后的数据。

得到滤波处理后的数据后，即通过上述四次求和取平均的计算过程后，将其与最大值寄存器和最小值寄存器内数值进行对比，如果得到DX、DY、DZ大于当前最大值寄存器内数值或小于当前最小值寄存器内数值，则将相应的最大值或最小值更新为得到的最新加速度值的最大值或最小值；若该值小于当前最大值或大于当前最小值，则不需更新最值，返回前一步等待下一次处理数据到来并进行比较，经过此步骤，即步骤S110后对最值等中间数据进行存储。

如图4所示为所述步骤S3生成各类动态参数的具体流程，

首先由S113步骤记录采样次数，采样次数是通过在每次采样滤波后将采样次数加一来实现计数的，紧接着进行步骤S114对采样次数进行判断，若采样次数小于50则返回等待采样次数达到50而不进行动态参数的更新，当采样次数大于等于50时将进行步骤S115第二动态阈值参数的生成，则所述第二动态阀值参数生成的具体过程为：

首先，利用加速度信号的最大值与最小值求出在50次采样时间内加速度的最大变化量，具体公式为：

_vpp[X]＝_max[X]-_min[X]

_vpp[Y]＝_max[Y]-_min[Y]

_vpp[Z]＝_max[Z]-_min[Z]

其中，_vpp[X]、_vpp[Y]、_vpp[Z]分别为X、Y、Z轴的加速度最大变化量，_max[]、_min[]为各轴向加速度的最大值和最小值；

然后，将加速度的最小值与加速度最大变化量的一半相加，即得到第二动态阈值参数，如图4所示，具体公式为：

_dc[X]＝_min[X]+(_vpp[X]/2)

_dc[Y]＝_min[Y]+(_vpp[Y]/2)

_dc[Z]＝_min[Z]+(_vpp[Z]/2)

其中_dc[X]、_dc[Y]、_dc[Z]分别为各轴向的第二动态阈值参数；

在进行下一步判定第一动态阈值参数前需要判断各轴向加速度变化量_vpp[]所属区间，即步骤S116，将各轴向的加速度变化量_vpp[]与设定的区间值进行比较，进而判断该时间段内加速度变化的水平。而后，根据不同的加速度变化区间设定不同的第一动态阈值参数，该第一动态阈值参数用于判定加速度变化速度是否足够快，进而判定此时是否有可能处于某种强度的运动状态，如慢走、跑步、快走等；第一动态阈值参数可以理解为判定两次采样数据是否有效的变化量的最小值。如图5中所示，第一动态阈值参数表示曲线下降的最小斜率，低于此斜率的变化特征将被舍弃，图5中不会拟计步的部分即为此种情况。而具体第一动态阈值参数的设定方式是将每次采样区间内加速度变化量的大小除以一定的系数或直接设定某值来实现的，该系数的取值或直接设定的某值是对人体运动数据采样分析得到的，再此本发明不作详细分析说明。例如，我们可以用如下方式得到第一动态阈值参数：

_precision[j]＝_vpp[j]/32；

_precision[j]＝_vpp[j]/30；

_precision[j]＝_6；

其中_precision[j]为各轴向不同加速度区间的第一动态阈值参数，_vpp[j]为各轴向加速度变化量。

步骤S118为对不同加速速度变化量区间进行动态时间参数判定，该动态时间参数将用于判定两次跨步的时间间隔是否合适，进而判定此次跨步是否有效。此动态时间参数的设定是根据不同的加速度变化量来确定的，具体确定方法是根据人体运动过程中不同的步频与步幅下加速度变化规律来设定的。例如，在某个加速度变化区间下的动态时间参数设定如下：

_TIMEWINDOW_MIN[jtemp]＝7；

_TIMEWINDOW_MAX[jtemp]＝40；

其中，_TIMEWINDOW_MIN[jtemp]表示两次跨步时间间隔的最小归一化值，_TIMEWINDOW_MAX[jtemp]表示两次跨步时间间隔的最大归一化值。

动态时间参数产生单元产生的时间参数是动态的，具有自适应性，它根据一定时间内加速度变化值的大小，当变化值处于某个区间时，即粗略地对应此时运动状态为某种步态，对其设定相应的时间参数，此参数代表不同步态下单步可能的时间范围，相邻的时间范围之间有部分重叠，以防止明确界限可能造成的计步失误。同时，在计数规则判定过程中，当计步时间间隔小于上述动态时间参数时，忽略掉新的一步，并且时间间隔仍从旧的一步计起，当下一步来临时再度判断时间参数。通过上述的动态时间参数和计数规则的判定，即有效地避免了散步(包括慢走和踱步)、跑步的振动噪声导致的在散步时由于噪声频率可能与跑步频率相仿，而产生的计步准确度降低问题。

如图6所示为所述步骤S4中计步特征判定过程的具体流程框图，在经过所述步骤S3各个动态参数设定完成后即进行计步特征判定。

首先，将采样数据处理后与第一动态阈值参数进行比较，以确定是否将该数据保留并进行下一步判定过程。其中，比较的具体过程为：首先设定两个寄存器_new_fixed[jtemp]、_old_fixed[jtemp]，分别存储新采样的加速度值，和前一次旧采样加速度值；每次经过此步骤时将_new_fixed[jtemp]中值赋给_old_fixed[jtemp]，然后判断是否将_new_fixed[jtemp]中值更新为新采样到的加速度值，此判断过程即与第一动态阈值参数比较的过程：若新采样到的加速度值大于等于寄存器_new_fixed[jtemp]中的加速度值，则继续判断新采样到的加速度值与寄存器_new_fixed[jtemp]中的加速度的差值是否大于等于第一动态阈值参数，若成立，则将新采样到的加速度值赋给寄存器_new_fixed[jtemp]；若新采样到的加速度值小于寄存器_new_fixed[jtemp]中的加速度值，则判断寄存器_new_fixed[jtemp]中的加速度值与新采样到的加速度的差值是否大于等于第一动态阈值参数，若成立，则将新采样到的加速度值赋给寄存器_new_fixed[jtemp]。若以上判断中提到的差值小于第一动态阈值参数则此次数据未更新到寄存器_new_fixed[jtemp]中，返回到前一步等待下一次数据到达。

然后，将XYZ三个轴向的最大加速度变化值进行比较，得到最大的加速度变化轴；同时，将XYZ三个轴向各自的第二动态阈值参数进行比较，取最大的第二动态阀值参数对应的轴为垂直地面轴，因为第二动态阈值参数实际为一段时间内加速度的平均值，由于重力加速度的影响，加速度平均值最大的轴一定为垂直地面方向的轴。

由于运动中存在摆臂动作，手臂摆动过程中的水平运动，会导致利用传统矢量合成求模值方法得到的加速度变化值减弱，这将不利于利用此加速度变化值并将其近似当做垂直加速度变化量来判断跨步的计步方案的检测；并且，当佩戴者快速步行时，摆臂频率提高，使得平行于摆臂方向的加速度变化增强，并且变化强度将大于垂直地面方向的加速度变化，这将不利于利用最大变化量加速度轴计步的计步器方案的跨步检测。因此，在本发明申请方案中，我们利用检测加速度最大变化量轴作为有效轴，但当检测到有另外一轴加速度变化增强到一定阈值时，判断即将进入快走状态，此时平行摆臂方向的加速度变化最强，且加速度变化以每两步为周期，需变更计步方案以适应新的波形特征。具体过程为：判断最大加速度变化轴向与另一轴向加速度变化值之差小于某值时，将变化计步方案，将垂直地面轴作为有效轴向(垂直地面轴的判断已在前叙述)，利用垂直地面轴向进行计步，上述所述的某值，是根据对人体步伐运动规律的研究来设定的，若仍采用以最大加速度变化轴为有效轴进行计步则导致计步数据大幅偏差，即步骤S122；

若上步中最大加速度变化轴向与另一轴向加速度变化值之差大于某值，则需以最大加速度变化轴为有效轴进行判定，即步骤S123的判断过程。该判定过程意在实现当加速度值处于减小过程中并且向下跨过第二动态阈值参数时进行拟计步并进入下一步判定中进一步分析。

具体实现过程是通过判断步骤S119中最大加速度变化轴向相应的寄存器_old_fixed[jtemp]中的加速度值是否大于等于第二动态阈值参数并且寄存器_new_fixed[jtemp]中的值是否小于第二动态阈值参数来确定的，若上述两个寄存器中的加速度值同时满足上述与第二动态阈值参数之间的关系，则判定该次采样进行拟计步；

若上步中最大加速度变化轴向与另一轴向加速度变化值之差小于某值，则需以垂直地面轴为有效轴进行判定，即步骤S124。具体实现过程是通过判断步骤S119中垂直地面轴向相应的寄存器_old_fixed[jtemp]中的加速度值是否大于等于第二动态阈值参数并且寄存器_new_fixed[jtemp]中的值是否小于第二动态阈值参数来确定的，若上述两个寄存器中的加速度值同时满足上述与第二动态阈值参数之间的关系，则判定该次采样进行拟计步。

如图7所示为所述步骤S5中计数规则、时间参数判定过程的具体流程框图，在经过所述步骤S4计步特征判定后若符合计步条件，即成功进行拟计步后将进行计数规则、时间参数判定。该判定过程意在实现拟计步必须符合相应加速度变化区间的动态时间参数时才进行下一步判定，同时当首次开始拟计步且计步以某种规律累计超过一定次数时，才将拟计数进行下一步判定。或者当计数存在某种规律，但突然失去规律超过一定次数或时间时放弃此次拟计数，继续寻找规律。

具体实施过程为：首先设定一个规律标志位、计步缓存寄存器和无效计步缓存寄存器，该标志位和两个寄存器均在程序开始时初始化。数据送来时，先通过步骤S126规律标志位判断该次跨步是否为第一步，若是第一步，则直接将计步缓存寄存器加一并且回到程序起始处等待下次拟计步到来；若不是第一步则进行步骤S128判断该次拟计步与前一次拟计步之间的时间间隔是否符合时间动态参数，该时间间隔获取方法是先设定一个寄存器用于记录中间数据并换算该时间间隔，然后在每次采样后将此寄存器加一，由于采样率是我们设定的，在这里为50Hz，因此可以根据寄存器数值换算出两次拟计步之间的时间间隔。

若时间间隔在动态时间参数区间内，则进行步骤S137判断计步缓存器中数据是否大于设定的步伐规律数，若大于则表明已找到规律，直接进行步骤S140将计步值加一并进入所述步骤S6的步态判定过程。若计步缓存器中数据小于设定的步伐规律数，则表明还未找到规律，进行步骤S138将计步缓存器加一，再判断是否达到所设定的规律数；若判定结果为是，则将计步值加一并进入步态判定机构；若判定结果为否，则返回至程序初等待下一次拟计步到来。

若时间间隔不在动态时间参数区间内，则进行步骤S129判断是否小于动态时间区间，若判断结果为否，即大于动态时间区间，则计步缓存器赋值为一，进行步骤S136重新寻找规律；若判定结果为是，则进行步骤S130继续判断是否已找到规律；若未找到规律，则重新寻找规律，不需清零；若已找到规律，则进行步骤S131将无效计步缓存寄存器加一，然后进行步骤S132继续判断无效计步缓存寄存器是否达到规定的失去规律的次数；若未达到规定的失去规律的次数，则只丢弃此步拟计步，且不作任何清零处理；若已达到规定的失去规律的次数则需重新寻找规律，将计步缓存器赋值为一。

如图8所示为所述步骤S6中步态判定过程的具体流程框图，进入步态判定过程，将对每次计步进行分析，得出每次跨步的具体步态类型。该判定机构意在将两次拟计步之间的时间间隔与人体运动规律相匹配，同时对产生每次拟计步的加速度变化值进行检测与对比来最终准确判断该次跨步为哪种步态类型。其具体过程为：

首先进行步骤S141记录两次拟计步之间的时间，该时间间隔获取方法是先设定一个寄存器用于记录中间数据并换算出该时间间隔，然后在每次采样后将此寄存器加一，由于采样率是我们设定的，在这里为50Hz，因此可以根据寄存器数值换算出两次拟计步之间的时间间隔。我们根据人体运动实验获取时间间隔和加速度变化量数据库，将跨步分为慢走(包括踱步，散步等)、走、快走、跑步四种类型，也可根据实际情况合并相邻区间减少类型。

而后进行步骤S142判定两次拟计步之间的时间是否符合相应的步态区间，若时间间隔符合某种步态区间，则继续进行步骤S143判断加速度变化大小是否符合该步态区间的数据库变化区间值。若满足相应的步态区间数据库各参数范围，则将最终判定该次跨步为相应的步态下有效跨步，并对相应的步态计数结果进行更新。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种步态计步方法，其特征在于，具体包括：

S1、加速度传感器根据设定的采用频率采集佩戴者运动时产生的加速度信号；

S2、对加速度传感器数数的加速度信号进行采样滤波，还原出加速度传感器所产生的加速度信号及时域波形中的特征值；

S3、在设定时间内根据所述步骤S2得到的加速度信号产生第一动态阀值参数、第二动态阀值参数以及动态时间参数；

S4、将当次采集到的加速度信号与所述步骤S3得到的第一动态阀值参数、第二动态阀值参数以及动态时间参数进行比较，若进行比较后符合要求则进入步骤S5，否则重新采集加速度信号进行比较；

S5、对满足所述步骤S4的数据进行检测，当首次开始拟计数且计数以设定的规律累计超过预设次数时，将拟计数进行步骤S6的判定，若当计数存在设定的规律，但突然失去规律超过预设的次数或时间时放弃此次拟计数，继续寻找规律；

S6、对两次拟计步之间的时间进行检测，并对形成拟计步的加速度数据进行检测，当两次拟计步之间的时间和加速度数据变化值同时符合设定条件时，判定使用者的此次计步的步态为步行状态、跑步状态、或是其他运动状态，否则放弃拟计步数据；

S7、对不同步态的计步结果进行统计分析，得出全部步数及不同运动状态的步数。

2.如权利要求1所述的一种步态计步方法，其特征在于，所述步骤S1中的采用频率设定为50Hz。

3.如权利要求1所述的一种步态计步方法，其特征在于，所述步骤S3中的第一动态阀值参数根据设定时间内加速度变化值的大小设定，第一动态阀值参数用于判定加速度变化速度是否足够快，进而判定此时的运动状态；所述第二动态阀值参数为设定时间内加速度的最大值和最小值的中值；所示动态时间参数根据设定时间内加速度变化值的大小设定，用于判定两次拟计步之间的时间间隔是否符合人体运动规律。

4.如权利要求3所述的一种步态计步方法，其特征在于，所述步骤S3中的设定时间为20ms。

5.如权利要求1所述的一种步态计步方法，其特征在于，所述步骤S4的具体比较过程为：

S41、若加速度信号的变化值大于第一动态阀值参数，且加速度值处于减小状态，当加速度值减小到第二动态阀值参数以下，则进行拟计步；

S42、将上述步骤S41进行的两次拟计步的间隔时间与动态时间参数进行比较，若该间隔时间在动态时间参数的范围内，则进入步骤S5。

6.一种步态计步器，其特征在于，具体包括：加速度传感器模块、采样滤波模块、参数产生模块、计步特征判定模块、计数规则判定模块、步态规则判定模块以及计数模块；

所述加速度传感器模块用于输出佩戴者运动时产生的加速度信号；

所述采样滤波模块用于对加速度传感器数数的加速度信号进行采样滤波，还原出加速度传感器所产生的加速度信号及时域波形中的特征值；

所述参数产生模块包括第一动态阀值参数产生单元、第二动态阀值参数产生单元以及动态时间参数产生单元，所述参数产生模块用于在预设间隔时间周期内根据采样滤波模块还原得到的加速度信号产生第一动态阀值参数、第二动态阀值参数以及动态时间参数；

所述计步特征判定模块用于根据参数产生模块生成的各类参数判定当前得到的加速度信号符合的规律；

所述计数规则判定模块用于对符合计步特征判定模块数据进行检测，当首次开始拟计数且计数以设定的规律累计超过预设次数时，将拟计数进行步态规则判定模块的判定，若当计数存在设定的规律，但突然失去规律超过预设的次数或时间时放弃此次拟计数，继续寻找规律；

所述步态规则判定模块用于对两次拟计步之间的时间进行检测，并对形成拟计步的加速度数据进行检测，当两次拟计步之间的时间和加速度数据变化值同时符合设定条件时，判定使用者的此次计步的步态为步行状态、跑步状态、或是其他运动状态，否则放弃拟计步数据；

所述计数模块用于对不同步态的计步结果进行统计分析，得出全部步数及不同运动状态的步数。