CN104738855A - 一种具有人机交互功能的智能腰带 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有人机交互功能的智能腰带，属于智能穿戴式设备领域。本发明在腰带本体上设置一系列传感器单元以及其他装置，包括：电子计步器单元、张力传感器单元、声音传感器单元、主控单元、执行装置、报警单元、液晶显示模块、无线通信单元、控制按键、电源模块。本发明通过在腰带本体上设置电子计步器，能够让用户随时随地了解运动信息，尤其适合经常锻炼身体的人群使用；通过嵌入张力传感器，能够监测腹部鼓胀情况，尤其适合需要对饮食进行控制的人群使用；通过嵌入声音传感器，能够监测肠鸣音的情况，判断胃肠系统是否异常，以便采取健康措施，适合所有人群使用。

Description

一种具有人机交互功能的智能腰带

技术领域

本发明涉及一种具有人机交互功能的智能腰带，属于智能穿戴式设备领域。

背景技术

目前，穿戴式智能设备逐步兴起，林林总总、五花八门，已经从原先的幻想走进了现实，如智能手表、智能眼镜、智能手环等，不但更加方便随身携带，还为人们提供了日益丰富的功能，它们的出现将极大地改变现代人的生活方式。

另外，自古以来人们所佩戴的腰带仅仅停留在防止下衣掉落的作用上，随着社会的发展，腰带又被人们赋予了一些新的作用，比如装饰、护腰等，但功能非常有限，不具备与人或其他设备的交互能力，不具有能干预人的行为的执行装置。

传统腰带给人们带来这些基本功能的同时，其佩戴的位置决定了其存在着可开发的新功能，让其具有智能性。比如：跑步、散步已成为一种方便而又有效的锻炼方式，但人们都希望在运动时，随时了解自己的运动状况、步数等，这可以通过计步器的功能来加以实现。由于腰部距离腿部较近，而且在跑步或散步时，腰部振动的幅度是有区别的，因此在腰带上嵌入计步器比其他位置的测量效果会更好一些。

健康是人们追求的永恒主题，人们希望佩戴的智能腰带等设备为自身健康加分。一日三餐如果吃得过多，对健康是有危害的，不利于肥胖人群的减肥进程。人们吃饭的时候，随着进食量的增加，腰围也会逐渐增加，腰部给腰带的外扩的张力也会逐渐增加。通过张力传感器就可以监测这种变化，统计腹部的鼓胀程度让腰带具有监测人们进食量的功能。另外，健康人的肠鸣音是有规律的，而肠鸣音增强、减弱或消失都对应着一定的症状，通过在腰带上嵌入声音传感器来监测肠鸣音的变化，达到预警胃肠道疾病的目的。

综上所述，智能腰带在满足用户基本需求的基础上，还必须增添更加丰富的功能和设计来进行不断完善。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种具有人机交互功能的智能腰带，不仅具有普通腰带所具有的一切功能，而且利用各种传感器实现运动、饮食、健康方面的监测功能。通过把各传感器监测到的振动、张力以及肠鸣音次数即时显示在液晶屏幕上并储存起来，用户可以查看记录的数据来改变运动或饮食习惯，还可以判断自己的胃肠道健康状况。另外，主控单元可对数据进行分析，如果张力超过预设值，腰带能够发出警报声音或者通过启动执行装置使其自行收缩来提醒用户停止进食；如果肠鸣音次数出现明显异常，腰带同样能够发出警报音来提醒用户。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种具有人机交互功能的智能腰带，在腰带本体上设置一系列传感器单元以及其他装置，包括：

电子计步器单元，与主控单元连接，用于监测人体胯部的运动频率和幅度、计算运动步数；

张力传感器单元，与主控单元连接，用于监测人体腹部对其产生的张力大小并将张力数据传给主控单元；

声音传感器单元，与主控单元连接，用于监测肠鸣音的频率并将监测数据传给主控单元；

主控单元，用于接收各传感器单元采集到的数据，显示在液晶显示模块上，进行处理并发出相应控制指令给执行装置、报警单元和无线通信单元；

执行装置，与主控单元连接，用于在接收到所述主控单元的指令后使腰带产生缩紧；

报警单元，与主控单元连接，用于主控单元分析到数据异常后，或主控单元接收到其他智能设备发送的信息后发出设定的警报音；

液晶显示模块，与主控单元连接，用于显示人机交互信息；

无线通信单元，与主控单元连接，用于通过无线网络与电脑或其他智能设备连接，进行数据交互；

控制按键，与主控单元连接，用于人为操作控制；

电源模块，为以上所有单元提供所需工作电压。

所述电子计步器单元通过位置可调的插槽连接所述主控单元，所述插槽在腰带相应于胯部附近移动。

所述张力传感器单元通过位置可调的插槽连接所述主控单元，所述插槽在腰带相应于左腹部和/或右腹部附近移动。

所述声音传感器单元固定在腰带头附近。

所述电子计步器单元包括电子计步单元、运动传感器和控制单元；

所述电子计步单元通过记录触点的通断动作次数计算出运动步数；

所述运动传感器，为加速度传感器，用于感受外界振动频率和幅度，根据人步行或跑步时重心上下移动，平衡锤在上下振动时平衡被破坏，使一个触点能出现通、断动作；

所述控制单元，连接所述电子计步单元和所述运动传感器，用于将运动步数、运动频率和幅度传送给所述主控单元并通过所述液晶显示模块显示。

所述执行装置包括微型电机以及与腰带卡槽咬合的齿轮，在接收到所述主控单元的指令后，微型电机带动齿轮在卡槽上移动，使腰带缩紧或放松。

本发明具有以下优点及有益效果：

1.在腰带基本功能的基础上使其具有一定的状态感知能力。本发明通过在腰带本体上设置电子计步器，能够让用户随时随地了解运动信息，尤其适合经常锻炼身体的人群使用；通过嵌入张力传感器，能够监测腹部鼓胀情况，尤其适合需要对饮食进行控制的人群使用；通过嵌入声音传感器，能够监测肠鸣音的情况，判断胃肠系统是否异常，以便采取健康措施，适合所有人群使用。

2.具有报警单元及执行装置。当主控单元接收到异常信息或分析出数据异常，便驱动报警装置提醒用户或执行装置来干预用户行为，实现了人机交互。

3.使用方便。用户只需要通过按键控制开关机、切换监测模式以及设定监测所需基准值即可使用，腰带支持监测数据实时存储功能，并可以通过液晶屏幕实时观测数据，还可通过无线通信单元将存储的数据通过无线网络传输到电脑，通过直观的分析数据来调整自己的运动饮食计划及健康状况。

附图说明

图1是本发明实施例的组成框图；

图2是本发明实施例中电子计步器的结构框图；

图3是本发明实施例中实现人机交互的原理图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，本发明实例由腰带本体、电子计步器、张力传感器、声音传感器、主控单元、执行装置、报警单元、液晶显示模块、无线通信单元、电源模块、控制按键十一部分组成，主控单元与除腰带本体外的所有功能单元呈星形连接，其中主控单元、执行装置、报警单元、液晶显示模块、无线通信单元、电源模块、控制按键集成在腰带头中，腰带本体上带有可移动的插槽，将不同的传感器嵌在插槽中，传感器通过插槽与主控单元之间具有线路连接，这样传感器可以灵活调整位置，以便于腰围不同的人可以将传感器放在最佳位置。

其中，所述电子计步器的结构框图如图2所示。所述电子计步器包括运动传感器、电子计步单元以及控制单元。所述控制单元接收腰带主控单元的启动指令，启动运动传感器工作；所述电子计步单元通过记录触点的通断动作次数从而计算出运动步数，控制单元检测出运动步数数据并发送到液晶显示模块进行显示；

所述嵌有电子计步器的插槽设置在胯部附近为宜，这是因为在走路或跑步时，胯部的振动幅度相对较大，因此测量比较准确；

所述嵌有张力传感器的插槽设置在左腹部和右腹部为宜，因为吃饱后这两个部位的鼓胀比较明显，张力传感器更容易检测到张力的变化；

所述嵌有声音传感器的插槽设置在腰带头附近为宜，因为这个位置更容易检测到肠鸣音；

所述主控单元由单片机及其外围电路组成；

所述执行装置由微型电机以及能与腰带卡槽咬合的齿轮装置组成；

所述报警单元由小型蜂鸣器组成；

所述液晶显示模块由自带中文字库的点阵LCD组成；

所述无线通信单元采用蓝牙装置；

所述电源模块由可充电锂电池及其外围充电、供电电路组成。

图3给出了智能腰带人机交互的原理框图，如图3所示，智能腰带与用户可以进行双向交互，主控单元的单片机中写入了智能腰带工作所需的所有程序，包括操作系统菜单的显示、按键选择、传感器的启动、其他功能单元的驱动等等。当启动电源后，用户通过控制按键选择监测模式，当一种监测模式被选中，相应的传感器启动工作，而另外两种模式所对应的传感器不工作，从而节省电能。

当用户选择运动模式，电子计步器自动开启，其内部的运动传感器便可以感知胯部的振动，并通过振动幅度的大小判断是走路还是跑步，通过电路的特殊设计能够分别计算出走路和跑步的步数；

当用户第一次使用饮食模式，要进行一次实验，张力传感器每隔一定时间采集一次数据，用户首先根据自己刚好吃饱的时刻腹部对腰带的张力值作为基准值，通过按键记录下来；然后继续进食到可以忍受而且不感觉不适，此时的张力值作为封顶值并通过按键第二次记录，用户通过控制按键在操作界面上回调这两个数据并设置到主控单元中。设置完成后，重新选择饮食模式，即可实现监测饮食功能。首先将采集到的数据与基准值进行比较，如果超出了这个基准值，主控单元便驱动蜂鸣器进行报警提醒；如果用户继续进食，直到张力达到了封顶值，主控单元认为用户吃的过饱，驱动执行装置中的电机带动齿轮在卡槽上往使腰带收缩的方向滚动一定距离，电机转动的力矩要设定一个范围，以使用户只感觉到稍许不适，保证用户安全的同时达到提醒用户停止进食的目的，用户知晓情况后通过按键使齿轮反向转动，腰带放松到初始状态；

当用户选择健康模式，声音传感器电路开启，监测用户腹部的肠鸣音，根据医学知识，正常状况下肠鸣音每分钟4-5次，如果每分钟10次以上或几分钟才有一次，则可以认为胃肠系统出现问题，主控单元也根据这一点进行判断，如果监测到数据异常，则驱动蜂鸣器以另一种声音发出声响，提醒用户。

另外，主控单元的外围电路中具有EEPROM模块，可以将监测到的数据实时存储到其中，并且掉电数据不丢失，用户可以随时通过液晶显示模块来回查数据，还可以将数据通过蓝牙模块发送到电脑或智能手机上，以便进一步的分析。

所述电源模块与智能腰带的所有用电单元电连接，为其供电，剩余电量信息也将显示在液晶模块上。

Claims (6)

1.一种具有人机交互功能的智能腰带，其特征在于，在腰带本体上设置一系列传感器单元以及其他装置，包括：

电子计步器单元，与主控单元连接，用于监测人体胯部的运动频率和幅度、计算运动步数；

张力传感器单元，与主控单元连接，用于监测人体腹部对其产生的张力大小并将张力数据传给主控单元；

声音传感器单元，与主控单元连接，用于监测肠鸣音的频率并将监测数据传给主控单元；

主控单元，用于接收各传感器单元采集到的数据，显示在液晶显示模块上，进行处理并发出相应控制指令给执行装置、报警单元和无线通信单元；

执行装置，与主控单元连接，用于在接收到所述主控单元的指令后使腰带产生缩紧或放松；

报警单元，与主控单元连接，用于主控单元分析到数据异常后，或主控单元接收到其他智能设备发送的信息后发出设定的警报音；

液晶显示模块，与主控单元连接，用于显示人机交互信息；

无线通信单元，与主控单元连接，用于通过无线网络与电脑或其他智能设备连接，进行数据交互；

控制按键，与主控单元连接，用于人为操作控制；

电源模块，为以上所有单元提供所需工作电压。

2.根据权利要求1所述的一种具有人机交互功能的智能腰带，其特征在于，所述电子计步器单元通过位置可调的插槽连接所述主控单元，所述插槽在腰带相应于胯部附近移动。

3.根据权利要求1所述的一种具有人机交互功能的智能腰带，其特征在于，所述张力传感器单元通过位置可调的插槽连接所述主控单元，所述插槽在腰带相应于左腹部和/或右腹部附近移动。

4.根据权利要求1所述的一种具有人机交互功能的智能腰带，其特征在于，所述声音传感器单元固定在腰带头附近。

5.根据权利要求1所述的一种具有人机交互功能的智能腰带，其特征在于，所述电子计步器单元包括电子计步单元、运动传感器和控制单元；

所述电子计步单元通过记录触点的通断动作次数计算出运动步数；

所述运动传感器，为加速度传感器，用于感受外界振动频率和幅度，根据人步行或跑步时重心上下移动，平衡锤在上下振动时平衡被破坏，使一个触点能出现通、断动作；

所述控制单元，连接所述电子计步单元和所述运动传感器，用于将运动步数、运动频率和幅度传送给所述主控单元并通过所述液晶显示模块显示。

6.根据权利要求1所述的一种具有人机交互功能的智能腰带，其特征在于，所述执行装置包括微型电机以及与腰带卡槽咬合的齿轮，在接收到所述主控单元的指令后，微型电机带动齿轮在卡槽上移动，使腰带缩紧或放松。