CN104814742A - 健康腕表及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种健康腕表，通过数据采集模块采集人体手腕部的运动数据、心电数据及体温数据；并根据数据处理模块分别获取腕部姿态、运动状态及生理状态，及根据所述腕部姿态、运动状态及生理状态获取人体运动量，同时根据所述运动量增加或减少健康值，再根据所述健康值与状态阈值的关系实时显示相应的颜色以反映人体的健康状况，上述健康腕表能够真实反映人体运动状态，实时方便，操作简单。

Description

健康腕表及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种腕表，尤其涉及一种健康腕表。

背景技术

随着电子技术的不断更新和飞速发展，人体健康监测装置等产品逐渐丰富起来，从最传统的人工测量方式向模拟量产品、数字化产品和综合化产品发展，并且不断的走向人性化，而腕表式健康监测装置是市场上较为畅销的人体健康监测装置。

现有的运动信息采集的腕表/手表大多是采集单一的加速度信息，并不能很好的推测出人体的运动。新的产品功能过于复杂，大多依赖于智能手机。申请号为201220605125.3的专利提出了一种腕式运动量计步器，通过加速度计采集腕部运动信息，并通过LED提醒用户是否运动过量。简单易用，但是只使用了单一的加速度计，并不能完全真实的反应人体的运动；申请号为201120572481.5的专利提出的一种有训练计划的和提醒的无线心跳计步运动手表，通过佩戴在胸腔上的心跳带和佩戴在鞋子或者腰部计步器采集运动生理参数并通过无线传输到手表，使用安装复杂，传感器分开布置，不便于使用；申请号为201220173620.1的专利提出了了一种智能手表式健康提醒装置，通过设置闹钟来提醒用户及时运动，并不能真实反映用户运动状态，只是简单的定时提醒功能。

发明内容

鉴于此，有必要提供一种能够真实反应人体运动状态且操作方便的健康腕表。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种健康腕表，其特征在于，包括：

数据采集模块，用于采集人体手腕部的运动数据、心电数据及体温数据；

数据处理模块，电性连接于所述数据采集模块，用于根据所述运动数据获得人体手腕部的腕部姿态，根据所述心电数据获取人体的运动状态及根据所述体温数据获取人体的生理状态，及根据所述腕部姿态、运动状态及生理状态获取人体的运动量，并根据所述运动量增加或减少健康值；

显示模块，设置于腕表的半透明腕带表面，所述显示模块内置有健康的状态阈值，并根据所述健康值与状态阈值的关系，实时显示相应的颜色以反映人体的健康状况；及

电源模块，电性连接于所述数据采集模块、数据处理模块及显示模块。

在一些实施例中，所述数据采集模块包括MEMS芯片，所述MEMS芯片集成有加速度计、陀螺仪及磁力计，所述加速度计用于采集人体手腕部X轴、Y轴、Z轴上的加速度、所述陀螺仪用于采集人体手腕部X轴、Y轴、Z轴上的角速度，所述磁力计用于采集地磁场数据。

在一些实施例中，所述数据采集模块包括心电传感芯片，所述心电传感芯片用于采集人体的心电数据。

在一些实施例中，所述数据采集模块包括温度传感芯片，所述温度传感芯片用于采集人体的体温数据。

在一些实施例中，所述数据处理模块包括嵌入式处理器，所述嵌入式处理器用于根据人体手腕部的运动数据通过姿态解算算法获得人体手腕部的腕部姿态。

在一些实施例中，所述嵌入式处理器采用卡尔曼滤波算法，利用四元数的姿态角解算方法计算腕部姿态。

在一些实施例中，所述数据处理模块还包括与所述嵌入式处理器电性连接的时钟单元及存储单元。

在一些实施例中，所述显示模块包括LED控制单元，所述LED控制单元用于根据所述健康值与状态阈值的关系控制所述显示模块显示相应的颜色，当所述健康值小于所述状态阈值时，所述LED控制单元控制所述显示模块呈现红色；当所述健康值大于所述状态阈值时，所述LED控制单元控制所述显示模块呈现绿色，当所述健康值与所述状态阈值相等时，所述LED控制单元控制所述显示模块呈现黄色。

另外，本发明还提供了一种健康腕表的工作方法，包括下述步骤：

采集人体手腕部的运动数据、心电数据及体温数据；

根据所述运动数据、心电数据及体温数据分别获取腕部姿态、运动状态及生理状态，及根据所述腕部姿态、运动状态及生理状态获取人体运动量，并根据所述运动量增加或减少健康值；

根据所述健康值与状态阈值的关系实时显示相应的颜色以反映人体的健康状况。

本发明采用上述技术方案的有益效果在于：

上述健康腕表通过采集到的人体手腕部的运动数据、心电数据及体温数据；分别获取腕部姿态、运动状态及生理状态，及根据所述腕部姿态、运动状态及生理状态获取人体运动量，并根据所述运动量增加或减少健康值，根据所述健康值与状态阈值的关系实时显示相应的颜色以反映人体的健康状况，上述健康腕表能够真实反映人体运动状态，实时方便，操作简单。

附图说明

图1为一实施方式的健康腕表的工作原理图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

如图1所示，一实施方式的健康腕表100，包括：数据采集模块110、数据处理模块120、显示模块130及电源模块140。

其中，数据采集模块110用于采集人体手腕部的运动数据、心电数据及体温数据。

优选地，数据采集模块110包括MEMS芯片111，所述MEMS芯片111集成有加速度计1112、陀螺仪1114及磁力计1116，所述加速度计1112、陀螺仪1114及磁力计1116分别用于采集人体手腕部X方向上的运动数据、Y方向的运动数据及人体所在地的磁场。

优选地，所述数据采集模块110还包括心电传感芯片112，所述心电传感芯片112用于采集人体的心电数据。

优选地，所述数据采集模块110还包括温度传感芯片113，所述温度传感芯片113用于采集人体的体温数据。

数据处理模块120电性连接于所述数据采集模块110，用于根据所述运动数据获得人体手腕部的腕部姿态，根据所述心电数据获取人体的运动状态及根据所述体温数据获取人体的生理状态，及根据所述腕部姿态、运动状态及生理状态获取人体的运动量，并根据所述运动量增加或减少健康值。

本发明采用“三维加速度测量为主，以心率测量为辅”的运动能耗测量方法，通过对三轴加速度获取腕部姿态信号进行绝对值积分，间接推算出运动能耗量，具体公式如下：

$E=(\frac{1}{2}{u}_1\mathrm{mg}{\∫}_{a_{x1}}^{a_{x2}}{\mathrm{da}}_x{\∫}_1^2\mathrm{tdt}+\frac{1}{2}\mathrm{mg}{\∫}_{a_{y1}}^{a_{y2}}{\mathrm{da}}_y{\∫}_1^2\mathrm{tdt}+\frac{1}{2}{u}_2\mathrm{mg}{\∫}_{a_{z1}}^{a_{z2}}{\mathrm{da}}_z{\∫}_1^2\mathrm{tdt})$

其中a_x,a_y,a_z为惯性传感器的X,Y,Z轴的加速度信号，u₁,u₂为参数，通过实验来具体标定，E的单位为kcal.，再结合心率传感器和温度传感器采集的数据，计算出人体的活动量，最后根据个人的历史数据和实时活动量计算出健康值。

优选地，所述数据处理模块120包括嵌入式处理器121，所述嵌入式处理器121用于根据人体手腕部的运动数据通过姿态解算算法获得人体手腕部的腕部姿态。

可以理解，由于设备是戴在腕部，因此需要结合手腕的姿态角来推算整个人体的能耗，通过对惯性传感器采集的三轴加速度、三轴角速度、三轴地磁场进行传感器数据融合，采用卡尔曼滤波算法，利用四元数的姿态角解算方法，从而计算出腕部姿态。

可以理解，使用三种传感器(加速度计、陀螺仪、磁力计)采集手腕部的运动信息，通过姿态解算算法，可计算出完整的腕部姿态；同时，结合生理参数(心电和体温)，可以更真实的反应身体的运动状态。

优选地，所述数据处理模块120还包括与所述嵌入式处理器121电性连接的时钟单元122及存储单元123。

显示模块130设置于腕表的半透明腕带表面，所述显示模块130内置有健康的状态阈值，并根据所述健康值与状态阈值的关系，实时显示相应的颜色以反映人体的健康状况。

在本实施例中，根据活动量，处理器将健康值分为，差、一般，良好三个级别。所述状态阈值一共包括两个，分别为低阈值60％，高阈值80％，当健康值(用百分百表示)低于60％则LED呈现红色，大于60％，小于80％则LED呈现层绿色，大于80％为黄色。

优选地，所述显示模块130包括LED控制单元(图未示)，所述LED控制单元用于根据所述健康值与状态阈值的关系控制所述显示模块130显示相应的颜色，当所述健康值小于所述状态阈值时，所述LED控制单元控制所述显示模块130呈现红色；当所述健康值大于所述状态阈值时，所述LED控制单元控制所述显示模块130呈现绿色，当所述健康值与所述状态阈值相等时，所述LED控制单元控制所述显示模块130呈现黄色。

可以理解，以腕带颜色的变化体现实时身体健康状态，提醒用户及时运动，大大提高用户的运动积极性。

电源模块140电性连接于所述数据采集模块110、数据处理模块120及显示模块130。

可以理解，所述电源模块140用于为所述数据采集模块110、数据处理模块120及显示模块130提供电源。

可以理解，本发明提供的腕表还可以，增加屏幕、蓝牙或GPRS/3G等无线通信模块，实现更多的功能，同时，根据实际需要还可以增加与智能终端的交互功能，更好的扩展其使用性能。

本发明还提供了一种健康腕表的工作流程，包括下述步骤：

步骤S110：采集人体手腕部的运动数据、心电数据及体温数据；

步骤S120：根据所述运动数据、心电数据及体温数据分别获取腕部姿态、运动状态及生理状态，及根据所述腕部姿态、运动状态及生理状态获取人体运动量，并根据所述运动量增加或减少健康值；

步骤S130：根据所述健康值与状态阈值的关系实时显示相应的颜色以反映人体的健康状况。

上述健康腕表通过数据采集模块采集人体手腕部的运动数据、心电数据及体温数据；并根据数据处理模块分别获取腕部姿态、运动状态及生理状态，及根据所述腕部姿态、运动状态及生理状态获取人体运动量，同时根据所述运动量增加或减少健康值，再根据所述健康值与状态阈值的关系实时显示相应的颜色以反映人体的健康状况，上述健康腕表能够真实反映人体运动状态，实时方便，操作简单。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种健康腕表，其特征在于，包括：

数据采集模块，用于采集人体手腕部的运动数据、心电数据及体温数据；

数据处理模块，电性连接于所述数据采集模块，用于根据所述运动数据获得人体手腕部的腕部姿态，根据所述心电数据获取人体的运动状态及根据所述体温数据获取人体的生理状态，及根据所述腕部姿态、运动状态及生理状态获取人体的运动量，并根据所述运动量增加或减少健康值；

显示模块，设置于腕表的半透明腕带表面，所述显示模块内置有健康的状态阈值，并根据所述健康值与状态阈值的关系，实时显示相应的颜色以反映人体的健康状况，所述阈值包括低阈值和高阈值；及

电源模块，电性连接于所述数据采集模块、数据处理模块及显示模块。

2.根据权利要求1所述的健康腕表，其特征在于，所述数据采集模块包括MEMS芯片，所述MEMS芯片集成有加速度计、陀螺仪及磁力计，所述加速度计用于采集人体手腕部X轴、Y轴、Z轴上的加速度、所述陀螺仪用于采集人体手腕部X轴、Y轴、Z轴上的角速度，所述磁力计用于采集地磁场数据。

3.根据权利要求1所述的健康腕表，其特征在于，所述数据采集模块包括心电传感芯片，所述心电传感芯片用于采集人体的心电数据。

4.根据权利要求1所述的健康腕表，其特征在于，所述数据采集模块包括温度传感芯片，所述温度传感芯片用于采集人体的体温数据。

5.根据权利要求1所述的健康腕表，其特征在于，所述数据处理模块包括嵌入式处理器，所述嵌入式处理器用于根据人体手腕部的运动数据通过姿态解算算法获得人体手腕部的腕部姿态。

6.根据权利要求5所述的健康腕表，其特征在于，所述嵌入式处理器采用卡尔曼滤波算法，利用四元数的姿态角解算方法计算腕部姿态。

7.根据权利要求5所述的健康腕表，其特征在于，所述数据处理模块还包括与所述嵌入式处理器电性连接的时钟单元及存储单元。

8.根据权利要求1所述的健康腕表，其特征在于，所述显示模块包括LED控制单元，所述LED控制单元用于根据所述健康值与状态阈值的关系控制所述显示模块显示相应的颜色，当所述健康值小于低阈值的60％时，所述LED控制单元控制所述显示模块呈现红色；当所述健康值大于低阈值的60％并且小于高阈值80％，所述LED控制单元控制所述显示模块呈现绿色，当所述健康值大于高阈值80％，所述LED控制单元控制所述显示模块呈现黄色。

9.一种根据权利要求1所述的健康腕表的工作方法，其特征在于，包括下述步骤：

采集人体手腕部的运动数据、心电数据及体温数据；

根据所述运动数据、心电数据及体温数据分别获取腕部姿态、运动状态及生理状态，及根据所述腕部姿态、运动状态及生理状态获取人体运动量，并根据所述运动量增加或减少健康值；

根据所述健康值与状态阈值的关系实时显示相应的颜色以反映人体的健康状况。