CN105241473A - 运动监测系统及其信号采集装置、监测终端、鞋及鞋垫 - Google Patents

运动监测系统及其信号采集装置、监测终端、鞋及鞋垫 Download PDF

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CN105241473A CN201510608898.5A CN201510608898A CN105241473A CN 105241473 A CN105241473 A CN 105241473A CN 201510608898 A CN201510608898 A CN 201510608898A CN 105241473 A CN105241473 A CN 105241473A
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詹姆斯·刘
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Abstract

本发明提供了一种运动监测系统及其信号采集装置、监测终端、鞋及鞋垫。其中，用于运动监测的信号采集装置包括：信号采集单元和信号发送单元；信号采集单元设置有压电层，压电层用于产生动态变化的电流，电流源于运动者足部的挤压；信号发送单元设置有信号输入端，该信号输入端与信号采集单元的信号输出端相连接，用于将动态变化的电流发送至远端的监测终端；并且，该监控终端用于对动态电流进行分析计算，获得与动态变化的电流相匹配的运动监测信息。相对于现有的用于监测运动的可穿戴设备(诸如，依靠上肢传感的手机，手环等)，本发明对运动者运动情况的分析将更加准确和科学。

Description

运动监测系统及其信号采集装置、监测终端、鞋及鞋垫
技术领域
本发明涉及用于运动监测的可穿戴设备，尤其涉及运动监测系统及其信号采集装置、监测终端、鞋及鞋垫。
背景技术
可穿戴的运动监测装置已经用于智能手机比如IPHONE。对运动的监测的传感器置于手机和手表内部。这会造成对运动监测的很大误差。
具体来说，当人们走路或者跑步，他的运动和能量消耗未必和他的上肢运动直接相关(比如，胳膊上部，腰，胳膊下部，手)。不同的人，依照个人习惯的不同，他们锻炼时的姿势不同，用电话(手机)里面的一个传感器监测人的运动和能量消耗，会造成很大误差。进而，现有的可穿戴设备对运动者运动量的分析是存在很大误差的。
发明内容
鉴于此，本发明旨在提出一种运动监测系统及其信号采集装置、监测终端、鞋及鞋垫，基于本发明，能够对运动者的运动进行准确监测。
第一方面，本发明提供了一种用于运动监测的信号采集装置，包括信号采集单元和信号发送单元；信号采集单元设置有压电层，压电层用于产生动态变化的电流，电流源于运动者足部的挤压；信号发送单元设置有信号输入端，该信号输入端与信号采集单元的信号输出端相连接，用于将动态变化的电流发送至远端的监测终端；并且，该监控终端用于对动态电流进行分析计算，获得与动态变化的电流相匹配的运动监测信息。
进一步地，上述用于运动监测的信号采集装置中，所述压电层为PVDF层。
进一步地，上述用于运动监测的信号采集装置中，所述信号发送单元设置有电源输入端；所述信号采集单元设置有电能输出端；所述信号采集单元的电能输出端与所述信号发送单元的电源输入端连接，用于为所述信号发送单元供电。
进一步地，上述用于运动监测的信号采集装置中，所述信号采集单元设置于与运动者鞋或鞋垫的足后跟对应的位置。
本发明用于运动监测的信号采集装置中，由于信号采集单元设置有压电层，因此，当运动者的足部对压电层进行挤压时，将产生动态变化的电压，当信号发送单元将该电压信号发送至远程的监测终端后，监测终端能够对动态变化的电压进行频率、振幅等参数的分析，依据分析结果，获得匹配的运动监测信息，这些信息能够反映诸如运动者的运动量大小、运动状态(走或跑)、是否出现运动疲劳，进而能够准确分析出运动者的运动习惯。相对于现有技术，由于信号采集单元直接感受运动者足部的运动情况，因此，相对于现有的可穿戴设备(诸如，依靠上肢传感的手机，手环等)，本发明对运动者运动量的分析将更加准确和科学。
第二方面，本发明提供了一种与上述用于运动监测的信号采集装置配合使用的监测终端，包括：信号接收单元、处理单元和显示单元。其中，信号接收单元用于接收所述信号发送单元发送的所述动态变化的电流；处理单元与所述信号接收单元连接，用于分析所述动态变化的电流的频率和振幅，基于所述电流的频率和振幅，计算匹配的运动监测信息，所述运动监测信息包括运动量、运动状态、疲劳状态或运动习惯中至少之一；显示单元与所述处理单元连接，用于将获取的所述运动监测信息进行显示。
进一步地，上述监测终端中，所述处理单元包括如下至少一个模块：用于根据所述电流的频率，判断运动状态为跑或走的运动状态判断模块、用于根据所述电流的振幅变化，判断运动者是否疲劳的疲劳状态检测模块；以及，用于基于所述压电层产生的电流的强度确定运动量的运动量计算模块。
进一步地，上述监测终端中，所述处理单元还包括运动习惯统计模块，与所述运动状态判断模块、所述疲劳状态检测模块及所述运动量计算模块相连接，用于对运动状态、疲劳状态及运动量进行统计，获取用户的运动习惯。
本发明监测终端与上述用于运动监测的信号采集装置配合使用，具体工作原理是，接收信号发送单元发送的压电层所产生的动态电流，对动态变化的电流进行频率、振幅等参数的分析，依据分析结果，获得匹配的运动监测信息，这些信息能够反映诸如运动者的运动量大小、运动状态(走或跑)、是否出现运动疲劳，进而能够准确分析出运动者的运动习惯。相对于现有技术，本发明的数据源是压电层采集的运动者足部的传感信息，因此，相对于现有的可穿戴设备(诸如，依靠上肢传感的手机，手环等)，本发明获取的对运动者运动量的分析将更加准确和科学。
第三方面，本发明还公开了一种运动监测系统，包括：用于运动监测的信号采集装置以及上述的监测终端；其中，所述信号采集装置包括信号采集单元和信号发送单元；所述信号采集单元设置有压电层，所述压电层用于产生动态变化的电流，所述电流源于用户足部的挤压；所述信号发送单元设置有信号输入端，该信号输入端与所述信号采集单元的信号输出端相连接，用于将所述动态变化的电流发送至位于远端的所述监测终端。
本发明运动监测系统的工作原理是，由于信号采集单元设置有压电层，因此，当运动者的足部对压电层进行挤压时，将产生动态变化的电流，当信号发送单元将该电流发送至远程的监测终端后，监测终端能够对动态变化的电流进行频率、振幅等参数的分析，依据分析结果，获得匹配的运动监测信息，这些信息能够反映诸如运动者的运动量大小、运动状态(走或跑)、是否出现运动疲劳，进而能够准确分析出运动者的运动习惯。相对于现有技术，由于信号采集单元直接感受运动者足部的运动情况，因此，相对于现有的可穿戴设备(诸如，依靠上肢传感的手机，手环等)，本发明对运动者运动量的分析将更加准确和科学。
第四方面，本发明还提供了一种鞋垫，设置有上述用于运动监测的信号采集装置。
由于本发明鞋垫包含用于运动监测的信号采集装置，而用于运动监测的信号采集装置的结构在上面已经做了说明，故，在此不再赘述。并且，本发明鞋垫包含用于运动监测的信号采集装置，故，其也会产生与用于运动监测的信号采集装置相同的技术效果，故在此不再说明。
第五方面，本发明还公开了一种鞋，鞋底设置有上述用于运动监测的信号采集装置。
由于本发明鞋包含用于运动监测的信号采集装置，而用于运动监测的信号采集装置的结构在上面已经做了说明，故，在此不再赘述。并且，本发明鞋包含用于运动监测的信号采集装置，故，其也会产生与用于运动监测的信号采集装置相同的技术效果，故在此不再说明。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明运动监测系统优选实施例的结构框图；
图2是本发明运动监测系统优选实施例中，监测终端的结构框图；
图3是本发明运动监测系统实施例中，压强与运动者运动时间所表征的消耗能量(运动量)的关系示意图；
图4是本发明运动监测系统另一实施例的结构框图；
图5是本发明运动监测系统的监测终端中，处理单元的结构框图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开，而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
参照图1，图1是本发明运动监测系统优选实施例的结构框图。该运动监测系统实施例包括：用于运动监测的信号采集装置10以及监测终端20。
其中，信号采集装置10包括信号采集单元101和信号发送单元102；信号采集单元101设置有压电层，压电层用于产生动态变化的电流，电流源于用户足部的挤压；信号发送单元102设置有信号输入端，该信号输入端与信号采集单元101的信号输出端相连接，用于将动态变化的电流发送至位于远端的监测终端20。
监测终端20用于对动态电流进行分析计算，获得与动态变化的电流相匹配的运动监测信息。参照图2，具体来说，监测终端20可以包括：信号接收单元201、处理单元202和显示单元203。其中，信号接收单元201用于接收信号发送单元102发送的动态变化的电流；处理单元202与信号接收单元201连接，用于分析动态变化的电流的频率和振幅，基于电流的频率和振幅，计算匹配的运动监测信息，运动监测信息包括运动量、运动状态、疲劳状态或运动习惯中至少之一；显示单元203与处理单元202连接，用于将获取的运动监测信息进行显示。
本实施例的工作原理为：本实施例的信号采集单元中设置有压电材料，在运动者运动过程中，压电材料被运动者的足部挤压后产生电流，电流随时间的变化与压强随时间的变化一致，电流波动的频率和振幅能够反映出运动者的运动量大小、运动状态(走或跑)、是否出现运动疲劳、或者运动习惯。
更加具体地，当人走路或者跑步，所消耗的能量或者总运动量和人的脚对鞋子的压强和时间有着紧密的关系。例如，当本实施例中的信号采集装置10制成鞋垫放置鞋内，压电层产生的电能和鞋垫受到的压强和时间有着直接的关联。当压强随时间变化，如图3，压强对时间的积分面积与运动量/人的能量消耗相关。虽然压强和人的运动量/消耗能量可能不是线形关系，但是如图3所示，阴影面积是和人的运动量及能量消耗成线形关系。
信号采集单元101和信号发送单元102电连接，当信号采集单元101中的压电层受到运动者挤压后，产生电流，为信号发送单元102提供电源。发送器连通后，发送信号给监测终端20，监测终端20通过号接收单元201、处理单元202，分析接收信号的频率和振幅，获知运动者的运动状态和运动者的疲劳状态。例如，频率大时运动者的可能在跑，频率小时运动者可能是在走；振幅由大变小时，说明运动者出现了疲劳；峰值信号强度由小变强的过程，说明了运动者与监测终端20的距离远近；计算信号强度随时间变化曲线的面积，得出运动者的运动量。
换句话说，本实施例中，由于信号采集单元设置有压电层，因此，当运动者的足部对压电层进行挤压时，将产生动态变化的电流，当信号发送单元将该电流发送至远程的监测终端后，监测终端能够对动态变化的电流进行频率、振幅，强度等参数的分析，依据分析结果，获得匹配的运动监测信息，这些信息能够反映诸如运动者的运动量大小、运动状态(走或跑)、是否出现运动疲劳，进而能够准确分析出运动者的运动习惯。并且，本实施例中，由于信号采集单元101直接感受运动者足部的运动情况，因此，相对于现有的可穿戴设备(诸如，依靠上肢传感的手机，手环等)，本发明对运动者运动量的分析将更加准确和科学。
进一步地，用于运动监测的信号采集装置10中，信号采集单元101中的压电层为PVDF层。PVDF为Polyvinylidenefluoride的英文缩写，主要是指偏氟乙烯均聚物或者偏氟乙烯与其他少量含氟乙烯基单体的共聚物，它兼具氟树脂和通用树脂的特性，具有压电性能。
进一步地，用于运动监测的信号采集装置10中，信号发送单元102设置有电源输入端；信号采集单元101设置有电能输出端；信号采集单元101的电能输出端与信号发送单元102的电源输入端连接，用于为信号发送单元102供电。也就是说，当压电层受到运动者挤压后，产生电流，为信号发送单元102提供电源。具体参照图4，在图4中，信号采集单元101具有两个接口，其中一个接口通过数据线a与信号发送单元102相连接，同时，信号采集单元101的另一个接口通过电源线b与信号发送单元102的电源输入端连接。
在这个实施例中，信号采集装置10具有两个作用，其一，采集运动信号，其二，用于给信号发送单元102供电，使其能够发送电流信号至远端的监测终端20。
进一步地，若信号采集单元101还用于给信号发送单元102供电，则信号采集单元101优选设置于与运动者鞋或鞋垫的足后跟对应的位置。这是因为，足后跟经常承担最大的压力，当运动者穿这样的鞋(或者鞋里放置有带有信号采集装置10的鞋垫)运动时，压电层产生的电能更多。在具体实施时，压电层也可以做成夹心饼干式，本发明对此不作限定。
进一步地，参照图5，上述检测终端20中，处理单元202包括如下至少一个模块：运动状态判断模块2021、疲劳状态检测模块2022和运动量计算模块2023。其中，运动状态判断模块2021用于根据电流的频率，判断运动状态为跑或走；疲劳状态检测模块2022用于根据电流的振幅变化，判断运动者是否疲劳；运动量计算模块2023用于基于压电层产生的电流的强度确定运动量。
这样，处理单元202对数据进行分析后，就可以得到运动状态、疲劳状态和运动量。如上，电流频率大(超过预定阈值)时运动者的可能在跑，频率小(低于预订阈值)时运动者可能是在走；振幅由大变小时，说明运动者出现了疲劳；峰值电压、电流信号强度由小变强的过程，说明了运动者与监测终端20的距离远近；计算信号强度随时间变化曲线的面积，得出运动者的运动量。
进一步地，处理单元202还可以包括运动习惯统计模块2024，运动习惯统计模2024与运动状态判断模块、疲劳状态检测模块及运动量计算模块相连接，用于对运动状态、疲劳状态及运动量进行统计，获取用户的运动习惯。
此外，需要说明的是，监测终端20可以为移动终端，例如，智能手机，pad等设备，也可以为诸如PC机的设备，只要能够对运动者的运动进行分析即可，本发明对此不作限定。
并且，采集装置10和监测终端20之间的信号传输可以采用有线的方式，也可以通过无线网络传输，例如，WIFI，或者3G/4G等，本发明对此不作限定。
另一方面，本发明还公开了一种鞋或鞋垫的实施例，设置有上述用于运动监测的信号采集装置10。
由于本发明鞋或鞋垫包含用于运动监测的信号采集装置，而用于运动监测的信号采集装置的结构在上面已经做了说明，故，在此不再赘述。并且，本发明鞋或鞋垫包含用于运动监测的信号采集装置，故，其也会产生与用于运动监测的信号采集装置相同的技术效果，故在此不再说明。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种用于运动监测的信号采集装置，其特征在于，包括：
信号采集单元(101)，其设置有压电层，所述压电层用于产生动态变化的电压，所述电压源于运动者足部的挤压；
信号发送单元(102)，其设置有信号输入端，该信号输入端与所述信号采集单元(101)的信号输出端相连接，用于将所述动态变化的电流发送至远端的监测终端；并且，
该监控终端用于对动态电流进行分析计算，获得与所述动态变化的电流相匹配的运动监测信息。
2.根据权利要求1所述的用于运动监测的信号采集装置，其特征在于，
所述压电层为PVDF层。
3.根据权利要求2所述的用于运动监测的信号采集装置，其特征在于，
所述信号发送单元(102)设置有电源输入端；
所述信号采集单元(101)设置有电能输出端；
所述信号采集单元(101)的电能输出端与所述信号发送单元(102)的电源输入端连接，用于为所述信号发送单元(102)供电。
4.根据权利要求3所述的用于运动监测的信号采集装置，其特征在于，
所述信号采集单元(101)设置于与运动者鞋或鞋垫的足后跟对应的位置。
5.一种与权利要求1所述的用于运动监测的信号采集装置配合使用的监测终端，其特征在于，包括：
信号接收单元(201)，用于接收所述信号发送单元(102)发送的所述动态变化的电流；
处理单元(202)，与所述信号接收单元(201)连接，用于分析所述动态变化的电流的频率和振幅，基于所述电流的频率和振幅，计算匹配的运动监测信息，所述运动监测信息包括运动量、运动状态、疲劳状态或运动习惯中至少之一；
显示单元(203)，与所述处理单元(202)连接，用于将获取的所述运动监测信息进行显示。
6.根据权利要求5所述的监测终端，其特征在于，所述处理单元包括如下至少一个模块：
运动状态判断模块，用于根据所述电流的频率，判断运动状态为跑或走；
疲劳状态检测模块，用于根据所述电流的振幅变化，判断运动者是否疲劳；
运动量计算模块，用于基于所述压电层产生的电流的强度确定运动量。
7.根据权利要求6所述的监测终端，其特征在于，所述处理单元还包括：
运动习惯统计模块，与所述运动状态判断模块、所述疲劳状态检测模块及所述运动量计算模块相连接，用于对运动状态、疲劳状态及运动量进行统计，获取用户的运动习惯。
8.一种运动监测系统，其特征在于，包括：
用于运动监测的信号采集装置以及如权利要求5至9中任一项所述的监测终端；其中，
所述信号采集装置包括信号采集单元(101)和信号发送单元(102)；所述信号采集单元(101)设置有压电层，所述压电层用于产生动态变化的电流，所述电流源于用户足部的挤压；所述信号发送单元(102)设置有信号输入端，该信号输入端与所述信号采集单元(101)的信号输出端相连接，用于将所述动态变化的电流发送至位于远端的所述监测终端。
9.一种鞋垫，其特征在于，设置有如权利要求1至4所述的任一项用于运动监测的信号采集装置。
10.一种鞋，其特征在于，鞋底设置有如权利要求1至4所述的任一项用于运动监测的信号采集装置。
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