CN105806359A - 一种计步方法及计步器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种步态计步方法及计步器，基于三轴加速度传感器采集人体运动时的加速度信号，其特征在于，对上述人体运动时的加速度信号进行解析，检测，以三个轴原始数据的矢量和的绝对值作为基本数据，将基本数据作滑动平均处理，取滑动平均值作为计算数据，以数据值的波动和时间参数作为分析对象，该计步器可以对佩戴者的不同种类的步态进行精确计步。具有逻辑清晰、计步准确、运算量小的特点，特别适用于资源非常有限的环境。

Description

一种计步方法及计步器

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种能够对使用者步数进行计数的计步方法及计步器。

背景技术

现有的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，在实际运动过程中，由于运动的复杂性，典型的波峰判断会受到多种因素的干扰，主要有：短时间的波动干扰、小幅度的波动干扰，但是，在快速运动时，正常的波形又与前面两种干扰引起的波形类似。因此，算法的难点在于有效区分干扰与正常的快速运动波形。作为现有技术，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，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。图1展示了运动过程中典型的加速度变化波形，其中从波谷到波峰再到波谷为完整的一步。本算法以波峰为准来判断计步。

图2为小范围变形的波形，运动过程中常见的波形，正常的一步中出现两次或更多次的波峰，但实际只走出了一步。此波形会对基本的计步判断规则产生干扰。

图3为波形变化幅度的波动波形，快速运动时的典型波形，加速度波峰和波谷之间的差值会出现大幅度的变化。

图4为运动幅度变化的波形，正常的运动不会一直保持相同的姿势和幅度，姿势或幅度变化时，会引起加速度的幅度产生很大的波动，相应地，波峰与波谷的差值也会大调度变化。

图5为非运动状态的波形，非运动状态下，加速度传感器仍有正常输出，波形比较复杂，很可能会出现一些与正常运动非常相似的波形。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中对计步方法存在的问题而提供计步方法及计步器。

本发明的目的由以下技术方案实现：

一种计步方法,基于三轴加速度传感器采集人体运动时的加速度信号，其特征在于，对上述人体运动时的加速度信号进行解析，检测，以三个轴原始数据的矢量和的绝对值作为基本数据，将基本数据作滑动平均处理，取滑动平均值作为计算数据，以数据值的波动和时间参数作为分析对象，周期性地显现上述物理量的时间波形中的特征点，以波峰为准来判断计步，从波谷到波峰再到波谷为完整的一步，在判断是否产生计步时，加入时间因数：两个波峰的间隔小于最小设定值时，判定为干扰，时间基准仍以前一波峰为准。两个波峰的间隔大于最大设定值时，判定前一次运动已经结束，后一个波峰为新的一次运动的开始，最小间隔为0.25秒左右，最大间隔为2秒；

每一次计步时波峰与波谷的差值，并取滑动平均值，每个波峰时计算当前差值，并与滑动平均值作比较，满足最小差值、并且在滑动平均值的正负10%，并同时满足在预设的最小值和最大值之间，才判定为新的一步；

满足以上规则并判定计一步时，若与上一步之间的时间差同时满足特定的时长时，认定为实际走了2步，特定时长为约0.9秒到1.8秒之间；

非运动状态与正常运动状态可能有相似的波形，用时间和步数对两者作区分，只有同时满足持续运动一段时间、并且达到最低步数时，才认定为运动状态；

时间定为8-12秒，最低步数为11-15步。

一种计步器，其特征在于，具体包括：三轴加速度传感器模块、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；所述三轴加速度传感器模块用于输出运动时产生的加速度信号；所述参数产生模块及计步特征判定模块以三个轴原始数据的矢量和的绝对值作为基本数据，将基本数据作滑动平均处理，取滑动平均值作为计算数据，以数据值的波动和时间参数作为分析对象，周期性地显现上述物理量的时间波形中的特征点；

所述计数规则判定模块及步态规则判定模块以及计数模块；用于对符合计步特征判定模块数据进行检测，以波峰为准来判断计步，从波谷到波峰再到波谷为完整的一步，在判断是否产生计步时，加入时间因数：两个波峰的间隔小于最小设定值时，判定为干扰，时间基准仍以前一波峰为准。两个波峰的间隔大于最大设定值时，判定前一次运动已经结束，后一个波峰为新的一次运动的开始，最小间隔为0.25秒左右，最大间隔为2秒；

每一次计步时波峰与波谷的差值，并取滑动平均值，每个波峰时计算当前差值，并与滑动平均值作比较，满足最小差值、并且在滑动平均值的正负10%，并同时满足在预设的最小值和最大值之间，才判定为新的一步；

满足以上规则并判定计一步时，若与上一步之间的时间差同时满足特定的时长时，认定为实际走了2步，特定时长为约0.9秒到1.8秒之间；

非运动状态与正常运动状态可能有相似的波形，用时间和步数对两者作区分，只有同时满足持续运动一段时间、并且达到最低步数时，才认定为运动状态；

时间定为8-12秒，最低步数为11-15步。

本发明实现了对计步间隔的修正处理，在判断是否产生计步时，加入时间因数：两个波峰的间隔小于最小设定值时，判定为干扰，时间基准仍以前一波峰为准。两个波峰的间隔大于最大设定值时，判定前一次运动已经结束，后一个波峰为新的一次运动的开始。最小间隔为0.25秒左右，最大间隔为2秒。本发明还实现了对差值幅度的自适应处理，正常的运动中，波峰与波谷的差值也可能存在较大波动，差值小到一定程度时，可能无法区分是正常的波动还是干扰，因此差值会有一个最小值，即超过此值才会判断成不同的波峰或波谷。但是，由于人的运动习惯会有差异，固定的差值无法适应不同的人和不同的运动场景。本算法记录每一次计步时波峰与波谷的差值，并取滑动平均值，每个波峰时计算当前差值，并与滑动平均值作比较，满足最小差值、并且在滑动平均值的一定范围内，取正负10%，并同时满足在预设的最小值和最大值之间，才判定为新的一步。

本发明还实现了对快速运动的修正处理，满足以上规则并判定计一步时，若与上一步之间的时间差同时满足特定的时长时，认定为实际走了2步。特定时长为约0.9秒到1.8秒之间。

本发明还实现了对非运动状态的过滤处理，非运动状态与正常运动状态可能有相似的波形，本算法用时间和步数对两者作区分，只有同时满足持续运动一段时间、并且达到最低步数时，才认定为运动状态。时间定为10秒左右，最低步数为13步左右。更长的时间和/或更多的步数可以过滤掉更多的非运动状态，但也会更容易造成误判，具体的时间和步数可以根据实际需要调整。

本发明算法逻辑清晰，基本思路为：判断波峰，消除干扰；实现简单：主要为逻辑判断，相关参数少；运算量小：整个算法不需要进行浮点运算，仅在计算加速度矢量和时有乘法和开方运算，其中开方运算可以单独优化，只需要处理整型数即可。需要资源少：只需要很少的存储单元，主要用于存储和处理滑动平均计算。

附图说明图1为典型计步波形，

图2为小范围变形的波形，

图3为波形变化幅度的波动波形，

图4为运动幅度变化的波形，

图5为非运动状态的波形。

具体实施方式下面对本发明作进一步的阐述。

一种计步方法,基于三轴加速度传感器采集人体运动时的加速度信号，其特征在于，对上述人体运动时的加速度信号进行解析，检测，以三个轴原始数据的矢量和的绝对值作为基本数据，将基本数据作滑动平均处理，取滑动平均值作为计算数据，以数据值的波动和时间参数作为分析对象，周期性地显现上述物理量的时间波形中的特征点，以波峰为准来判断计步，从波谷到波峰再到波谷为完整的一步，在判断是否产生计步时，加入时间因数：两个波峰的间隔小于最小设定值时，判定为干扰，时间基准仍以前一波峰为准。两个波峰的间隔大于最大设定值时，判定前一次运动已经结束，后一个波峰为新的一次运动的开始，最小间隔为0.25秒左右，最大间隔为2秒；

每一次计步时波峰与波谷的差值，并取滑动平均值，每个波峰时计算当前差值，并与滑动平均值作比较，满足最小差值、并且在滑动平均值的正负10%，并同时满足在预设的最小值和最大值之间，才判定为新的一步；

满足以上规则并判定计一步时，若与上一步之间的时间差同时满足特定的时长时，认定为实际走了2步，特定时长为约0.9秒到1.8秒之间；

非运动状态与正常运动状态可能有相似的波形，用时间和步数对两者作区分，只有同时满足持续运动一段时间、并且达到最低步数时，才认定为运动状态；

时间定为10秒，最低步数为13步。

一种计步器，其特征在于，具体包括：三轴加速度传感器模块、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；所述三轴加速度传感器模块用于输出运动时产生的加速度信号；所述参数产生模块及计步特征判定模块以三个轴原始数据的矢量和的绝对值作为基本数据，将基本数据作滑动平均处理，取滑动平均值作为计算数据，以数据值的波动和时间参数作为分析对象，周期性地显现上述物理量的时间波形中的特征点；

所述计数规则判定模块及步态规则判定模块以及计数模块；用于对符合计步特征判定模块数据进行检测，以波峰为准来判断计步，从波谷到波峰再到波谷为完整的一步，在判断是否产生计步时，加入时间因数：两个波峰的间隔小于最小设定值时，判定为干扰，时间基准仍以前一波峰为准。两个波峰的间隔大于最大设定值时，判定前一次运动已经结束，后一个波峰为新的一次运动的开始，最小间隔为0.25秒左右，最大间隔为2秒；

每一次计步时波峰与波谷的差值，并取滑动平均值，每个波峰时计算当前差值，并与滑动平均值作比较，满足最小差值、并且在滑动平均值的正负10%，并同时满足在预设的最小值和最大值之间，才判定为新的一步；

满足以上规则并判定计一步时，若与上一步之间的时间差同时满足特定的时长时，认定为实际走了2步，特定时长为约0.9秒到1.8秒之间；

非运动状态与正常运动状态可能有相似的波形，用时间和步数对两者作区分，只有同时满足持续运动一段时间、并且达到最低步数时，才认定为运动状态；

时间定为12秒，最低步数为11步。

Claims (2)

1.一种计步方法,基于三轴加速度传感器采集人体运动时的加速度信号，其特征在于，对上述人体运动时的加速度信号进行解析，检测，以三个轴原始数据的矢量和的绝对值作为基本数据，将基本数据作滑动平均处理，取滑动平均值作为计算数据，以数据值的波动和时间参数作为分析对象，周期性地显现上述物理量的时间波形中的特征点，以波峰为准来判断计步，从波谷到波峰再到波谷为完整的一步，在判断是否产生计步时，加入时间因数：两个波峰的间隔小于最小设定值时，判定为干扰，时间基准仍以前一波峰为准；

两个波峰的间隔大于最大设定值时，判定前一次运动已经结束，后一个波峰为新的一次运动的开始，最小间隔为0.25秒左右，最大间隔为2秒；

每一次计步时波峰与波谷的差值，并取滑动平均值，每个波峰时计算当前差值，并与滑动平均值作比较，满足最小差值、并且在滑动平均值的正负10%，并同时满足在预设的最小值和最大值之间，才判定为新的一步；

满足以上规则并判定计一步时，若与上一步之间的时间差同时满足特定的时长时，认定为实际走了2步，特定时长为0.9秒到1.8秒之间；

非运动状态与正常运动状态可能有相似的波形，用时间和步数对两者作区分，只有同时满足持续运动一段时间、并且达到最低步数时，才认定为运动状态；

时间定为8-12秒，最低步数为11-15步。

2.一种计步器，其特征在于，具体包括：三轴加速度传感器模块、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；所述三轴加速度传感器模块用于输出运动时产生的加速度信号；所述参数产生模块及计步特征判定模块以三个轴原始数据的矢量和的绝对值作为基本数据，将基本数据作滑动平均处理，取滑动平均值作为计算数据，以数据值的波动和时间参数作为分析对象，周期性地显现上述物理量的时间波形中的特征点；

所述计数规则判定模块及步态规则判定模块以及计数模块；用于对符合计步特征判定模块数据进行检测，以波峰为准来判断计步，从波谷到波峰再到波谷为完整的一步，在判断是否产生计步时，加入时间因数：两个波峰的间隔小于最小设定值时，判定为干扰，时间基准仍以前一波峰为准；

两个波峰的间隔大于最大设定值时，判定前一次运动已经结束，后一个波峰为新的一次运动的开始，最小间隔为0.25秒左右，最大间隔为2秒；

每一次计步时波峰与波谷的差值，并取滑动平均值，每个波峰时计算当前差值，并与滑动平均值作比较，满足最小差值、并且在滑动平均值的正负10%，才判定为新的一步；

满足以上规则并判定计一步时，若与上一步之间的时间差同时满足特定的时长时，认定为实际走了2步，特定时长为0.9秒到1.8秒之间；

非运动状态与正常运动状态可能有相似的波形，用时间和步数对两者作区分，只有同时满足持续运动一段时间、并且达到最低步数时，才认定为运动状态；

时间定为8-12秒，最低步数为11-15步。