CN105890618A

CN105890618A - 一种护膝式计步器的设计

Info

Publication number: CN105890618A
Application number: CN201410834561.1A
Authority: CN
Inventors: 陆婷
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-12-25
Filing date: 2014-12-25
Publication date: 2016-08-24

Abstract

该发明是基于无线模块NRF24L01的一种护膝式计步器，分为两个部分；它们是发射器端和接收端，都各自具有微处理器。发射端与一个弯曲传感器相连，每个微处理器具有其自己的无线模块。计步器通过无线模块发送数据和接受数据，接收端通过一个液晶屏显示步数。本系统通过判断弯曲传感器端的电压变化与设定阀值的比较实现计步功能，便于运动时的计步。

Description

一种护膝式计步器的设计

技术领域

本发明是基于无线模块NRF24L01和弯曲传感器来实现的一种记步器，属于无线通信及自动控制领域。

背景领域

近年来，越来越多的人更加注重保持身体健康，并且使用不同的方式和体育器件来实现对身体的保护。与此同时，越来越多的产品被用来记录运动量从而达到自身的锻炼效果。计步器很早就在社会上流行，它通常可以激励人们实现更高的目标并且面对自己设定挑战，从而实现强身健体或减肥的目的。计步器可以测量和记录多个参数数据，比如步数，距离和卡路里燃烧量。如今无线技术是如此地快速发展，十分便于利用于实现人们的各种想法，它越来越能面对解决人们生活中不同的问题，在许多情况下，那些选择了计步器的人都在一定程度上改善了自己的身体，并且不但是增强的体质，还很有效的防止了许多疾病的发生，比如由于脂肪堆积产生的心血管疾病，还有如今社会上十分常见的“三高”。

如今，无线通信技术发展非常快，越来越多的设备使人们过的比之前更“懒”，为了实现对于数据的更高利用，我们如今实现了许多方法比如wifi和蓝牙。如今我们更加地节约了成本，并且让我们的生活更加方便，所以如今对这些无线技术的使用，可以说是随处可见的。

很多计步器是采用重力传感器来实现对计步功能的实现。在采样和平滑处理后，有效步数的数量将由峰值检测来确认。例如，有一种计步器是使用一种微电机系统(MEMS)，确定有效步数的方式是根据当前的数据信息和加速度阈值比较确定的。实时信息是由5加速度分量组成，当实时加速度数据流大于第一阈值和最后一个加速度值小于该阈值，就可以判断为有效的步数。但是这种确定有效步数的方法通常存在判断失误的问题，也会漏掉一些误差比较大的信息。

发明内容

为了克服计步器目前的一些发明存在的漏洞和一些技术问题的缺点，这种护膝式计步器提供了一种新的方法，利用弯曲传感器采取并记录来确定有效的步数。

基于短距离无线传输模块，此计步器利用微控制器用来进行数据采集、计算和控制作用。与其他计步器不同的是，输入端有可以捕捉人体膝盖弯曲的弯曲传感器和与无线传输模块相连接的微控制器，计步器发送端创建有效步数的数据和并通过无线传输模块将这些数据发送给接收端。

微控制器具有信号采集、数据运算和控制的作用，弯曲传感器用于测量运动时膝盖的弯曲变化，微控制器根据采集的弯曲量转化成的数字信号，判断出运动人体迈出的有效步伐数。

本发明的基于短距离无线传输模块的计步器，终端不仅能显示出使用者迈出的有效步伐数，而且还可以实现设定步数目标，方便了人们对运动量的跟踪及健康管理。

本发明的基于无线模块NRF24101，微处理器采用AT89S52，用的是弯曲传感器，并且用一个ADC0832的转换模块实现读取弯曲数据的功能。

弯曲传感器技术是基于碳元素的电阻技术。作为一个可变电阻，在弯曲传感器的形变基片上可进行较大的形变量。当基片被弯曲时，该传感器产生的电阻输出相关联的弯曲半径，半径越小，就会产生较高的电阻值，也就是形变量越大，阻值也越大。

NRF24L01是一个单芯片射频收发器，工作频段为世界广泛利用的2.4-2.5GHz的ISM频段。该收发器由一个完全集成的频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、解调器、调制器组成。输出功率，频道和协议的设置很容易通过SPI接口进行编程。电流消耗非常低，只有9.0毫安在-6dBm的和12.3毫安在RX模式的输出功率。内置掉电和待机模式，具有较强的节能和调节能力。

弯曲传感器将自身形变产生的电压信号输入信号及AD处理电路，通过AD处理电路进行信号调理后传输给单片机，单片机根据接收到的电压信号及事先存储的输入参数计算相应的运动参数，并通过接收端液晶显示器进行显示。

本发明的计步方法，其特征在于，包括以下步骤：

a).采集弯曲值，使用者佩戴上护膝式计步器进行跑步运动时，弯曲传感器通过AD转换模块会输出膝盖弯曲的一个数字量，把它设为dat；

b).记录dat的值；

C).设定状态标记sta_flag，并设定初始值为0；

D).用dat值与设定阀值MAX进行比较，如果dat值比阀值max大则立刻设定sta_flag为1，并且记为有效的一步；

E)当dat值小于阀值min时，则设定sta_flag为0；

F)以此循环。

由于2.4GHz ISM频段是全球开放频段，许多系统如W-LAN、蓝牙等都共用这一频段，这就是说NRF24L01的工作环境也许会是一个干扰很多的环境，该设计往往在受控的实验室环境下工作得很好，但在现场却会由于受到其他工作在2.4GHz产品的影响而使性能显著下降。因此在应用NRF24L01时如何避免其他设备的干扰是必须考虑的问题。工作在2.4GHz频段的无线设备的频道使用情况主要分为两种，一种是频率分布相对稳定的系统如W-LAN，另一种是跳频系统如蓝牙。

当存在蓝牙突发干扰时，由于蓝牙通常在一个频点的驻留时间小于625us，将重发延迟设置为700us就可以保证两次发射不会都受干扰。对于连续的干扰信号比如WLAN信号，在PRX模式下，用户可以通过载波检测，但是，在PTX模式下，通过载波检测来检测连续干扰，则不是很好的方法。这是因为：

(1)、需要切换到RX模式进行载波检测，会耗费较大的电流，浪费较多的时间。

(2)、很多设备在空中传输包的时间大约100-300us，有可能检测时没有干扰，过几us后，又有干扰出现。

(3)、蓝牙等跳频设备，可能会干扰NRF24L01的一个包，但NRF24L01下一次重传却可能成功。

(4)、天线的方向性及多路径衰减也会影响载波检测。

附图说明

图1发射端结构图

图2接收端结构图

图3算法流程图

图4发射端电路图

图5接收端电路图

具体实施方法

下面结合附图和具体事例进行详细说明：

如图1，给出了本发明基于无线传感器的护膝式计步器的发射端的结构原理图，所示的发射端由弯曲传感器，AD转换模块，微处理器，无线模块和电源模块组成，弯曲传感器连在AD转换模块上，然后AD转换模块，电源模块，无线模块都和微处理器相连。使用者佩戴上本产品之后，接上了电源，微处理器对于运动中膝盖的弯曲度测量判断有效步数，然后微处理器通过无线模块将计算的步伐传输到接收终端。

如图2显示，就是接收端，由微处理器，电源模块，LCD显示模块，操作模块和无线模块组成，能将运动者的步数进行显示，并且可以做一些简单的操作，比如复位和预订步数的功能。

如图3所示，给出了本发明对于计步的流程图，通过以下步骤来实现：

A).采集弯曲值，当使用者佩戴上护膝式计步器运动时，弯曲传感器会因为弯曲而改变自身的阻值，从而改变输出的电压量；

B).ad模块将输出的电压量转换成数字量，并记录下来，记为dat；

C).微处理器处理dat值。因为弯曲时，dat值变大，要确定有效步数，dat必须大于设定阀值的MAX值时，我们设定为有效的一步，并用状态量sta_flag来记录，当dat＞Max时，sta_flag从初始值0变为1.当传感器从弯曲变为初始状态时，dat值变小，我们设定dat小于阀值MIN时即为回到初始状态，将sta_flag设为0，为下一步做准备，由此进行循环，将步数累加就形成了计步的功能。

在图4和图5中，此发明的电路因为NRF24L01与单片机AT89S52不能共同在5v的电压下工作，所以我们设计了一个稳压电路，能让无线模块不至于在工作时烧毁。

本发明基于无线传输和弯曲传感器的计步方法，适用于大部分情况，因为人体膝盖和各人的走路习惯都不相同，可适当调节阀值来适应各人的情况。

Claims

1.本发明是由弯曲传感器和无线收发模块构成的一种计步器。

2.本发明是基于短距离无线传输模块的计步器，终端不仅能显示出使用者迈出的有效步伐数，而且还可以实现设定步数目标，方便了人们对运动量的跟踪及健康管理。

3.本发明中无线模块采用NRF24101，微处理器采用AT89S52，用的是弯曲传感器，并且用一个ADC0832的转换模块实现读取弯曲数据的功能。