CN106017504A - 一种基于脚腕运动速度检测的计步装置 - Google Patents

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高宏
徐学雷
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    • G01C22/00—Measuring distance traversed on the ground by vehicles, persons, animals or other moving solid bodies, e.g. using odometers, using pedometers
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Abstract

本发明涉及一种基于脚腕运动速度检测的计步装置，属于人体运动信息检测技术领域。包括外壳、电路板、单轴微机械加速度计、篮牙模块和蓝牙天线。外壳通过腕带配戴在脚腕处，电路板固定在外壳上，单轴微机械加速度计、篮牙模块和蓝牙天线固定在电路板上；单轴微机械加速度计的信号输出端与篮牙模块中的单片机信号输入端相连接，篮牙模块的射频信号输出端与蓝牙天线的信号输入端相连接。本计步装置通过单轴微机械加速度计和篮牙模块中的单片机直接检测行走时脚腕处产生的水平运动速度，利用脚腕运动速度信号的脉冲数来进行计步。由于单轴微机械加速度计的敏感方向与地面平行，可有效消除外界振动干扰对计步结果的影响，具有较强的抗干扰能力。

Description

一种基于脚腕运动速度检测的计步装置
技术领域
本发明涉及一种基于脚腕运动速度检测的计步装置，属于人体运动信息检测技术领域。
背景技术
计步器作为一种便携式健康管理工具，能够量化并监测人们的日常行走锻炼的步数、步行中卡路里消耗量和燃烧脂肪量，让人们可以很精确地对自己的健康进行管理，达到适量运动的目的，因而计步器获得了越来越广泛的应用。
人体在行走时，脚底与地面的间歇性撞击，会使身体重心在垂直于地面的方向产生与步行频率同步的上下振动。现有的计步器利用固定在手腕或放置在腰部的振动传感器来检测出身体重心的上下运动，就能对行走步数进行计数。由于身体的缓冲作用，脚底与地面撞击产生的振动传导到腰部或手腕时，振动幅度已大幅度衰减，计步结果易受电梯、交通工具等外界垂直振动干扰的影响，降低计步器计步精度。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于脚腕运动速度检测的计步装置，利用行走时脚腕处产生的水平运动速度进行计步，由于速度检测方向与地面平行，因此对电梯、交通工具等外界垂直振动干扰不敏感，只记录实际的行走步数。
本发明提出的基于脚腕运动速度检测的计步装置，包括外壳、电路板、单轴微机械加速度计、篮牙模块和蓝牙天线；其中外壳通过腕带戴在脚腕处，电路板固定在外壳上，单轴微机械加速度计、篮牙模块和蓝牙天线分别固定在电路板上；单轴微机械加速度计的信号输出端与篮牙模块的信号输入端相连接，篮牙模块的射频信号输出端与蓝牙天线的信号输入端相连接；所述的外壳，用于随着脚腕的水平运动，产生运动加速度物理信号；所述的单轴微机械加速度计，用于将外壳产生的运动加速度物理信号转变成电信号，单轴微机械加速度计的敏感方向为脚腕运动方向；所述的篮牙模块，内置有单片机，用于对单轴微机械加速度计输出的加速度电信号进行采样，同时对加速度数字信号进行积分，获得脚腕处的运动速度数字信号；根据设定的阈值，将脚腕处的运动速度数字信号整形为矩形脉冲信号，并对矩形脉冲信号进行计数，得到行走的步数，最后将计步数据调制成2.4GHz的射频信号输出给蓝牙天线；所述的蓝牙天线，用于将篮牙模块输出的2.4GHz的射频信号以无线方式传输到智能手机进行计步数据显示。
本发明提出的基于脚腕运动速度检测的计步装置，其优点是，该脚腕式计步装置通过单轴微机械加速度计和单片机直接检测行走时脚腕处产生的水平运动速度，利用速度信号的峰值进行计数。由于单轴微机械加速度计的敏感方向与地面平行，对电梯、交通工具等外界振动产生的垂直干扰不敏感，可有效消除外界振动干扰对计步结果的影响。本发明提出的基于脚腕运动速度检测的计步装置测量方法简单可靠、抗垂直干扰能力强、灵敏度高，使用单轴微机械加速度计和篮牙模块中的单片机测量脚腕速度，电路简单、成本较低。
附图说明
图1是本发明提出的基于脚腕运动速度检测的计步装置的机械结构示意图。
图2是本发明提出的基于脚腕运动速度检测的计步装置电路原理框图。
图3是行走时脚腕运动速度变化示意图。
图1中，1是外壳，2是单轴微机械加速度计，3是内置单片机的篮牙模块，4是蓝牙天线，5是电路板。
具体实施方式
本发明提出的基于脚腕运动速度检测的计步装置的结构如图1所示，包括：外壳1、电路板5、单轴微机械加速度计2、内置单片机的篮牙模块3、蓝牙天线4；外壳通过腕带固定在脚腕上；电路板4通过螺钉固定在外壳上。单轴微机械加速度计2、内置单片机的篮牙模块3和蓝牙天线4等电子元器件固定在电路板4上；单轴微机械加速度计的信号输出端与篮牙模块3内的单片机信号输入端相连接，篮牙模块3的信号输出端与蓝牙天线4的信号输入端相连接，如图2所示。
本装置的各器件的功能为：
外壳1，用于输入行走时脚腕处产生的水平运动。
单轴微机械加速度计2，用于将外壳1产生的运动加速度物理信号转变成电信号，其敏感方向为脚腕运动方向；
篮牙模块3，内置单片机，首先对加速度信号进行积分，获得脚腕处的运动速度，然后判断速度信号的峰值并进行计数，最后将计步数据调制成2.4GHz的射频信号输出给蓝牙天线4；
蓝牙天线4，用于将篮牙模块3输出的2.4GHz射频信号以无线方式传输到智能手机进行进行计步数据显示；
电路板5，用于固定并连接单轴加速度传感器2、篮牙模块3和蓝牙天线4，并将外壳1的运动传递给单轴加速度传感器2。
本发明的脚腕式计步装置的一个实施例中，使用美国ADI公司的ADXL190单轴微机械加速度计；使用TI公司生产的CC2541篮牙模块，该模块内置有增强型8051MCU、256KB可编程闪存和8KB RAM；使用Johanson公司的2450AT45A100篮牙陶瓷贴片天线。
本发明的基于脚腕运动速度检测的计步装置，其中的单轴微机械加速度计、篮牙模块和蓝牙天线等电子元器件固定在电路板上，电路板固定在外壳内，整个计步装置用腕带佩戴在使用者的脚腕处。
本发明基于脚腕运动速度检测的计步装置的工作原理是：
人在行走时，每一步都可分解为抬脚、向前加速运动、向前减速运动和落脚四个过程。每次脚底全部落地时，脚与地面没有相对运动，即脚的前向运动速度为零，如图3所示。测量行走时脚腕处的运动速度，对速度脉冲信号进行计数，就能实现计步。
行走时脚腕运动传导到计步装置中的单轴微机械加速度计2上，单轴微机械加速度计2将脚腕运动加速度物理信号转变成为电信号，篮牙模块3中的单片机对加速度电信号进行积分，获得脚腕运动的速度，对速度信号进行阈值判断和计数，篮牙模块3将计步数据调制成2.4GHz的射频信号输出给蓝牙天线4，蓝牙天线4最后将射频信号以无线方式传输到智能手机。
本发明基于脚腕运动速度检测的计步装置直接在脚腕处检测脚腕运动速度，利用脚腕运动速度信号的脉冲数来进行计步，由于单轴微机械加速度计的敏感方向与地面平行，对电梯、交通工具等外界振动产生的垂直干扰不敏感，可有效消除外界振动干扰对计步结果的影响。本发明提出的基于脚腕运动速度检测的计步装置测量方法简单可靠、抗垂直干扰能力强、灵敏度高，使用单轴微机械加速度计和篮牙模块中的单片机测量脚腕速度，结构简单，成本低廉。

Claims (1)

1.一种基于脚腕运动速度检测的计步装置，其特征在于，该计步装置包括外壳、电路板、单轴微机械加速度计、篮牙模块和蓝牙天线；其中外壳通过腕带戴在脚腕处，电路板固定在外壳上，单轴微机械加速度计、篮牙模块和蓝牙天线分别固定在电路板上；单轴微机械加速度计的信号输出端与篮牙模块的信号输入端相连接，篮牙模块的射频信号输出端与蓝牙天线的信号输入端相连接；其中，
所述的外壳，用于随着脚腕的水平运动，产生运动加速度物理信号；
所述的单轴微机械加速度计，用于将外壳产生的运动加速度物理信号转变成电信号，单轴微机械加速度计的敏感方向为脚腕运动方向；
所述的篮牙模块，内置有单片机，用于对单轴微机械加速度计输出的加速度电信号进行采样，同时对加速度数字信号进行积分，获得脚腕处的运动速度数字信号；根据设定的阈值，将脚腕处的运动速度数字信号整形为矩形脉冲信号，并对矩形脉冲信号进行计数，得到行走的步数，最后将计步数据调制成2.4GHz的射频信号输出给蓝牙天线；
所述的蓝牙天线，用于将篮牙模块输出的2.4GHz的射频信号以无线方式传输到智能手机进行计步数据显示。
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