CN106225804A - 一种计步鞋垫装置及计步方法 - Google Patents

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陈合意
舒琳
杨飞
张脉
王孔鹊
刘智鹏
文小健
王杨勇
王广峰
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    • G01C22/006—Pedometers
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Abstract

本发明公开了一种计步鞋垫装置，包括鞋垫主体，在所述鞋垫主体内设有压力传感器、三轴加速度传感器、无线通信模块和数据采集模块，所述压力传感器的输出端和所述三轴加速度传感器的输出端分别与所述数据采集模块的输入端连接，所述数据采集模块的输出端与所述无线通信模块的输入端连接。本发明还公开了一种计步方法。本发明能帮助跑步爱好者和徒步爱好者，精确地监测运动中每一步的步态，精确地记录运动中所产生的步数，步频和配速等运动数据，准确的记录每次运动所产生的里程和卡路里消耗等运动数据，以便跑步爱好者或徒步爱好者更好更合理地安排自己的运动计划。

Description

一种计步鞋垫装置及计步方法
技术领域
本发明涉及计步技术，更具体地说，涉及一种计步鞋垫装置及计步方法。
背景技术
目前，能在市场上购买到的可用于做计步的智能鞋或鞋垫，只是装备了三轴加速度传感器，无法监测到用户每次运动或一整天所产生的每一步的步态及冲击力，仅仅只是根据三轴加速计所输出的加速度值的起伏来计步，其结果精确度不高。
发明内容
针对现有的智能鞋或智能鞋垫产品在数据上准确度不高，且无法监测到步态及冲击力等缺点，本发明的目的在于提供一种计步鞋垫装置及计步方法，可以监测到用户每一步的步态和冲击力，还可以精确统计用户每次运动或一整天里所产生的步数，进而提供出精确的步频和配速等数据，并提供出准确的里程和卡路里消耗等数据。
为了实现上述目的，本发明提供一种计步鞋垫装置，包括鞋垫主体，在所述鞋垫主体内设有压力传感器、三轴加速度传感器、无线通信模块和数据采集模块，所述压力传感器的输出端和所述三轴加速度传感器的输出端分别与所述数据采集模块的输入端连接，所述数据采集模块的输出端与所述无线通信模块的输入端连接。
作为本发明的一种改进，所述压力传感器分别设置于所述鞋垫主体的前脚掌部分、所述鞋垫主体的后脚掌部分，所述三轴加速度传感器设置于所述鞋垫主体的掌心部分的内侧。
作为本发明的一种改进，所述压力传感器自前脚掌部分的外侧到内侧沿斜上方向依次排列，以及设置于后脚掌部分的中间位置。
作为本发明的一种改进，所述压力传感器中靠近前脚掌部分内侧压力传感器之间的间距小，且最内侧的压力传感器设置于对应于大脚趾的位置。
作为本发明的一种改进，所述三轴加速度传感器、无线通信模块和数据采集模块集成于一PCB板上，所述PCB板被封装于一数据采集盒内。
作为本发明的一种改进，所述压力传感器为柔性压力传感器，所述无线通信模块为蓝牙通信模块。
本发明还提供一种计步方法，它包括如下步骤：(1)利用柔性压力传感器感知用户在运动过程中足底所产生的踩踏压力，根据压力传感器腾空无压状态-踩踏受压状态计为一步，并且，根据鞋垫从腾空无压状态切换到踩踏受压状态时某一位置柔性压力传感器第一时刻被踩踏受压，计为一个对应步态；三轴加速度传感器感知用户在踩踏受压时的冲击力；(2)通过数据采集模块完成柔性压力传感器受压及受压过程中的三轴加速度传感器的数据采集和计算，再通过蓝牙通信模块将相关计算结果数据上传至移动终端；(3)移动终端通过接收上传的数据，完成二次数据计算，并在用户界面上显示最终结果数据。
作为本发明的一种改进，在步骤(1)中：脚掌上三个柔性压力传感器中的某个或某些踩踏受压，则对应步态为脚掌着地步态；脚跟上一个柔性压力传感器踩踏受压，则对应步态为脚跟着地步态；脚掌和脚跟上都有柔性压力传感器踩踏受压，则对应步态为全脚着地步态；在脚掌着地或全脚着地时，如脚掌上内侧柔性压力传感器受压，而外侧柔性压力传感器无压，则为脚掌或全脚外翻着地步态；在脚掌着地或全脚着地时，如脚掌上外侧柔性压力传感器受压，而内侧柔性压力传感器无压，则为脚掌或全脚内翻着地步态。
与现有技术相比，本发明能帮助跑步爱好者和徒步爱好者，精确地监测运动中每一步的步态及冲击力，精确地记录运动中所产生的步数，步频和配速等运动数据，准确的记录每次运动所产生的里程和卡路里消耗等运动数据，以便跑步爱好者或徒步爱好者更好更合理地安排自己的运动计划。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本发明的结构及其有益技术效果进行详细说明。
图1为本发明的计步鞋垫装置结构示意图。
图2为本发明的数据传输框图。
图3为本发明的计步方法流程框图。
图4为本发明的步态识别方法流程框图。
图5为本发明的冲击力计算方法流程框图。
具体实施方式
为了使本发明的发明目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。
请参阅图1，本发明的计步鞋垫装置包括鞋垫主体1，在鞋垫主体1内设有柔性压力传感器2、三轴加速度传感器、蓝牙通信模块和数据采集模块，柔性压力传感器的输出端和三轴加速度传感器的输出端分别与数据采集模块的输入端连接，数据采集模块的输出端与所述蓝牙通信模块的输入端连接，三轴加速度传感器、蓝牙通信模块和数据采集模块集成于一PCB板上，PCB板被封装于数据采集盒3内。柔性压力传感器的数量为四个，其中三个柔性压力传感器设置于鞋垫主体的前脚掌部分，该三个柔性压力传感器自前脚掌部分的外侧到内侧沿斜上方向依次排列，且靠近前脚掌部分的内侧两个柔性压力传感器之间的间距小，且最内侧的柔性压力传感器设置于对应于大拇指的位置；另外一个柔性压力传感器设置于鞋垫主体后脚掌部分的中间位置，三轴加速度传感器设置于鞋垫主体的掌心部分的内侧。
请参阅图2，当柔性压力传感器从腾空无压状态切换到踩踏受压状态时触发数据采集，采集4个柔性压力传感器的状态值和三轴加速度传感器数据，通过MCU中的固件程序完成初步计算，再通过蓝牙传输出去(传输到终端上)。终端包括App软件、蓝牙通信模块、通信协议解析模块、步态和计步数据的计算模型和数据展示UI(用户界面)，通过蓝牙接收到数据采集盒输出的数据，完成通信协议解析，数据计算和展示结果数据值。
本发明的计步方法包括步骤：(1)请参阅图3，计步鞋垫装置的柔性压力传感器感知用户在运动过程中足底所产生的踩踏压力，根据压力传感器从腾空无压状态转换到踩踏受压状态时，计为一步；请参阅图4，计步鞋垫装置处于踩踏受压状态时，判断第一时间处于踩踏受压的压力传感器所在位置，如脚跟处压力传感器第一时间受压，则标记该一步对应的步态是脚跟着地，如脚掌处压力传感器第一时间处于受压，则标记该一步对应的步态为脚掌着地，否则标记该一步对应的步态为全脚着地；请参阅图5，计步鞋垫装置处于踩踏受压状态时刻，采集三轴加速计的数据，计算得到冲击力值；(2)数据采集模块完成柔性压力传感器受压及受压过程中的三轴加速度传感器的数据采集，进行初步计算，再通过蓝牙上传智能终端App软件；(3)终端App软件通过蓝牙接收来自数据采集盒上传的数据，完成解析，计算和展示步行或跑步的步数，时长，里程，卡路里消耗和配速等信息以及每一步的步态及冲击力。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (8)

1.一种计步鞋垫装置，包括鞋垫主体，其特征在于，在所述鞋垫主体内设有压力传感器、三轴加速度传感器、无线通信模块和数据采集模块，所述压力传感器的输出端和所述三轴加速度传感器的输出端分别与所述数据采集模块的输入端连接，所述数据采集模块的输出端与所述无线通信模块的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的计步鞋垫装置，其特征在于，所述压力传感器分别设置于所述鞋垫主体的前脚掌部分、所述鞋垫主体的后脚掌部分，所述三轴加速度传感器设置于所述鞋垫主体的掌心部分的内侧。
3.根据权利要求2所述的计步鞋垫装置，其特征在于，所述压力传感器自前脚掌部分的外侧到内侧沿斜上方向依次排列，以及设置于后脚掌部分的中间位置。
4.根据权利要求3所述的计步鞋垫装置，其特征在于，所述压力传感器中靠近前脚掌部分内侧压力传感器之间的间距小，且最内侧的压力传感器设置于对应于大脚趾的位置。
5.根据权利要求1至4任一权利要求所述的计步鞋垫装置，其特征在于，所述三轴加速度传感器、无线通信模块和数据采集模块集成于一PCB板上，所述PCB板被封装于一数据采集盒内。
6.根据权利要求1所述的计步鞋垫装置，其特征在于，所述压力传感器为柔性压力传感器，所述无线通信模块为蓝牙通信模块。
7.一种计步方法，其特征在于，它包括如下步骤：
(1)利用柔性压力传感器感知用户在运动过程中足底所产生的踩踏压力，根据压力传感器腾空无压状态-踩踏受压状态计为一步，并且，根据鞋垫从腾空无压状态切换到踩踏受压状态时某一位置柔性压力传感器第一时刻被踩踏受压，计为一个对应步态；三轴加速度传感器感知用户在踩踏受压时的冲击力；
(2)通过数据采集模块完成柔性压力传感器受压及受压过程中的三轴加速度传感器的数据采集和计算，再通过蓝牙通信模块将相关计算结果数据上传至移动终端；
(3)移动终端通过接收上传的数据，完成二次数据计算，并在用户界面上显示最终结果数据。
8.根据权利要求7所述的计步方法，其特征在于，在步骤(1)中：脚掌上三个柔性压力传感器中的某个或某些踩踏受压，则对应步态为脚掌着地步态；脚跟上一个柔性压力传感器踩踏受压，则对应步态为脚跟着地步态；脚掌和脚跟上都有柔性压力传感器踩踏受压，则对应步态为全脚着地步态；在脚掌着地或全脚着地时，如脚掌上内侧柔性压力传感器受压，而外侧柔性压力传感器无压，则为脚掌或全脚外翻着地步态；在脚掌着地或全脚着地时，如脚掌上外侧柔性压力传感器受压，而内侧柔性压力传感器无压，则为脚掌或全脚内翻着地步态。
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