CN106595697A - 压电式计步器及计步方法 - Google Patents

Abstract

一种压电式计步器，包括运动采集装置、检测模块、控制模块、计数模块，所述运动采集装置包括由六片压电片组成的六方采集模块和一个圆球，所述圆球置放在所述六方采集模块的内部，所述六个压电片的正极分别与检测模块的六个输入端口对应连接，检测模块还用于将检测到的运动电压信号与预设的阈值电压值比较，控制模块用于根据接收的一组输入端口查找对应的计数地址，并向计数模块发送所述技术地址和计数指令，本发明中的运动采集装置包括一个六方采集模块和一个圆球，随着运动的发生和运动方向的变化，不同的压电片能够产生对应的电压信号，通过对不同压电片上的电压信号及电压发生次数来统计步数，以及记录不同的运动状态。

Description

压电式计步器及计步方法

技术领域

本发明涉及一种计步器，尤其涉及一种压电式计步器及计步方法。

背景技术

计步器是通过统计步数、距离、速度、时间等数据，测算卡路里或热量消耗，用以掌控运动量，防止运动量不足，或运动过量的一种工具。

电子计步器主要由震动传感器和电子计数器组成。电子计步器的工作核心就是震动传感器。现阶段的震动传感器常用的手段有机械式和电子式。机械式的震动传感器主要由金属弹簧或弹片和不发生形变金属物质构成，在震动时弹簧或弹片产生形变与不发生形变金属物质接触，再通过给形变金属通电，检测形变金属与非形变金属是否导电来判断是否震动。而电子式震动传感器主要由2D或3D加速度传感器组成。这两种检测方式都是通过给传感器供电的方式，所以功耗都还比较大。

发明内容

有必要提出一种采用压电式计步的、能够识别运动方向的、低功耗的压电式计步器。

还有必要提出一种计步方法。

一种压电式计步器，包括运动采集装置、检测模块、控制模块、计数模块，所述运动采集装置与检测模块连接，检测模块与控制模块连接，控制模块与计数模块连接，所述运动采集装置包括由六片压电片组成的六方采集模块和一个圆球，所述六方采集模块的六片压电片两两相对设置，以形成一个立方体，所述圆球置放在所述六方采集模块的内部，以通过圆球对每个压电片的碰撞挤压而产生相应的运动电压信号，所述六个压电片的正极分别与检测模块的六个输入端口对应连接，六个压电片的负极与检测模块的负极连接，所述检测模块用于实时检测与每个压电片连接的输入端口上产生的运动电压信号、以及记录与产生该运动电压信号的压电片连接的对应的输入端口，检测模块还用于将检测到的运动电压信号与预设的阈值电压值比较，当运动电压信号的电压值大于阈值电压值时，检测模块生成一个计数指令，检测模块用于将所述计数指令和产生运动电压信号的一组输入端口提供给控制模块，控制模块用于根据接收的一组输入端口查找对应的计数地址，并向计数模块发送所述计数地址和计数指令，以使计数模块对应计数。

一种计步方法，所述方法应用于包括运动采集装置、检测模块、控制模块、计数模块的压电式计步器中，包括以下步骤：

利用运动采集装置压电片产生运动电压信号，并将所述六个压电片的正极分别与检测模块的六个输入端口对应连接，其中，运动采集装置包括由六片压电片组成的六方采集模块和一个圆球，所述六方采集模块的六片压电片两两相对设置，以形成一个立方体，所述圆球置放在所述六方采集模块的内部，以通过圆球对每个压电片的碰撞挤压而产生相应的运动电压信号；

利用检测模块检测所述运动电压信号，并将运动电压信号与预存的阈值电压比较；

当运动电压信号的电压值大于阈值电压值时，检测模块生成一个计数指令，并将所述计数指令和产生运动电压信号的一组输入端口提供给控制模块；

控制模块根据接收的一组输入端口查找对应的计数地址，并向计数模块发送所述计数地址和计数指令，以使计数模块对应计数。

本发明中的运动采集装置包括一个六方采集模块和一个圆球，随着运动的发生和运动方向的变化，不同的压电片能够产生对应的电压信号，通过对不同压电片上的电压信号及电压发生次数来统计步数，以及记录不同的运动状态。

附图说明

图1为所述运动采集装置的结构示意图。

图2为所述运动采集装置的剖视图。

图3为压电式计步器的功能模块图。

图4为所述端口地址对照表的参照表格。

图中：运动采集装置10、六方采集模块11、前压电片111、后压电片112、左压电片113、右压电片114、上压电片115、下压电片116、圆球12、检测模块20、电压信号接收单元21、阈值电压存储单元22、电压比较单元23、时钟单元24、时间比较单元25、叫醒单元26、控制模块30、管脚序列接收单元31、计数指令接收单元32、存储单元33、查找单元34、计数指令发送单元35、计数模块40、第一计数单元41、第二计数单元42、第三计数单元43、显示模块50。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

参见图1至图4，本发明实施例提供了一种压电式计步器，包括运动采集装置10、检测模块20、控制模块30、计数模块40，运动采集装置10与检测模块20连接，检测模块20与控制模块30连接，控制模块30与计数模块40连接，运动采集装置10包括由六片压电片组成的六方采集模块11和一个圆球12，六方采集模块11的六片压电片两两相对设置，以形成一个立方体，圆球12置放在六方采集模块11的内部，以通过圆球12对每个压电片的碰撞挤压而产生相应的运动电压信号，六个压电片的正极分别与检测模块20的六个输入端口对应连接，六个压电片的负极与检测模块20的负极连接，检测模块20用于实时检测与每个压电片连接的输入端口上产生的运动电压信号、以及记录与产生该运动电压信号的压电片连接的对应的输入端口，检测模块20还用于将检测到的运动电压信号与预设的阈值电压值比较，当运动电压信号的电压值大于阈值电压值时，检测模块20生成一个计数指令，检测模块20用于将计数指令和产生运动电压信号的一组输入端口提供给控制模块30，控制模块30用于根据接收的一组输入端口查找对应的计数地址，并向计数模块40发送计数地址和计数指令，以使计数模块40对应计数。

进一步，六方采集模块11的六个压电片分别为竖直设置的、位于前后方向内的前压电片111和后压电片112、位于左右方向内的左压电片113和右压电片114、水平设置的位于上下方向内的上压电片115和下压电片116，与前压电片111、后压电片112、左压电片113、右压电片114、上压电片115、下压电片116分别连接的检测模块20的输入端口为第一管脚P1、第二管脚P2、第三管脚P3、第四管脚P4、第五管脚P5、第六管脚P6，计数模块40内部设置第一计数单元41、第二计数单元42、第三计数单元43，第一计数单元41用于记录前压电片111和后压电片112产生一组运动电压信号的次数，第二计数单元42用于记录左压电片113和右压电片114产生一组运动电压信号的次数，第三计数单元43用于记录上压电片115和下压电片116产生一组运动电压信号的次数，在检测模块20内部预设阈值电压值U0，在控制模块30内预存端口地址对照表，端口地址对照表包括端口序列栏、计数单元地址栏，每个端口序列栏中记录一组管脚的序列，每个计数单元地址栏中记录与管脚的序列一一对应的计数单元的地址编号，检测模块20将产生运动电压信号的一组输入端口所对应的管脚序列提供给控制模块30，控制模块30依据管脚序列在端口地址对照表中查找对应的计数单元的地址编号，并将接收到的计数指令发送至与该查找到的计数单元的地址编号一致的计数模块40中对应的计数单元，完成计数。

进一步，压电式计步器还包括显示模块50，显示模块50与控制模块30连接，端口地址对照表还包括方向识别栏，方向识别栏中记录与管脚的序列一一对应的方向标记，控制模块30用于根据接收的产生运动电压信号的管脚序列在端口地址对照表中查找对应的方向标记，并将查找得到的方向标记输出至显示模块50，以供用户随时查看运动方向，显示模块50还与计数模块40连接，用于显示计数模块40中每个计数单元的计数情况。

进一步，控制模块30包括管脚序列接收单元31、计数指令接收单元32、存储单元33、查找单元34、计数指令发送单元35，管脚序列接收单元31用于接收检测模块20提供的产生运动电压信号的管脚序列，计数指令接收单元32用于接收检测模块20提供的计数指令，存储单元33用于存储端口地址对照表，查找单元34用于依据产生运动电压信号的管脚序列从端口地址对照表中查找对应的计数单元的地址编号，计数指令发送单元35用于将计数指令发送至查找到的计数单元进行计数。

进一步，检测模块20包括电压信号接收单元21、阈值电压存储单元22、电压比较单元23、时钟单元24、时间比较单元25，电压信号接收单元21用于接收输入端口输入的运动电压信号，阈值电压存储单元22用于存储阈值电压，电压比较单元23用于将电压信号接收单元21接收的运动电压信号与预制电压进行比较，时钟单元24用于记录每个输入端口上产生运动电压信号的瞬态时间，时间比较单元25用于将两个瞬态时间作差值计算，当两个瞬态时间的差值大于预存的参考时间差，参考时间差为0.05s，时间比较单元25还用于向电压比较单元23发送指令信号，以使电压比较单元23将运动电压信号的电压值与阈值电压进行比较。

根据常识，任何动物一般步伐频率不会超过20次每秒，即一步所需要的时间不小于0.05s，所以为了避免计步器不正常使用时的错误计步，例如将计步器高频、快速晃动，在检查模块内设置了时钟单元24、时间比较单元25。

进一步，压电式计步器还包括电源模块，电源模块与检测模块20、控制模块30、计数模块40连接，在检测模块20内设置叫醒单元26，当运动电压信号的电压值大于阈值电压值时，叫醒单元26向控制模块30发送一个叫醒信号，以使控制模块30进入工作状态。

本发明还提出一种计步方法，该方法应用于上述的包括运动采集装置10、检测模块20、控制模块30、计数模块40的压电式计步器中，包括以下步骤：

利用运动采集装置10中的压电片产生运动电压信号，运动采集装置10包括由六片压电片组成的六方采集模块11和一个圆球12，六方采集模块11的六片压电片两两相对设置，以形成一个立方体，圆球12置放在六方采集模块11的内部，以通过圆球12对每个压电片的碰撞挤压而产生相应的运动电压信号，六个压电片的正极分别与检测模块20的六个输入端口对应连接，六个压电片的负极与检测模块20的负极连接；

检测模块20实时检测与每个压电片连接的输入端口上产生的运动电压信号、以及记录与产生该运动电压信号的压电片连接的对应的输入端口，并将运动电压信号与预存的阈值电压比较；

当运动电压信号的电压值大于阈值电压值时，检测模块20生成一个计数指令，并将计数指令和产生运动电压信号的一组输入端口提供给控制模块30；

根据接收的一组输入端口查找对应的计数地址，并向计数模块40发送计数地址和计数指令，以使计数模块40对应计数。

进一步，还包括以下步骤：预存端口地址对照表，端口地址对照表包括端口序列栏、计数单元地址栏，每个端口序列栏中记录一组管脚的序列，每个计数单元地址栏中记录与管脚的序列一一对应的计数单元的地址编号；

“根据接收的一组输入端口查找对应的计数地址，并向计数模块40发送计数地址和计数指令，以使计数模块40对应计数”具体为：

依据管脚序列在端口地址对照表中查找对应的计数单元的地址编号；

并将接收到的计数指令发送至与该查找到的计数单元的地址编号一致的计数模块40中对应的计数单元，完成计数。

进一步，还包括以下步骤：在端口地址对照表中预存方向识别栏，方向识别栏中记录与管脚的序列一一对应的方向标记；

根据接收的产生运动电压信号的管脚序列在端口地址对照表中查找对应的方向标记，并将查找得到的方向标记输出，进而由显示模块50显示，以供用户随时查看运动方向。

进一步，还包括以下步骤：

记录每个输入端口上产生运动电压信号的瞬态时间；

将两个瞬态时间作差值计算，当两个瞬态时间的差值大于预存的参考时间差，向电压比较单元23发送指令信号，以使电压比较单元23将运动电压信号的电压值与阈值电压进行比较。

当人或动物向前走路时，当迈出第一步时，六方压电检测单元随着人体前进，而由于惯性的存在，金属球相对于人体向后相对位移，则金属球先碰撞挤压后压电片112，后压电片112产生一个电压信号，P2管脚检测到一个运动电压信号，随着第一步的结束，金属球再碰撞挤压前压电片111，前压电片111产生一个电压信号，P1管脚检测到一个运动电压信号，此时，这两个运动电压信号最为一组电压信号，被检测模块20记录为P2 P1提供给控制模块30。

本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。

本发明实施例装置中的模块或单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种压电式计步器，其特征在于：包括运动采集装置、检测模块、控制模块、计数模块，所述运动采集装置与检测模块连接，检测模块与控制模块连接，控制模块与计数模块连接，所述运动采集装置包括由六片压电片组成的六方采集模块和一个圆球，所述六方采集模块的六片压电片两两相对设置，以形成一个立方体，所述圆球置放在所述六方采集模块的内部，以通过圆球对每个压电片的碰撞挤压而产生相应的运动电压信号，所述六个压电片的正极分别与检测模块的六个输入端口对应连接，六个压电片的负极与检测模块的负极连接，所述检测模块用于实时检测与每个压电片连接的输入端口上产生的运动电压信号、以及记录与产生该运动电压信号的压电片连接的对应的输入端口，检测模块还用于将检测到的运动电压信号与预设的阈值电压值比较，当运动电压信号的电压值大于阈值电压值时，检测模块生成一个计数指令，检测模块用于将所述计数指令和产生运动电压信号的一组输入端口提供给控制模块，控制模块用于根据接收的一组输入端口查找对应的计数地址，并向计数模块发送所述计数地址和计数指令，以使计数模块对应计数。

2.如权利要求1所述的压电式计步器，其特征在于：所述六方采集模块的六个压电片分别为竖直设置的、位于前后方向内的前压电片和后压电片、位于左右方向内的左压电片和右压电片、水平设置的位于上下方向内的上压电片和下压电片，与前压电片、后压电片、左压电片、右压电片、上压电片、下压电片分别连接的检测模块的输入端口为第一管脚、第二管脚、第三管脚、第四管脚、第五管脚、第六管脚，计数模块内部设置第一计数单元、第二计数单元、第三计数单元，所述第一计数单元用于记录前压电片和后压电片产生一组运动电压信号的次数，第二计数单元用于记录左压电片和右压电片产生一组运动电压信号的次数，第三计数单元用于记录上压电片和下压电片产生一组运动电压信号的次数，在检测模块内部预设阈值电压值U0，在控制模块内预存端口地址对照表，所述端口地址对照表包括端口序列栏、计数单元地址栏，每个端口序列栏中记录一组管脚的序列，每个计数单元地址栏中记录与管脚的序列一一对应的计数单元的地址编号，检测模块将产生运动电压信号的一组输入端口所对应的管脚序列提供给控制模块，控制模块依据所述管脚序列在端口地址对照表中查找对应的计数单元的地址编号，并将接收到的计数指令发送至与该查找到的计数单元的地址编号一致的计数模块中对应的计数单元，完成计数。

3.如权利要求2所述的压电式计步器，其特征在于：所述压电式计步器还包括显示模块，所述显示模块与控制模块连接，所述端口地址对照表还包括方向识别栏，所述方向识别栏中记录与管脚的序列一一对应的方向标记，控制模块用于根据接收的产生运动电压信号的管脚序列在端口地址对照表中查找对应的方向标记，并将查找得到的所述方向标记输出至显示模块，以供用户随时查看运动方向，所述显示模块还与计数模块连接，用于显示计数模块中每个计数单元的计数情况。

4.如权利要求2所述的压电式计步器，其特征在于：所述控制模块包括管脚序列接收单元、计数指令接收单元、存储单元、查找单元、计数指令发送单元，所述管脚序列接收单元用于接收检测模块提供的产生运动电压信号的管脚序列，所述计数指令接收单元用于接收检测模块提供的计数指令，所述存储单元用于存储所述端口地址对照表，所述查找单元用于依据产生运动电压信号的管脚序列从端口地址对照表中查找对应的计数单元的地址编号，所述计数指令发送单元用于将所述计数指令发送至查找到的计数单元进行计数。

5.如权利要求2所述的压电式计步器，其特征在于：所述检测模块包括电压信号接收单元、阈值电压存储单元、电压比较单元、时钟单元、时间比较单元，所述电压信号接收单元用于接收输入端口输入的运动电压信号，所述阈值电压存储单元用于存储阈值电压，所述电压比较单元用于将电压信号接收单元接收的运动电压信号与预制电压进行比较，所述时钟单元用于记录每个输入端口上产生运动电压信号的瞬态时间，所述时间比较单元用于将两个瞬态时间作差值计算，当两个瞬态时间的差值大于预存的参考时间差，时间比较单元还用于向电压比较单元发送指令信号，以使电压比较单元将运动电压信号的电压值与阈值电压进行比较。

6.如权利要求2所述的压电式计步器，其特征在于：所述压电式计步器还包括电源模块，所述电源模块与检测模块、控制模块、计数模块连接，在所述检测模块内设置叫醒单元，当运动电压信号的电压值大于阈值电压值时，叫醒单元向控制模块发送一个叫醒信号，以使控制模块进入工作状态。

7.一种计步方法，所述方法应用于包括运动采集装置、检测模块、控制模块、计数模块的压电式计步器中，其特征在于包括以下步骤：

利用运动采集装置中的压电片产生运动电压信号，并将所述六个压电片的正极分别与检测模块的六个输入端口对应连接，其中，运动采集装置包括由六片压电片组成的六方采集模块和一个圆球，所述六方采集模块的六片压电片两两相对设置，以形成一个立方体，所述圆球置放在所述六方采集模块的内部，以通过圆球对每个压电片的碰撞挤压而产生相应的运动电压信号；

利用检测模块检测所述运动电压信号，并将运动电压信号与预存的阈值电压比较；

当运动电压信号的电压值大于阈值电压值时，检测模块生成一个计数指令，并将所述计数指令和产生运动电压信号的一组输入端口提供给控制模块；

控制模块根据接收的一组输入端口查找对应的计数地址，并向计数模块发送所述计数地址和计数指令，以使计数模块对应计数。

8.如权利要求7所述的计步方法，其特征在于，还包括以下步骤：预存端口地址对照表，所述端口地址对照表包括端口序列栏、计数单元地址栏，每个端口序列栏中记录一组管脚的序列，每个计数单元地址栏中记录与管脚的序列一一对应的计数单元的地址编号；

“根据接收的一组输入端口查找对应的计数地址，并向计数模块发送所述计数地址和计数指令，以使计数模块对应计数”具体为：

依据所述管脚序列在端口地址对照表中查找对应的计数单元的地址编号；

并将接收到的计数指令发送至与该查找到的计数单元的地址编号一致的计数模块中对应的计数单元，完成计数。

9.如权利要求7所述的计步方法，其特征在于，还包括以下步骤：在端口地址对照表中预存方向识别栏，所述方向识别栏中记录与管脚的序列一一对应的方向标记；

根据接收的产生运动电压信号的管脚序列在端口地址对照表中查找对应的方向标记，并将查找得到的所述方向标记输出，进而由显示模块显示，以供用户随时查看运动方向。

10.如权利要求7所述的计步方法，其特征在于，还包括以下步骤：

记录每个输入端口上产生运动电压信号的瞬态时间；

将两个瞬态时间作差值计算，当两个瞬态时间的差值大于预存的参考时间差，向电压比较单元发送指令信号，以使电压比较单元将运动电压信号的电压值与阈值电压进行比较。