CN106909800A - 一种智能鞋垫数据处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能鞋垫数据处理系统，所述数据处理系统包括数据采集部、数据传输部、数据运算部和数据反馈部。所述数据采集部用于实现鞋垫部位传感器的传感数据采集以及通过PC终端或移动端完成用户个人数据和鞋垫各个数据处理阶段的处理方案信息采集，所述数据传输部用于实现智能鞋垫各个功能模块间的数据以有线和/或无线的方式进行传输，所述数据运算部用于对数据采集部采集的数据进行数据处理，并形成反馈数据和/或反馈意见，所述数据反馈部用于实现对数据运算部发送的反馈数据进行包括对用户的展示、报警和反馈至其它功能模块进行数据再处理。

Description

一种智能鞋垫数据处理系统

技术领域

本发明涉及一种智能处理系统，尤其涉及一种智能鞋垫数据处理系统。

背景技术

随着社会的发展与科技的进步，人们的工作、生活等压力加大总想有一种既能使精神得到放松、又能消除心神疲惫，且无副作用的，省时省力且行之有效的方法。鞋垫是一种放置于鞋体内侧且具有保暖功能的衬垫，现有的鞋垫结构简单、功能单一。随着科技的发展和人们需求的增加，智能鞋垫出现了，市场上已有的智能鞋垫功能多集中在体重测量、运动量记录、鞋子的温度控制方面。但是测量体重、运动量、温度等功能作用并不大且并不具有安全监护的作用。

人的足底，存在着几乎所有体内脏器官的反射区。足底连结着人体的12条经络。足底处在人体末端，因远离心脏而供血不足，反复刺激按摩足底则可促进血液流畅，加强人体心脏泵的作用。故此，足又被称之谓：人的“第二心脏”。研究表明，长时间久坐会导致肥胖、高血压、高血脂等疾病，对人体造成的危害不容忽视，因此近年来，运动成为久坐一族的一种新潮流。同时，鞋垫是运动过程中的必需品，随着物联网技术和科技的迅速发展，人们越来越青睐能够给自己的生活、工作、娱乐等多方面带来便利的智能产品，因此智能鞋垫也逐渐向电子化、智能化方向发展。

然而，作为一种智能可穿戴设备，目前智能鞋垫的功能基本局限于人体指标(如：温度、湿度、重量、脉搏等)的测量、加热除湿服务和简单告警，典型的产品如智能电加热鞋垫等；还有一种能够识别步态的鞋垫，如CN104082905A公开的多功能智能鞋垫，能够通过采集被测对象运动时的三轴加速度、三轴角速度以及脚步三个位置的压力信息来判断被测对象的脚步姿态以及协调性，从而发现不正确的步态，适用于跳舞爱好者、学走路的婴儿以及走路复健的患者使用。但是这些产品大多功能单一、无法满足人们对智能产品的要求。可见，如何通过技术对其进行改进，以发挥智能鞋垫的最大功能，进而更好地为人们提供生理监测服务和生活娱乐服务便显得刻不容缓。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供了一种智能鞋垫数据处理系统，所述数据处理系统包括数据采集部、数据运算部和数据反馈部；所述数据运算部至少包括由一级运算单元、二级运算单元、三级运算单元和四级运算单元构成的四级运算机构；其中，所述二级运算单元用于实现对接收二级数据的进行数值范围分类并基于预设的数据处理方案实现对二级数据进行生理数据和/或运动数据的应用类别分类，并将处理后形成的包含二级数据中各传感数据的数值范围分类信息、二级数据的生理数据和/或运动数据分类信息和二级数据信息作为三级数据发送至三级运算单元中对应的子运算单元；所述三级运算单元中的生理数据运算单元和/或运动数据运算单元基于预设的数据处理方案完成对三级数据中运动状态和/或生理状态信息的监测与异常判定，并将对三级数据处理后形成的四级数据发送至四级运算单元；所述四级运算单元基于四级处理方案实现与运动数据和/或生理数据相关的四级数据的综合处理并将形成的包含展示数据和/或报警数据和/或命令数据的反馈数据发送至数据反馈部。

通过本发明的数据处理系统，用户可以智能化实现生理状况和运动状况的监测，并基于监测结果实现反馈报警或运动建议反馈，从而使得用户在日常或运动过程中避免过量运动给身体待来负面影响。同时，所述智能鞋垫通过对采集的数据进行分阶段处理分模块处理，避免通过单个数据处理单元进行数据处理时出现的反应速度变慢和处理单元过热等问题，并方便了对整个数据采集和处理过程的监控。

根据一个优选的实施方式，所述数据运算部基于用户个人信息、各级处理方案和数据采集部采集的心率数据完成对用户生理状态监测并通过数据反馈部反馈给用户；所述数据采集部基于所述数据运算部根据心率数据信息测得的生理状态异常信息经反馈部发送的调取包括足部温度数据和湿度数据的命令数据完成温度数据采集和湿度数据采集，并将采集数据发送至数据运算部；所述数据运算部基于所述用户个人信息、三级处理方案、所述温度数据和所述湿度数据完成温度数据和/或湿度数据异常判断，并基于温度异常情况形成调取加速度数据的命令和/或湿度异常情况调取汗液数据的命令经反馈部发送至数据采集部；所述数据采集部将根据加速度数据和/或汗液数据的调取命令完成采集的加速度数据和/或汗液数据发送至数据运算部，所述数据运算部基于心率数据、加速度数据和/或汗液数据完成用户生理状态监控并将监控结果及反馈意见通过数据反馈部反馈给用户。

在数据采集部进行数据采集的过程中，所有传感器不是同时进行数据采集，从而降低了智能鞋垫的数据运算部的数据处理压力。同时，所述数据采集部中各传感器仅根据数据采集控制命令实现数据采集，而不必一直维持工作状态从而增加各个传感器的使用寿命，并降低了鞋垫能耗，减少了不必要的用电量，从而使得所述智能鞋垫在使用相同电池的情况下能够维持更长的工作时间，增加了用户的体验度。

根据一个优选的实施方式，所述运动数据运算单元基于加速度数据的数值信息实现对加速度进行分级并基于得到的加速度等级信息完成步长参数的确定；所述运动数据运算单元基于加速度数据的频率信息实现用户运动模式识别；所述运动数据单元基于步长参数、运动模式和用户身高信息和运动时间信息完成用户运动速度和运动距离的统计，并基于三级处理方案完成用户运动异常状况的判断。

通过不同等级的数据运算单元进行不同的应用数据处理简化了数据处理流程，降低数据处理过程中出错概率。也方便各个数据运算单元老化或损坏后的更换或维修过程。

根据一个优选的实施方式，所述一级运算单元用于实现对包括压力信息、湿度信息、温度信息、心率信息、汗液信息和加速度信息中的一种或多种一级数据信息进行传感数据分类和储存处理，并将处理后包含一级数据分类信息和一级数据信息的数据作为二级数据发送至二级运算单元。

根据一个优选的实施方式，所述数据采集部用于采集包括压力信息、湿度信息、温度信息、心率信息、汗液信息、加速度信息、处理方案信息和用户个人信息中的一种或多种信息。

根据一个优选的实施方式，所述处理方案包括用于实现一级数据中各传感数据分类的一级处理方案、用于实现对一级数据进行生理数据和/或运动数据的应用类别分类的二级处理方案、用于实现对二级数据中的生理数据和/或运动数据进行异常等级判定的三级处理方案以及用于实现对三级数据进行综合处理并形成反馈数据的四级处理方案；所述用户个人信息至少包括年龄信息、性别信息、身高信息、体重信息和病史信息。

根据一个优选的实施方式，所述三级处理方案至少包括心率异常判断方案、温度异常判断方案、湿度异常判断方案、汗液异常判断方案和运动异常判断方案。

根据一个优选的实施方式，所述初具处理系统还包括数据用于实现数据在各个功能模块间以有线和/或无线传输的数据传输部。

根据一个优选的实施方式，所述数据反馈部基于接收的展示数据和/或报警数据和/或命令数据的数据类型将反馈数据发送至对应的数据展示单元和/或数据报警单元和/或命令数据对应的操作单元进行数据处理。

根据一个优选的实施方式，所述展示数据为发送至数据展示单元形成的用于展示给用户的包括文字、数字列表和图像中的至少一个数据；所述报警数据包括控制数据报警单元以振动、声音以及数据显示提醒中的一种或多种方式进行报警提醒的数据；所述命令数据为发送至一级运算单元的用于控制数据采集部中的至少一个传感器进行数据采集的命令信息。

附图说明

图1是本发明的智能鞋垫数据系统结构示意图；

图2是本发进行用于进行用户生理状态的数据处理步骤示意图；

图3是本发明的应用于智能鞋垫的功能模块示意图；和

图4是本发明的应用于智能鞋垫的数据采集模块示意图。

附图标记列表

101：电源模块 102：数据采集单元 103：单片机处理单元

104：数据传输单元 105：震动模块 106：扬声模块

107：显示模块 108：移动终端 109：数据处理云终端

110：数据储存单元 102a：压力传感器 102b：湿度传感器

102c：温度传感器 102d：心率传感器 102e：汗液传感器

102f：加速度传感器 102g：放大电路

102h：A/D转换电路 109a：数据预处理模块

109b：运动数据处理模块 109c：生理数据处理模块

109d：方案数据库 109e：综合数据处理模块

具体实施方式

下面结合附图和实施例进行详细说明。

本发明涉及一种智能鞋垫数据处理系统。如图1所示，所述数据处理系统包括数据采集部、数据传输部、数据运算部和数据反馈部。所述数据采集部用于实现鞋垫部位传感器的传感数据采集以及通过PC终端或移动端完成用户个人数据和鞋垫各个数据处理阶段的处理方案信息采集。所述数据传输部用于实现智能鞋垫各个功能模块间的数据以有线和/或无线的方式进行传输。所述数据运算部用于对数据采集部采集的数据进行数据处理，并形成反馈数据和/或反馈意见。所述数据反馈部用于实现对数据运算部发送的反馈数据进行包括对用户的展示、报警和反馈至其它功能模块进行数据再处理功能。

所述数据采集部用于采集鞋垫处的用户足部压力信息。所述数据采集部用于采集鞋垫处的用户足部湿度信息。所述数据采集部用于采集鞋垫处的用户足部温度信息。所述数据采集部用于采集用户的心率信息。所述数据采集部用于采集鞋垫处的用户足部汗液信息。所述数据采集部用于采集鞋垫处的用户足部加速度信息。所述数据采集部用于采集鞋垫各个数据处理阶段的处理方案信息。所述数据采集部用于采集用户个人信息。

所述处理方案至少包括用于实现一级数据中各传感数据分类的一级处理方案、用于实现对一级数据进行生理数据和/或运动数据的应用类别分类的二级处理方案、用于实现对二级数据中的生理数据和/或运动数据进行异常等级判定的三级处理方案以及用于实现对三级数据进行综合处理并形成反馈数据的四级处理方案。所述用户个人信息至少包括年龄信息、性别信息、身高信息、体重信息和病史信息。所述三级处理方案至少包括心率异常判断方案、温度异常判断方案、湿度异常判断方案、汗液异常判断方案和运动异常判断方案。

所述数据运算部至少包括由一级运算单元、二级运算单元、三级运算单元和四级运算单元构成的四级运算机构。其中，所述一级运算单元用于实现对包括压力信息、湿度信息、温度信息、心率信息、汗液信息和加速度信息中的一种或多种一级数据信息进行传感数据分类和储存处理。所述一级运算单元将处理后包含一级数据分类信息和一级数据信息的数据作为二级数据发送至二级运算单元。

所述二级运算单元用于实现对接收二级数据的进行数值范围分类。所述二级运算单元基于预设的二级处理方案实现对二级数据进行生理数据和/或运动数据的应用类别分类。并由所述二级运算单元将处理后形成的包含二级数据中各传感数据的数值范围分类信息、二级数据的生理数据和/或运动数据分类信息和二级数据信息作为三级数据发送至三级运算单元中对应的子运算单元。

所述三级运算单元中的生理数据运算单元和/或运动数据运算单元基于预设的三级处理方案完成对三级数据中运动状态和/或生理状态信息的监测与异常判定，并将对三级数据处理后形成的四级数据发送至四级运算单元。

所述四级运算单元基于四级处理方案实现与运动数据和/或生理数据相关的四级数据的综合处理并将形成的包含展示数据和/或报警数据和/或命令数据的反馈数据发送至数据反馈部。

所述数据反馈部基于接收的展示数据和/或报警数据和/或命令数据的数据类型将反馈数据发送至对应的数据展示单元和/或数据报警单元和/或命令数据对应的操作单元进行数据处理。所述展示数据为发送至数据展示单元形成的用于展示给用户的包括文字、数字列表和图像中的至少一个数据。所述报警数据包括控制数据报警单元以振动、声音以及数据显示提醒中的一种或多种方式进行报警提醒的数据。所述命令数据为发送至一级运算单元的用于控制数据采集部中的至少一个传感器进行数据采集的命令信息。

如图2所示，所述智能鞋垫数据处理系统用于监测用户生理状态信息至少通过如下步骤实施。所述数据运算部基于用户个人信息、各级处理方案和数据采集部采集的心率数据完成对用户日常生理状态监测并通过数据反馈部反馈给用户。当所述生理状态监测到用户心率异常时。所述数据采集部基于所述数据运算部根据心率数据信息测得的生理状态异常信息经反馈部发送的调取包括足部温度数据和湿度数据的命令数据完成温度数据采集和湿度数据采集，并将采集数据发送至数据运算部。所述数据运算部基于所述用户个人信息、三级处理方案、所述温度数据和所述湿度数据完成温度数据和/或湿度数据异常判断，并基于温度异常情况形成调取加速度数据的命令和/或湿度异常情况调取汗液数据的命令经反馈部发送至数据采集部。所述数据采集部将根据加速度数据和/或汗液数据的调取命令完成采集的加速度数据和/或汗液数据发送至数据运算部，所述数据运算部基于心率数据、温度数据、湿度数据、加速度数据和/或汗液数据完成用户生理状态监控并将监控结果及反馈意见通过数据反馈部反馈给用户。所述三级运算单元中的运动数据运算单元基于加速度数据的数值信息实现对加速度进行分级并基于得到的加速度等级信息完成步长参数的确定。所述运动数据运算单元基于加速度数据的频率信息实现用户运动模式识别。所述运动数据单元基于步长参数、运动模式和用户身高信息和运动时间信息完成用户运动速度和运动距离的统计，并基于三级处理方案完成用户运动异常状况的判断。

实施例1

图3为本发明的智能鞋垫数据处理系统应用到一个具体的智能鞋垫上的功能模块示意图。如图1所示，本发明的数据采集部包括数据采集单元102和移动终端108。本发明的数据传输部包括数据传输单元104。本发明的数据运算部包括单片机处理单元103和数据处理云终端109。所述一级运算部对应单片机处理单元103。二级运算部对应数据预处理模块109a。所述三级运算部包括运动数据处理模块109b和生理数据处理模块109c。所述四级运算部对应综合数据处理模块109e。本发明的反馈部包括震动模块105、扬声模块106、显示模块107和移动终端108。即移动终端108同时数据数据采集部和数据反馈部。

所述智能鞋垫的功能模块包括位于鞋垫上的电源模块101、数据采集单元102、单片机处理单元103、数据传输单元104、震动模块105、扬声模块106、显示模块107和数据储存单元110。所述鞋垫功能模块还包括位于远端的移动终端108和数据处理云终端109。所述电源模块101分别与数据采集单元102和单片机处理单元103相连，用于实现为位于鞋垫上各功能模块供电。所述数据采集单元102与单片机处理单元103相连。所述数据采集单元102用于实现包含压力数据、湿度数据、温度数据、心率数据、汗液信息数据和加速度数据的一级数据的数据采集。

所述单片机处理单元103用于实现对采集的一级数据进行包括分类、储存的初步处理，并形成二级数据。所述单片机处理单元103将按不同通道接收的一级数据进行分类储存，并将类别信息作为标记信息链接至一级数据中各个传感器对应的传感数据记录之上，并将包含各个传感器对应的传感数据记录以及链接至一级数据中各个传感器对应的传感数据记录之上的标记信息作为二级数据。

所述单片处理单元103与数据储存单元110相连，用于实现与单片处理单元103相关的数据的储存。所述单片机处理单元103还与位于鞋垫上的震动模块105、扬声模块106和显示模块107相连。并通过震动模块105、扬声模块106和显示模块107实现反馈数据的报警或提示功能。

所述单片机处理单元103经数据传输单元104与移动终端108相连，用以实现将二级数据以有线和/或无线的方式传输至移动终端108，并用于接收由移动终端108传输至数据单片机处理单元103的反馈信息或数据。所述移动终端108可以用于实现二级数据的展示，用户可以通过移动终端108查看数据采集单元102采集的各种传感数据以及单片机处理单元103对一级数据进行处理后的数据信息。同时用户可以通过移动终端108查看数据处理云终端109的反馈数据。移动终端108还用于实现数据处理云终端109中的方案数据的输入以及用户个人信息的输入。所述移动终端108与数据处理云终端109相连。所述数据处理云终端109用于实现对经移动终端108传输至的二级数据的处理以及反馈过程。

所述数据处理云终端109中的数据预处理模块109a与移动终端108和方案数据库109d相连，并将接收的由移动终端108传输的二级数据进行数据预处理。所述数据预处理模块109a还分别与运动数据处理模块109b和生理数据处理模块109c相连。所述数据预处理模块109a将对二级数据处理后形成的三级数据发送至运动数据处理模块109b和/或生理数据处理模块109c。

所述数据预处理包括：对接收的二级数据中的传感数据种类进行确认。并基于二级数据中包含的一种或多种传感器数据种类信息调取储存于方案数据库109d中的数据分类方案，完成对二级数据为运动数据和/或生理数据的应用类型分类。并由数据预处理模块109a实现二级数据中各个传感数据的数值范围分类。并由数据预处理模块109a将完成对二级数据的应用类型分类和/或数值范围分类后形成的三级数据发送至运动数据处理模块109b和/或生理数据处理模块109c。

所述运动数据处理模块109b与综合数据处理模块109e与方案数据库109d相连。所述生理数据处理模块109c与综合数据处理模块109e与方案数据库109d相连。所述运动数据处理模块109b和/或所述生理数据处理模块109c将接受的三级数据信息完成处理后形成的四级数据发送至综合数据处理模块109e。

所述运动数据处理模块109b和/或生理数据处理模块109c基于接收的三级数据中的数值范围信息调取方案数据库109d中对应传感数据种类和对应范围的运动和/或生理处理方案完成对用户运动状态和/或生理状态的分析与监测，并将包含用户运动状态和/或生理状态的分析数据作为四级数据。

所述综合数据处理模块109e将包含运动数据和/或生理数据的四级数据处理后形成的反馈数据发送至移动终端108和/或单片机处理单元103。所述综合数据处理模块109e基于接收的包含用户运动状态信息数据和/或生理状态信息数据的四级数据完成用户当前生理状态和/或运动状态的确认，并基于用户当前生理状态和/或运动状态以及从方案数据库109d调取的综合处理方案实现用户运动安全等级和/或生理安全等级的划分。并基于运动安全等级和/或生理安全等级形成包括建议信息的反馈数据。所述反馈数据包括结果展示数据和/或报警数据和/或命令数据，其中，所述展示数据为发送至移动终端108形成的用于展示给用户的包括文字、数字列表和图像中的至少一个数据。所述报警数据包括发送至移动终端108通过控制装置和/或振动装置进行报警的数据和发送至位于鞋垫的单片机处理单元103通过控制震动模块105、扬声模块106以及显示模块107进行报警提醒的数据。所述命令数据为发送至单片机处理单元103的用于控制数据采集单元102中的至少一个传感器进行数据采集的命令信息。

图4示出了数据采集单元102与单片机处理单元103的连接关系。其中，压力传感器102a与放大电路102g相连，用于实现鞋垫对压力信息的采集，并完成信号的放大。所述压力传感器102a可以是半导体压电电阻传感器、静电容量型压力传感器和扩散硅压力变送器。湿度传感器102b与放大电路102g相连，用于实现鞋垫对湿度信息的采集，并完成信号的放大。所述湿度传感器可以是电阻式氯化锂湿度计、露点式氯化锂湿度计、碳湿敏式湿度计、氧化铝湿度计和陶瓷湿度传感器中的一种或多种。温度传感器102c与放大电路102g相连，用于实现鞋垫对温度信息的采集，并完成信号的放大。所述温度传感器102c可以是接触式或非接触式温度计，例如包括压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶式温度计的接触式温度传感器。心率传感器102d与放大电路102g相连，用于实现鞋垫对用户心率信息的采集，并完成信号的放大。所述心率传感器102d可以是红外脉搏传感器、心率脉搏传感器、光电脉搏传感器、数字脉搏传感器、心音脉搏传感器和集成化脉搏传感器中的一种或多种。汗液传感器102e与放大电路102g相连，用于实现鞋垫对用户汗液数据信息的采集，并完成信号的放大。所述汗液传感器102g可以用于实现用户身体内电解质、葡萄糖、乳酸盐、钠和钾等物质浓度高低的监测，同时还可以实现皮肤中的酸碱度监测。而酸碱度则可以被当作确定疾病和人体健康状况的指标。加速度传感器102f与放大电路102g相连，用于实现鞋垫对用户足部加速度信息的采集，并完成信号的放大。所述加速度传感器102f可以是电容式、电感式、应变式、压阻式和压电式中的一种或多种。所述放大电路102g将完成放大的包含压力信息数据、湿度信息数据、温度信息数据、心率信息数据、汗液信息数据以及加速度信息数据经A/D转换电路发送至单片机处理单元103进行一级数据的初步处理。

实施例2

近年来，随着马拉松运动的平民化，伴随而来的是因没有充分保护措施和运动经验导致的运动猝死事件频繁发生，因此及时对人体进行报警，从而避免这类惨剧的发生变得极为重要。结合图2、图3和图4，以本发明用于监测人体生理特征为例进行说明。

所述智能鞋垫根据系统采集的多级数据实现人体生理特征监测，同时所述数据采集单元102包含的各个传感器基于优先级和/或单片机处理单元103的控制信息实现不同传感数据的采集。

在鞋垫进行日常生理状态监测的时候，由心率传感器102d持续进行数据监测。当用户生理状态发生改变时，所述心率传感器102d最先从用户处监测到非正常心率。并通过放大电路102g将接受的心率脉搏信号进行放大。并将所述心率脉搏信号数据作为一级数据经由A/D转化电路102h发送至单片机处理单元103。

所述单片机处理单元103将接收的一级数据进行分类。所述单片机处理单元103将按不同通道接收的一级数据进行分类储存，并将类别信息作为标记信息链接至一级数据中各个传感器对应的传感数据记录之上。例如，前述一级数据仅包含心率数据，则通过文字和/或特定的数字对所述心率数据进行标注，并将包含标注信息的一级数据基于其标注的传感类别信息储存至数据储存单元110对应传感数据类别的数据库。同时，所述单片机处理单元103将包含心率数据以及链接或标注值心率数据的标注信息数据作为二级数据经数据传输单元104以有线和/或无线的方式发送至移动终端108。前述无线发送方式包括蓝牙、数据热点和无线WIFI等方式。

用户可以通过移动终端108随时查看单片机处理单元103发送的二级数据。所述移动终端108将接受的二级数据通过2G、3G、4G或WIFI等网络发送至数据处理云终端109。数据预处理模块109a将接受的由移动终端108发送的二级数据，并完成其数据的预处理。所述预处理过程为：完成二级数据中的标注信息识别，从而是对接收的二级数据中的传感数据种类进行确认。所述数据预处理模块109a基于识别出的传感数据种类信息调取储存于方案数据库109d中的与心率相关的数据分类方案。从而实现对该二级数据为生理数据的判别与分类。同时，实现对二级数据中包含的心率数据的数值范围分类。所述数据预处理模块109a将对二级数据进行应用类型分类和数值范围分类后形成的三级数据发送至生理数据处理模块109c。

所述生理数据处理模块109c基于接收的三级数据中的数值范围信息调取方案数据库109d中对应传感数据种类和对应范围的生理处理方案完成对用户当前生理状态的分析与监测。同时基于不同的用户个人信息，将心率异常分为初级异常、中级异常和严重异常。例如，普通成年人的正常值为60至100次每分钟。运动员的心率正常值则为45至55左右。根据一个优选的实施方式，将普通成年人的心率值为60至100设置为无异常，其中，心率为50至60以及100至160为初级异常。心率为40至50以及160至220为中级异常。心率为40以下以及220以上为严重异常。因此，系统根据不同的个人信息调取不同标准的生理处理方案，实现用户生理状态的监测。例如，若当前用户的心率值为150，则判断用户处于心率过快的初级异常状态。所述生理数据处理模块109c将接受的三级数据信息完成处理后形成的包含心率值和心率异常等级的四级数据发送至综合数据处理模块109e。

所述综合数据处理模块109e基于接收的包含用户心率值和心率异常等级的四级数据进行用户当前生理安全状态的确认。所述生理安全状态的确认过程包括综合数据处理模块109e基于接收的四级数据所包含的传感数据类别以及对应传感数据的异常等级完成从方案数据109d调取与该类别相关的数据处理方案。所述确认结果包括在充足数据的支持下的生理安全状态的确认成功，也包括在数据不足的情况下的生理安全状态的确认失败。

例如，当所述四级数据仅包括心率值为150与心率处于偏高的初级异常的情况下，所述综合数据处理模块109e从方案数据库109d调取心率处于偏高异常的并且所需传感数据种类最少的数据处理方案实现用户生理安全等级判断或确认。根据一个优选的实施方式，所述包含心率偏高异常的并且所需传感数据种类最少的数据处理方案至少还需获得用户足部的温度信息和湿度信息。因此，在当前四级数据仅为心率值和心率处于偏高的初步异常等级的条件下，用户生理安全状态的确认失败。

所述综合数据处理模块109e基于缺少的数据信息经移动终端108向单片处理单元103发送调取包含温度信息、湿度信息和心率信息的详细监测数据采集命令。所述单片机处理单元103基于详细监测数据采集命令控制湿度传感器102b、温度传感器102c打开并进行数据采集。所述单片机处理单元103将采集包含心率数据、足部温度数据和足部湿度数据的一级数据进行初步处理后作为二级数据经数据传输单元104和移动终端108发送至数据处理云终端109。

所述数据预处理模块109a基于二级数据中识别出的传感数据种类信息调取储存于方案数据库109d中的与心率、湿度和温度相关的数据分类方案。从而实现对该二级数据为生理数据的判别与分类。同时，实现对二级数据中包含的心率数据、足部温度数据和足部湿度数据的数值范围分类。所述数据预处理模块109a将对二级数据进行应用类型分类和数值范围分类后形成的三级数据发送至生理数据处理模块109c。

所述生理数据处理模块109c基于接收的三级数据中的数值范围信息调取方案数据库109d中对应传感数据种类和对应范围的生理处理方案完成对用户当前生理状态的分析与监测。由生理数据处理单元109c完成心率数据、足部温度数据和足部湿度数据的异常等级判定。所述生理数据处理模块109c并将接受的三级数据信息完成处理后形成的包含心率值、心率异常等级、足部温度值、足部温度异常等级、足部湿度值和足部湿度异常等级的四级数据发送至综合数据处理模块109e。

所述综合数据处理模块109e基于接收的包含用户心率值、心率异常等级、足部温度值、足部温度异常等级、足部湿度值和足部湿度异常等级的四级数据进行用户当前生理安全状态的确认。所述生理安全状态的确认过程包括综合数据处理模块109e基于接收的四级数据所包含的传感数据类别以及对应传感数据的异常等级完成从方案数据109d调取与该类别相关的数据处理方案。

例如，当四级数据中足部湿度数据有异常的情况下，由综合数据处理单元109e再次发送调取汗液传感器102e的传感数据的命令，实现通过汗液的电解质含量、钠含量、乳酸含量和酸碱性监测人体当前生理安全等级，并通过移动终端以文字、数字列表和图像中的至少一种数据方式将人体汗液参数展示给用户。同时由移动终端108通过扬声装置和/或振动装置进行安全等级报警，或者由位于鞋垫的单片机处理单元103通过控制震动模块105、扬声模块106以及显示模块107进行报警用户生理安全状态提醒，所述报警内容可以包括需补足水分、补充盐类、补充糖类或需要休息等报警内容。

若当四级数据中足部温度数据有异常的情况下，由综合数据处理单元109e再次发送调取加速度传感器102f的传感数据的命令，实现加速度数据信息的采集。并由运动数据处理模块109b通过加速度信息得到用户运动过程中的步频信息，实现通过步频和累计步长对警报进行分级。

根据一个优选实施方式，采用滤波器对加速传感器采集到的信号进行预处理。优选地，采用高斯滤波器对信号进行去噪声处理。用a_x(t)、a_y(t)、a_z(t)分别表示t时刻x、y、z轴的加速度信号，记A(t)＝[a_x(t)，a_y(t)，a_z(t)]，则高斯滤波公式为

其中，是零均值高斯核，其中经高斯滤波器对信号进行去噪声处理后，能够有效排除干扰信号的影响。

根据一个优选实施方式，可以对加速传感器采集到的信号矢量幅值(SVM)进行合一化处理后来确定加速度。优选地，对加速传感器采集到的信号矢量幅值(SVM)进行合一化处理的计算公式为：

其中，a_x(t)、a_y(t)、a_z(t)分别为t时刻加速度传感器在x、y、z轴所测得的数据。通过对加速传感器采集到的信号矢量幅值(SVM)进行合一化处理，可使SVM波形与实际步数相对应，提高计步的准确性。

根据一个优选的实施方式，本发明还可以仅使用x轴方向加速度用于计步，x、y、z轴方向的整体加速度用于判断模式。例如，上下楼梯时使用z轴方向加速度进行判断，但是在计步过程中，仅对x轴方向加速度进行去噪(如高斯滤波去噪)，从而进行计步计算。

所述反馈至移动终端108或单片机处理单元103的警报内容可以为速度过快、放慢速度、运动距离过大和需要休息等。

所述运动数据处理模块109b基于加速度数据的数值信息实现对加速度进行分级并基于得到的加速度等级信息完成步长参数的确定。所述运动数据处理模块109b基于加速度数据的频率信息实现用户运动模式识别。所述运动数据处理模块109b基于步长参数、运动模式和用户身高信息和运动时间信息完成用户运动速度和运动距离的统计，并基于三级处理方案完成用户运动异常状况的判断。

根据一个优选的实施方式，以成年男子身高1.7m，体重65kg处于跑步模式为例，当步频在10分钟内处于200次以上时，对其发出速度过快的3级警报；当步频处于180次时，并且维持这一步频运动时间超过30分钟，将对其发出放慢速度的二级警报；当用户步频在某一阈值，例如为160次，以上的时间累积到一定时间，例如为2小时，对其发出需要休息的一级警报。

根据一个优选的实施方式，根据采集的不同加速度，对加速度进行等级分配，同时所述运动数据处理模块109b基于加速度数据的频率信息实现用户运动模式识别。所述运动模式包括静止、走路、跑步、上楼和下楼等运动模式。不同等级下的加速度会得到不同的步长参数θ，同时不同模式下的步长也采用不同的计算方式。优选地，基于对瞬时加速度进行等级分配而得到的用户步长参数区间是基于统计学的原理分析出的。即预先通过对不同运动模式时的大量人群进行统计，例如统计人数为1000人以上，确定瞬时加速度与用户的步长参数区间的关系。以走路和跑步为例，假设一个成年男子身高1.70m体重65.0kg，对用户进行加速度分级，统计得到的步长参数θ在[0.353，0.824]区间内，将θ乘以用户身高1.7m，即可得到步长范围[0.60，1.40]，单位为米，再将不同的步长乘以对应的加速度等级的时间区间并相加，即可得到对应时间用户的运动总长度。结合运动异常判断方案实现对用户的运动速度过快和运动距离过大等运动异常已经进行报警或提醒。

因此，通过本发明所述的智能鞋垫，用户可以智能化实现生理状况和运动状况的监测，并基于监测结果实现反馈报警或运动建议反馈，从而使得用户在日常或运动过程中避免过量运动给身体待来负面影响。在数据采集单元102进行数据采集的过程中，所有传感器不是同时进行数据采集，从而降低了智能鞋垫的数据处理云终端109的数据处理压力。同时，所述数据采集单元102中各传感器仅根据单片机处理单元103的控制命令实现数据采集，而不必一直维持工作状态从而增加各个传感器的使用寿命，并降低了鞋垫能耗，减少了不必要的用电量，从而使得所述智能鞋垫在使用相同电池的情况下能够维持更长的工作时间，增加了用户的体验度。

根据一个优选实施方式，本发明的数据处理系统的分析处理方法还包括利用分析压力传感器所采集的用户在在数量有限的分类运动模式中脚掌的压力变化趋势并结合利用对比分析的方法将加速度传感器所采集的生理数据反应的瞬时加速度的数值划分的运动模式给出用户在数量有限的分类运动模式中的运动姿势评判。在用户在数量有限的分类运动模式中的运动姿势出现偏差时以文字、语音、图像和视频方式中的一种或多种方式向穿戴了智能鞋垫的用户提供运动指导。压力传感器和三轴加速度传感器通过如下方式对用户提出运动指导。将压力传感器放置于穿戴了智能鞋垫用户的前后脚掌。通过压力传感器，可以对用户前后脚掌的压力变化进行记录。用户在运动过程中(例如跑步或走路)，可以根据前后脚掌压力变化的趋势判断该用户是采用前脚掌先着地还是后脚掌先着地的运动习惯。同时根据三轴加速度传感器去除用户上下楼模式时的数据，再对前后脚掌次数进行统计，并将数据与系统预先存储的标准数据进行对比分析，给出运动姿势评判，从而对用户提出运动指导。优选地，在用户出现不规范运动姿势时，向用户做出运动指导。本发明结合压力传感器对用户的运动姿势做出评判以及指导，提高用户运动方式的规范性。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种智能鞋垫数据处理系统，其特征在于，所述数据处理系统包括数据采集部、数据运算部和数据反馈部；

所述数据运算部至少包括由一级运算单元、二级运算单元、三级运算单元和四级运算单元构成的四级运算机构；

其中，所述二级运算单元用于实现对接收二级数据的进行数值范围分类并基于预设的数据处理方案实现对二级数据进行生理数据和/或运动数据的应用类别分类，并将处理后形成的包含二级数据中各传感数据的数值范围分类信息、二级数据的生理数据和/或运动数据分类信息和二级数据信息作为三级数据发送至三级运算单元中对应的子运算单元；

所述三级运算单元中的生理数据运算单元和/或运动数据运算单元基于预设的数据处理方案完成对三级数据中运动状态和/或生理状态信息的监测与异常判定，并将对三级数据处理后形成的四级数据发送至四级运算单元；

所述四级运算单元基于四级处理方案实现与运动数据和/或生理数据相关的四级数据的综合处理并将形成的包含展示数据和/或报警数据和/或命令数据的反馈数据发送至数据反馈部。

2.如权利要求1所述的智能鞋垫数据处理系统，其特征在于，所述数据运算部基于用户个人信息、各级处理方案和数据采集部采集的心率数据完成对用户生理状态监测并通过数据反馈部反馈给用户；

所述数据采集部基于所述数据运算部根据心率数据信息测得的生理状态异常信息经反馈部发送的调取包括足部温度数据和湿度数据的命令数据完成温度数据采集和湿度数据采集，并将采集数据发送至数据运算部；

所述数据运算部基于所述用户个人信息、三级处理方案、所述温度数据和所述湿度数据完成温度数据和/或湿度数据异常判断，并基于温度异常情况形成调取加速度数据的命令和/或基于湿度异常情况调取汗液数据的命令经反馈部发送至数据采集部；

所述数据采集部将根据加速度数据和/或汗液数据的调取命令完成采集的加速度数据和/或汗液数据发送至数据运算部，所述数据运算部基于心率数据、加速度数据和/或汗液数据完成用户生理状态监控并将监控结果及反馈意见通过数据反馈部反馈给用户。

3.如权利要求2所述的智能鞋垫数据处理系统，其特征在于，所述数据运算部的三级运算单元中的运动数据运算单元基于加速度数据的数值信息实现对加速度进行分级并基于得到的加速度等级信息完成用户步长参数的确定；所述运动数据运算单元基于加速度数据的频率信息实现用户运动模式识别；所述运动数据单元基于步长参数、运动模式和用户身高信息和运动时间信息完成用户运动速度和运动距离的统计，并基于三级处理方案完成用户运动异常状况的判断。

4.如权利要求1所述的智能鞋垫数据处理系统，其特征在于，所述一级运算单元用于实现对包括压力信息、湿度信息、温度信息、心率信息、汗液信息和加速度信息中的一种或多种一级数据信息进行传感数据分类和储存处理，并将处理后包含一级数据分类信息和一级数据信息的数据作为二级数据发送至二级运算单元。

5.如权利要求1所述的智能鞋垫数据处理系统，其特征在于，所述数据采集部基于鞋垫传感单元完成包括压力信息、湿度信息、温度信息、心率信息、汗液信息和加速度信息中的一种或多种信息的采集，并基于智能终端完成处理方案信息和用户个人信息的采集。

6.如权利要求5所述的智能鞋垫数据处理系统，其特征在于，所述处理方案包括用于实现一级数据中各传感数据分类的一级处理方案、用于实现对一级数据进行生理数据和/或运动数据的应用类别分类的二级处理方案、用于实现对二级数据中的生理数据和/或运动数据进行异常等级判定的三级处理方案以及用于实现对三级数据进行综合处理并形成反馈数据的四级处理方案；

所述三级处理方案至少包括心率异常判断方案、温度异常判断方案、湿度异常判断方案、汗液异常判断方案和运动异常判断方案。

7.如权利要求1所述的智能鞋垫数据处理系统，其特征在于，所述数据反馈部基于接收的展示数据和/或报警数据和/或命令数据的数据类型将反馈数据发送至对应的数据展示单元和/或数据报警单元和/或命令数据对应的操作单元进行数据处理。

8.如权利要求7所述的智能鞋垫数据处理系统，其特征在于，所述展示数据为发送至数据展示单元形成的用于展示给用户的包括文字、数字列表和图像中的至少一个数据；所述报警数据包括控制数据报警单元以振动、声音以及数据显示提醒中的一种或多种方式进行报警提醒的数据；所述命令数据为发送至一级运算单元的用于控制数据采集部中的至少一个传感器进行数据采集的命令信息。

9.如权利要求5所述的智能鞋垫数据处理系统，其特征在于，所述用户个人信息至少包括年龄信息、性别信息、身高信息、体重信息和病史信息。

10.如权利要求1所述的智能鞋垫数据处理系统，其特征在于，所述初具处理系统还包括数据用于实现数据在各个功能模块间以有线和/或无线传输的数据传输部。