CN107464386A - 无线运动监测系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本公开内容在此描述了一种无线运动监测系统及方法。该运动检测设备可以包括至少两个传感器、微处理器和存储器单元。运动检测设备包括：获取第一运动数据和第二运动数据；对噪声数据进行滤波；将经滤波的运动数据发送至数据处理设备；计算稳态值；以及将稳态值发送至数据处理设备。数据处理设备包括：接收第一经滤波运动数据、第二经滤波运动数据和稳态值；将第一经滤波运动数据标准化；计算速度和位移；将位移与预定的位移阈值进行比较；验证第二经滤波运动数据中最后一值与稳态值之间的差是否大于预定阈值；确证运动检测设备的移动；以及更新运动检测设备的状态变化。

Description

无线运动监测系统及其方法
技术领域
本申请大体上涉及一种无线运动监测系统及其方法。
背景技术
许多运动监测设备及其对应的组件被附接在门和窗户上，以供它们各自使用。运动传感器(或运动检测器)是安全系统的关键，这是因为运动监测设备持续地监视和检测未经授权人员何时在房屋内或进入房屋。运动传感器使用一种或多种技术来检测区域中的移动。如果传感器跳闸(trip)，则信号会发送至安全系统的连接到监测中心的控制面板，从而关于住所内的潜在威胁警告相关人员和监测中心。
然而，现今可用的传感器和运动监测设备并不防误操作，并且能非常容易地被侵入。此外，保持在台座、抽屉或任何其他储藏室中的许多贵重物件并不受保护，或者从未被连续地检测或监测各自是否具有任何种类的运动。上述设备中任何类型的设备的任何运动都没有被监测，进一步地，上述设备的失窃也不会被检测到。
发明内容
在描述本设备、系统和方法以及伴随系统的与之相关的组件之前，要理解的是，本申请并不受限于所描述的具体的方法、设备、系统及其布置，这是因为还可以存在没有在本申请中明确示出但仍然能够在本发明的范围内实践的多个可能的实施方案。还要理解的是，在说明书中使用的术语仅用于描述具体的型式或实施方案的目的，并不旨在限制本申请的范围。本发明内容被提供以介绍与用于对象的无线运动监测的设备和方法有关的构思，并且这些构思将在下面的详细描述中进一步描述。本发明内容既不旨在明确所要求保护的主题的基本特征，也不旨在用于确定或限制所要求保护的主题的范围。
一方面，提供了一种运动检测设备，包括至少两个传感器，与所述至少两个传感器电耦合的微处理器，以及与所述微处理器耦合的存储器单元，其中，所述微处理器能够执行存储在所述存储器单元中的编程指令以用于：分别从第一传感器和第二传感器获取第一运动数据和第二运动数据，其中，所述第一运动数据和所述第二运动数据与所述运动检测设备沿着至少一个轴线的运动相关联；分别对所述第一运动数据和所述第二运动数据中的噪声数据进行滤波，以生成第一经滤波运动数据和第二经滤波运动数据；将所述第一经滤波运动数据和所述第二经滤波运动数据发送至与无线运动检测设备通信的数据处理设备，其中，所述第一经滤波运动数据和所述第二经滤波运动数据一直被发送，直到确定出所述运动检测设备的运动停止；在所述运动检测设备的运动停止之后计算对应于所述至少一个轴线的稳态值，其中，所述稳态值是基于所述第一经滤波运动数据和所述第二经滤波运动数据计算的；以及将所述稳态值发送至所述数据处理设备，其中，所述稳态值结合所述第一经滤波运动数据和所述第二经滤波运动数据有助于确定所述运动检测设备的状态。
另一方面，提供了一种数据处理设备，包括处理器和与所述处理器耦合的存储器，其中，所述处理器能够执行存储在所述存储器中的编程指令以用于：从与所述数据处理设备通信的运动检测设备接收与所述运动检测设备沿着至少一个轴线的运动相关联的第一经滤波运动数据、第二经滤波运动数据和稳态值；验证沿着所述至少一个轴线的所述第二经滤波运动数据中最后一值与所述稳态值之间的差是否大于预定阈值；如果所述第二经滤波数据中最后一值与所述稳态值之间的差大于所述预定阈值，则确证所述运动检测设备的移动；以及基于对所述运动检测设备的移动的确证，更新所述运动检测设备的状态变化。
又一方面，提供了一种无线运动监测方法，包括：经由运动检测设备的微处理器分别从第一传感器和第二传感器获取第一运动数据和第二运动数据，其中，所述第一运动数据和所述第二运动数据与所述运动检测设备沿着至少一个轴线的运动相关联；经由所述微处理器，分别对所述第一运动数据和所述第二运动数据中的噪声数据进行滤波，以生成第一经滤波运动数据和第二经滤波运动数据；经由所述微处理器，将所述第一经滤波运动数据和所述第二经滤波运动数据发送至与无线运动检测设备通信的数据处理设备，其中，所述第一经滤波运动数据和所述第二经滤波运动数据一直被发送，直到确定出所述运动检测设备的运动停止；在所述运动检测设备的运动停止之后，经由所述微处理器计算对应于所述至少一个轴线的稳态值，其中，基于所述第一经滤波运动数据和所述第二经滤波运动数据计算所述稳态值；经由所述微处理器，将所述稳态值发送至所述数据处理设备；经由所述数据处理设备的处理器接收与所述运动检测设备沿着至少一个轴线的运动相关联的所述第一经滤波运动数据、所述第二经滤波运动数据和所述稳态值；经由所述处理器验证沿着所述至少一个轴线的所述第二经滤波运动数据中最后一值与所述稳态值之间的差是否大于预定阈值；如果所述第二经滤波数据中最后一值与所述稳态值之间的差大于所述预定阈值，则经由所述处理器确证所述运动检测设备的移动；以及经由所述处理器、基于对所述运动检测设备的移动的确证来更新所述运动检测设备的状态变化。
附图说明
参照附图进行详细描述。在附图中，附图标记的最左边的数字标识该附图标记最先出现在其中的图。贯穿整个附图使用相同的数字指代相似的特征和部件。
图1示出了根据本申请的一种实施方案的用于无线地监测运动的系统100的网络实现。
图2示出了根据本申请的一种实施方案的运动检测设备101的框图。
图3示出了根据本申请的一种实施方案的运动检测设备101的架构。
图4示出了根据本申请的一种实施方案的由运动检测设备101实施的方法400。
图5示出了根据本申请的一种实施方案的数据处理设备102的架构。
图6示出了根据本申请的一种实施方案的由数据处理设备102实施的方法600。
图7示出了根据本申请的一种实施方案的无线运动监测的方法700。
图8示出了根据本申请的一种实施方案的被配置为向用户通知运动检测设备的状态的服务器103。
图9示出了根据本申请的一种实施方案的在数据处理设备102和服务器103之间的通信。
具体实施方式
贯穿整个说明书对“各种实施方案”、“一些实施方案”、“一个实施方案”或“一种实施方案”的提及意味着结合该实施方案描述的具体的特征、结构或特性包括在至少一个实施方案中。因此，在整个说明书中的不同地方处出现的措辞“在各种实施方案中”、“在一些实施方案中”、“在一个实施方案中”或“在一种实施方案中”不一定全部都指相同的实施方案。此外，上述具体的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或多个实施方案中。
现在将详细论述本申请的一些实施方案，从而说明其所有的特征。词语“包括”、“具有”、“含有”、“包含”及它们的其他形式旨在在含义上相同，并且是开放式的，即，后面跟随有这些词语中的任何一个的一个或多个项目都不意指详尽列出这样的一个或多个项目，或并不意指受限于仅所列出的一个或多个项目。还必须注意的是，如本文和所附权利要求中使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”都包括复数形式，除非上下文另有明确规定。虽然可以使用与本文所描述的装置、设备和方法相似或等同的任何装置、设备和方法来实施或测试本申请的实施方案，但是现在描述示例性的装置、设备和方法。所公开的实施方案仅是本申请的示例，本申请可以以不同的形式实施。
对于本领域技术人员而言，对实施方案的各种修改将是很明显的，并且本文的一般原理可以应用于其他实施方案。然而，本领域普通技术人员将容易认识到，本申请不旨在受限于所示的实施方案，而被给予与本文所描述的原理和特征一致的最宽范围。
本申请涉及无线运动监测系统及其方法。运动监测设备可以附接至其运动待被监测的任何对象，以用于确定对该对象的未经授权的入侵和/或侵入。运动监测设备可以包括加速度计传感器和磁力计传感器，以用于确定与运动监测设备相关联的状态，并相应地确定对象本身的运动。加速度计传感器可以感测指示运动监测设备的移动的运动数据。磁力计传感器可以感测运动监测设备的角运动，并相应地确证运动监测设备的移动。运动监测设备可以整合由加速度计传感器和磁力计传感器感测的数据，并将经整合的数据发送至与该运动监测设备在通信上耦合的数据处理设备。数据处理设备可以处理经整合的数据并确定运动监测设备的状态。该状态可以包括运动监测设备(并且相应地与该运动检测设备附接的对象)被打开、关闭和移动等。该状态可以通过与数据处理设备在通信上耦合的后端服务器在用户设备上进行更新。
尽管所描述的用于无线运动监测的系统和方法的各个方面可以以任何数量的不同计算系统、环境和/或配置来实现，但是在下文示例性系统的背景下描述各实施方案。
参照图1，示出了根据本申请主题的一种实施方案的用于无线地监测运动的系统100的网络实现。如所示出的，系统100可以包括运动检测设备101、数据处理设备102和服务器103。虽然本申请是在考虑将服务器103作为后端服务器实现的情况下进行说明的，但可以理解的是，服务器103也可以在诸如膝上型计算机、台式计算机、笔记本、工作站、大型计算机、网络服务器等的各种计算系统中实现。在一种实现中，服务器103可以在基于云的环境中实现。将理解的是，服务器103可以由多个用户通过一个或多个用户设备104-1、104-2、104-3……104-N——下文统称为用户设备104——访问，或者可以由驻留在用户设备104上的应用程序访问。用户设备104的示例可以包括但不限于便携式计算机、个人数字助理、手持式设备、可穿戴设备、工作站等。用户设备104通过网络105在通信上耦合至服务器103。
在一种实现中，网络105可以是无线网络、有线网络或其组合。网络105可以被实现为不同类型的网络中的一种，这些不同类型的网络诸如为内联网、局域网(LAN)、广域网(WAN)、互联网等。网络105可以是专用网络或共享网络。共享网络表示使用各种协议的不同类型的网络用以相互通信的联合体，这样的协议例如为超文本传送协议(HTTP)、传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)、无线应用协议(WAP)等等。此外，网络105可以包括各种网络设备，包括路由器、网桥、服务器、计算设备、存储设备等。在一种实现中，用户可以使用用户设备104来访问服务器103。用户可以对自己进行注册以便使用服务器103。
在一个实施方案中，如图1所示，运动检测设备101和数据处理设备102可以位于用户的住所处，并且服务器103可以位于远程位置。运动检测设备101和数据处理设备102可以利用低功率短程无线协议进行无线连接，该低功率短程无线协议包括但不限于IEEE802.15.4或蓝牙低功耗(BLE)等。数据处理设备102可以经由网络105连接至服务器。
根据本申请的实施方案，运动检测设备101可以检测第一运动数据和第二运动数据，并且分别对第一运动数据和第二运动数据中的噪声数据进行滤波，以生成第一经滤波运动数据和第二经滤波运动数据。运动检测设备101还可以将第一经滤波运动数据和第二经滤波运动数据发送至数据处理设备102。数据处理设备102可以处理第一经滤波运动数据和第二经滤波运动数据，以确定运动检测设备101的状态并将该状态更新至服务器103。服务器103还可以将指示运动检测设备101的状态的通知发送到用户的用户设备104上。如下所述，参照图2至图9详细说明了系统100的工作。
参照图2，示出了根据本申请主题的一种实施方案的运动检测设备101的框图。如图2所示，运动检测设备101可以由小型电池201供电，该小型电池具有与纽扣电池、手表电池等的形状类似的形状。在一个实施方案中，运动检测设备101可以具有100mm×100mm×15mm的尺寸。运动检测设备101还可以包括微处理器202和用于检测运动检测设备101的运动的至少两个MEMS(微电子机械系统)传感器。至少两个MEMS传感器203可以包括加速度计203(a)、磁力计203(b)等。在下文中，加速度计203(a)和磁力计203(b)可以统称为至少两个传感器203或传感器203，这两种称谓是可互换的。至少两个传感器203可以经由I2C(IC间)总线以及时钟线和数据线(未示出)连接至微处理器202。微处理器202可以经由I2C总线配置一个或多个传感器并取得多个运动数据。I2C总线是双向双线串行总线，其在集成电路(IC)之间提供通信链路。
现在参照图3，示出了根据本申请主题的实施方案的运动检测设备101的架构。如所示出的，运动检测设备101可以包括至少一个微处理器202、传感器203、输入/输出(I/O)接口301、存储器单元302、模块303和数据307。在一个实施方案中，至少一个微处理器202被配置成取得并执行存储在存储器单元302中的计算机可读和/或编程指令。
在一个实施方案中，I/O接口301可以包括各种软件和硬件接口，例如网络接口、图形用户接口等。I/O接口301可以允许运动检测设备101与数据处理设备102以及其他计算设备诸如网络服务器和外部数据服务器(未示出)进行通信。I/O接口301可以促进各种各样的网络和协议类型——包括有线网络(例如LAN、电缆等)以及无线网络(诸如WLAN、蜂窝、或卫星、IEEE 802.15.4或蓝牙低功耗(BLE)等——内的多种通信。I/O接口204可以包括用于将多个设备相互连接或将多个设备连接至另一服务器的一个或多个端口。
在一种实现中，存储器单元302可以包括本领域已知的任何计算机可读介质，包括：例如，易失性存储器，诸如静态随机存取存储器(SRAM)和动态随机存取存储器(DRAM)；和/或非易失性存储器，诸如只读存储器(ROM)、可擦除可编程ROM、闪速存储器、硬盘、光盘和存储卡。存储器单元302可以包括模块303和数据307。
在一个实施方案中，模块303包括执行特定的任务、功能或实现抽象数据类型的例程、程序、对象、部件、数据结构等。在一种实现中，模块303可以包括数据获取模块304、数据处理模块305和数据发送模块306。
在一个实施方案中，微处理器202可以使至少两个传感器203初始化。此外，为了延长电池寿命并降低功耗，最初可以在运动检测设备101没有运动时配置磁力计203(b)和微处理器202以睡眠模式运行。此外，加速度计203(a)虽然处于工作中也可以被配置为在没有运动时通过降低采样率而以低功率模式运行。微处理器202以及磁力计203(b)和加速度计203(a)的这种在睡眠模式和低功率模式下的运行防止任何射频(RF)发送，从而便于使功耗最小化并延长电池201的电池寿命。
在一个实施方案中，加速度计203(a)可以通过连续地捕获与运动检测设备101的运动/移动相关联的第一运动数据(下文也称为加速度计数据)来检测运动检测设备101的移动。在一种实施方案中，如果由加速度计203(a)捕获的第一运动数据超过预定阈值，则加速度计203(a)检测到运动检测设备101的运动/移动，并且相应地触发微处理器202和磁力计203(b)从睡眠模式切换到正常模式。此外，加速度计203(a)可以从低功率模式切换到正常模式。在一个实施方案中，加速度计203(a)可以在此之后继续捕获第一运动数据，而磁力计203(b)可以捕获与运动检测设备101的运动/移动相关联的第二运动数据(下文也称为角运动数据)。此外，微处理器202可以执行模块303来获取和处理第一运动数据和第二运动数据，其细节在下文中通过参照图4进行说明。
在一个实施方案中，基于对运动检测设备101的运动/移动的检测，数据获取模块304可以被配置为分别从加速度计203(a)和磁力计203(b)获取第一运动数据和第二运动数据，其中，第一运动数据和第二运动数据可以与运动检测设备沿着至少一个轴线的运动/移动相关联。
在一个实施方案中，数据处理模块305可以处理第一运动数据和第二运动数据。数据处理模块305可以分别对第一运动数据和第二运动数据中的噪声数据进行滤波，以生成第一经滤波运动数据和第二经滤波运动数据。具体地，数据处理模块305可以对从加速度计203(a)获取的第一运动数据执行低通滤波，以便将噪声的影响最小化。可以基于实施以下公式的无限脉冲响应(IIR)滤波技术对第一运动数据中的噪声数据进行滤波：
x′[n]＝a0x[n]+b1x′[n-1] (1)
其中，x[n]是第一运动数据，
x′[n]是第一经滤波运动数据，
并且以及
“fc”是滤波器的截止频率，该截止频率的值在0至0.5之间。
在一个实施方案中，数据处理模块305可以基于实施以下公式的移动平均滤波技术对第二运动数据中的噪声数据进行滤波：
其中，是第二经滤波运动数据，以及
“N”是平均的值的数量。
在一个实施方案中，数据发送模块306可以将第一经滤波运动数据和第二经滤波运动数据发送至与无线运动检测设备101通信的数据处理设备102，其中，可以一直发送第一经滤波运动数据和第二经滤波运动数据，直到确定出运动检测设备101的运动停止。
在一个实施方案中，可以在多个时隙发送第一经滤波运动数据和第二经滤波运动数据。在一个实施方案中，来自传感器的数据为16位格式，以便保持来自传感器的数据的分辨率。因此，这可能导致在每个时隙上生成来自每个传感器的48位或6字节的数据。这是因为每个传感器可以从三个轴线(即x、y和z)捕获数据，最终导致来自两个传感器的96位或12个字节的总体数据。此外，当从三个传感器捕获数据时，这样的数据可以进一步增加到144位或18字节。将如此庞大的数据发送到数据处理设备可能导致计算开销，从而导致高计算时间和低计算速度。
因此，为了使发送至数据处理设备102的总体数据最小化，在第一时隙，可以将第一经滤波运动数据和第二经滤波运动数据以完全16位格式发送至数据处理设备102。然而，对于在第一时隙后的第二时隙以及后续时隙中的发送，可以从运动检测设备101发送在当前时隙捕获的第一经滤波运动数据与在前一时隙捕获的第一经滤波运动数据的差。类似地，对于在第一时隙后的第二时隙和后续时隙中的发送，可以从运动检测设备101发送在当前时隙捕获的第二经滤波运动数据与在前一时隙捕获的第二经滤波运动数据的差。数据处理设备102可以通过将上述差与前一数据相加而容易地获取差异数据。由于两个连续数据之间的差相对较小，所以第二时隙和后续时隙的数据可以以8位格式发送，从而导致节约一半的无线带宽。
在一个实施方案中，数据处理模块305可以计算从加速度计203(a)接收的对应于至少一个轴线的第一经滤波运动数据的标准偏差。必须理解，通常可能需要较大的缓冲器来存储用于计算标准偏差的所有样本，并且因此可能涉及到使用计算标准偏差的标准公式的大量计算。因此，为了使存储器使用和计算最小化，数据处理模块305可以使用以下公式来计算标准偏差：
其中，“n”是样本大小。
在一个实施方案中，数据处理模块305可以将计算的标准偏差与预定的标准偏差值进行比较。在一个实施方案中，如果至少一个轴线上的第一经滤波运动数据的标准偏差大于预定的标准偏差值，则数据处理模块305可以确定运动检测设备101在运动中。数据发送模块306可以继续将第一经滤波运动数据和第二经滤波运动数据发送至数据处理设备102，直到确定出至少一个轴线上的第一经滤波运动数据的标准偏差小于预定的标准偏差值。在一个实施方案中，如果在至少一个轴线上的第一经滤波运动数据的标准偏差小于预定的标准偏差值，则数据处理模块305可以确定运动检测设备101的运动/移动被停止/中断。
在一个实施方案中，基于运动检测设备101的运动/移动的停止，数据处理模块305可以计算对应于至少一个轴线的稳态值。可以基于第一经滤波运动数据和第二经滤波运动数据来计算稳态值。稳态值是可以计算的，这是因为如果运动检测设备101的定向改变，则第一经滤波运动数据和第二经滤波运动数据也会改变。即使运动检测设备101不在运动，加速度计203(a)也可能受地球引力场的影响，磁力计203(b)可能受地球磁场的影响。稳态值可以提供来自在上述场的影响下的加速度计203(a)以及磁力计203(b)的值。具体地说，稳态值使得能够按如下所述的式(5)所示的补偿经滤波运动数据。在一个实施方案中，数据处理模块305可以使用以下公式计算对应于至少一个轴线的稳态值：
其中，“N”是平均的值的数量。
在一个实施方案中，数据发送模块306可以将稳态值发送至数据处理设备102。稳态值结合第一经滤波运动数据和第二经滤波运动数据可以有助于经由数据处理设备102确定运动检测设备101的状态。在发送稳态值之后，微处理器202和磁力计203(b)可以切换回睡眠模式，以便节约功率。
现在参照图4，示出了根据本申请主题的实施方案的由运动检测设备101实现的方法400。
在框401处，可以对运动检测设备101通电并使其初始化。
在框402处，为了延长电池寿命并降低功耗，如果没有检测到运动检测设备101内的运动，则磁力计203(b)和微处理器202可以以睡眠模式运行。加速度计203(a)虽然处于工作中也可以在具有较低采样率的低功率模式下运行，以便使功耗最小化。
在框403处，可以将从第一传感器(即，加速度计203(a))捕获的第一运动数据与预定阈值进行比较。如果第一运动数据小于预定阈值，则加速度计203(a)可以继续以低功率模式运行，同时磁力计203(b)和微处理器202可以以睡眠模式运行。
在框404处，如果来自加速度计203(a)的第一运动数据大于预定阈值，则加速度计203(a)可以以正常模式运行，并且磁力计203(b)和微处理器202可以被触发以分别地捕获第二运动数据和执行模块303。数据获取模块304可以分别从加速度计203(a)和磁力计203(b)获取第一运动数据和第二运动数据，其中，第一运动数据和第二运动数据可以与运动检测设备沿着至少一个轴线的运动相关联。
在框405处，数据处理模块305可以处理运动数据的多个第一运动数据和第二运动数据。数据处理模块305可以分别对第一运动数据和第二运动数据中的噪声数据进行滤波，以生成第一经滤波运动数据和第二经滤波运动数据。在一个实施方案中，数据处理模块305可以对从加速度计203(a)取得的多个第一运动数据执行低通滤波，以便使噪声对多个运动数据的影响最小化。可以基于实施上述公式(1)的无限脉冲响应(IIR)滤波技术对第一运动数据中的噪声数据进行滤波。类似地，数据处理模块305可以基于实施上述公式(2)的移动平均滤波技术对第二滤波数据中的噪声数据进行滤波。
在框406处，数据发送模块306可以将第一经滤波运动数据和第二经滤波运动数据发送至数据处理设备102。
在框407处，数据处理模块305可以验证从加速度计203(a)接收的对应于至少一个轴线的第一经滤波运动数据的标准偏差是小于还是大于预定的标准偏差值。在一个实施方案中，数据处理模块305可以使用上述公式(3)计算标准偏差。在一个实施方案中，如果标准偏差大于预定的标准偏差值，则可以认为运动检测设备101仍然在运动中，并且该方法进行到框406。必须注意的是，数据发送模块306可以继续将第一经滤波运动数据和第二经滤波运动数据发送至数据处理设备102，直到在至少一个轴线上的第一经滤波运动数据的标准偏差变得小于预定的标准偏差值。在一个实施方案中，如果标准偏差小于预定的标准偏差值，则可以确定运动检测设备101的运动停止，并且该方法进行至框408。
在框408处，数据处理模块305可以计算对应于该至少一个轴线的稳态值。可以基于第一经滤波运动数据和第二经滤波运动数据来计算稳态值。在一个实施方案中，可以使用上述公式(4)来计算对应于至少一个轴线的稳态值。
在框409处，数据发送模块306可以将稳态值发送至数据处理设备102。稳态值结合第一经滤波运动数据和第二经滤波运动数据可以有助于数据处理设备102确定运动检测设备101的状态。在发送稳态值之后，微处理器202和磁力计203(b)可以切换回睡眠模式，以便节约功率。
现在参照图5，示出了根据本申请主题的实施方案的数据处理设备102的架构。数据处理设备102可以包括至少一个处理器501、输入/输出(I/O)接口502、存储器503、模块504和数据509。在一个实施方案中，至少一个处理器501被配置为取得并执行存储在存储器503中的计算机可读/编程指令。
在一个实施方案中，I/O接口502可以包括各种软件和硬件接口，例如网络接口、图形用户接口等。I/O接口502可以允许数据处理设备102与服务器103交互。此外，I/O接口502可以使数据处理设备102能够与其他计算设备诸如网络服务器和外部数据服务器(未示出)进行通信。I/O接口502可以促进各种各样的网络和协议类型——包括有线网络(例如局域网(LAN)、电缆等)以及无线网络/协议(诸如无线局域网(WLAN)、蜂窝、或卫星、IEEE802.15.4或蓝牙低功耗(BLE)等——内的多种通信。I/O接口502可以包括一个或多个端口。
在一种实现中，存储器503可以包括本领域已知的任何计算机可读介质，包括：例如，易失性存储器，诸如静态随机存取存储器(SRAM)和动态随机存取存储器(DRAM)；和/或非易失性存储器，诸如只读存储器(ROM)、可擦除可编程ROM、闪速存储器、硬盘、光盘和存储卡。存储器503可以包括模块504和数据509。
在一个实施方案中，模块504包括执行特定的任务、功能或实现抽象数据类型的例程、程序、对象、部件、数据结构等。在一种实现中，模块504可以包括数据接收模块505、数据分析模块506、比较模块507和数据更新模块508。
在一个实施方案中，数据接收模块505可以从运动检测设备101接收与运动检测设备101沿着至少一个轴线的运动相关联的第一经滤波运动数据、第二经滤波运动数据和稳态值。
在一个实施方案中，可以在多个时隙接收第一经滤波运动数据和第二经滤波运动数据，并且其中，在第一时隙，从运动检测设备101接收16位格式的第一经滤波运动数据和第二经滤波运动数据。然而，对于之后的第二时隙和后续时隙，可以从运动检测设备101仅接收在当前时隙捕获的第一经滤波运动数据与在前一时隙捕获的第一经滤波运动数据的差。类似地，对于之后的第二时隙和后续时隙，可以从运动检测设备101仅接收在当前时隙捕获的第二经滤波运动数据与在前一时隙捕获的第二经滤波运动数据的差。
在一个实施方案中，数据分析模块506可以分析第一经滤波运动数据、第二经滤波运动数据和稳态值，以便确定运动检测设备101的状态。运动检测设备101的状态可以包括但不限于打开、关闭、移动等。下文进一步说明对第一经滤波运动数据、第二经滤波运动数据和稳态值进行分析以确定运动检测设备101的状态的细节。
在一个实施方案中，数据分析模块506可以通过从沿着至少一个轴线的第一经滤波运动数据减去稳态值来使第一经滤波运动数据标准化，以获得标准化的经滤波运动数据。标准化可以消除引力场的影响，从而获得标准化的经滤波运动数据。可以通过使用以下公式来执行对第一经滤波运动数据的标准化：
x″[n]＝x′[n]-xSS (5)
其中，x″[n]是标准化的经滤波运动数据，
x'[n]是第一经滤波运动数据，以及
xSS是对应轴线的稳态值，其中，稳态值使得能够补偿第一经滤波运动数据。
在一个实施方案中，数据分析模块506还可以基于沿着至少一个轴线的标准化的经滤波运动数据来计算速度和位移。在当运动检测设备101静止时速度为零的假设下，可以使用以下公式来计算沿着每个轴线的在时隙“n”上的速度v[n]和位移s[n]。
v[n]＝v[n-1]+x″[n]×Δt (6)以及
s[n]＝s[n-1]+v[n-1]×Δt+(v[n]-v[n-1])/2×Δt (7)
其中，
x″[n]是标准化的经滤波运动数据，
v[n]是在时隙n的速度，
s[n]是在时隙n的位移，以及
Δt是等于1/采样频率的每个时隙的长度。
在一个实施方案中，比较模块507可以将至少一个轴线上的位移与预定的位移阈值进行比较，以便确定运动检测设备101的运动类型。在一个实施方案中，如果沿着多个轴线中的仅一个轴线的位移大于预定的位移阈值，可以将运动检测设备101的运动确定为线性运动。可替代地，如果沿着多个轴线中不止一个轴线的位移大于预定的位移阈值，则可以将运动检测设备101的运动确定为角运动。角运动的确定可以指示数据分析模块506检查第二经滤波运动数据，以便提高运动检测的准确度。
在一个实施方案中，比较模块507可以验证沿着至少一个轴线的第二经滤波运动数据中最后一值与稳态值之间的差是否大于预定阈值。在一个实施方案中，如果第二经滤波数据中最后一值与稳态值之间的差大于预定阈值，则数据分析模块506可以确证运动检测设备101的移动。磁力计203(b)可以测量地磁场，并且提供在所有的三个轴线(即x，y和z)上的第二经滤波运动数据。如果运动检测设备101的运动被检测为线性的，则第二经滤波运动数据可能不会改变。必须注意的是，当运动检测设备转动时，第二经滤波运动数据可以改变。因此，只有当第二经滤波运动数据改变超过预定阈值时，才确定运动检测设备在转动，从而确证运动检测设备101的移动。
在一个实施方案中，数据更新模块508可以基于对运动检测设备101的移动的确证来更新运动检测设备101的状态变化。在一个实施方案中，运动检测设备101的状态变化可以经由与数据处理设备102耦合的后端服务器103在用户设备104上更新于用户。运动检测设备101的状态变化可以包括但不限于打开、关闭、移动等。
现在参照图6，示出了根据本申请主题的实施方案的由数据处理设备102实施的方法600。
在框601处，可以对数据处理设备102通电并使其初始化。
在框602处，数据处理设备102可以检查从运动检测设备101进入的第一经滤波运动数据和第二经滤波运动数据。
在框603处，如果没有从运动检测设备101接收到第一经滤波运动数据和第二经滤波运动数据，则数据处理设备102可以继续在框602处检查进入的第一经滤波运动数据和第二经滤波运动。可替代地，如果接收到第一经滤波运动数据和第二经滤波运动数据，则该方法进行到框604。
在框604处，数据分析模块506可以分析第一经滤波运动数据、第二经滤波运动数据和稳态值，以便确定运动检测设备101的状态。运动检测设备101的状态可以是诸如但不限于打开、关闭、移动等。
在框605处，比较模块507可以验证沿着至少一个轴线的第二经滤波运动数据中最后一值与稳态值之间的差是否大于预定阈值。在一个实施方案中，如果第二经滤波数据中最后一值与稳态值之间的差大于预定阈值，则数据分析模块506可以确证运动检测设备的移动。在一个实施方案中，如果第二经滤波数据中最后一值与稳态值之间的差小于预定阈值，则该方法进行到框602。
在框606处，如果磁力计203(b)的最后一值与稳态值之间的差大于预定阈值，则数据更新模块508可以基于对运动检测设备101的移动的确证更新运动检测设备101的状态变化。在一个实施方案中，运动检测设备101的状态变化可以经由与数据处理设备102耦合的后端服务器103在用户的用户设备104上更新于用户。运动检测设备101的状态变化可以包括但不限于打开、关闭、移动等。
现在参照图7，示出了根据本申请主题的实施方案的无线运动监测的方法700。
在框701处，可以分别从第一传感器和第二传感器获取第一运动数据和第二运动数据。在一种实现中，数据获取模块304可以分别从加速度计203(a)和磁力计203(b)获取第一运动数据和第二运动数据。第一运动数据和第二运动数据可以与运动检测设备沿着至少一个轴线的运动相关联。
在框702处，可以分别对第一运动数据和第二运动数据中的噪声数据进行滤波，以生成第一经滤波运动数据和第二经滤波运动数据。在一种实现中，可以经由数据处理模块305对第一运动数据和第二运动数据中的噪声数据进行滤波。
在框703处，可以将第一经滤波运动数据和第二经滤波运动数据发送至数据处理设备102。在一种实现中，第一经滤波运动数据和第二经滤波运动数据可以经由数据发送模块306发送。
在框704处，可以计算对应于至少一个轴线的稳态值。在一种实现中，可以经由数据处理模块305来计算对应于至少一个轴线的稳态值。
在框705处，可以将稳态值发送至数据处理设备102。在一种实现中，稳态值可以经由数据发送模块306发送。
在框706处，可以在数据处理设备102处接收第一经滤波运动数据、第二经滤波运动数据和稳态值。在一种实现中，可以经由数据接收模块505接收第一经滤波运动数据、第二经滤波运动数据和稳态值。
在框707处，可以使第一经滤波运动数据标准化以获得标准化的经滤波运动数据。在一种实现中，可以经由数据分析模块506使第一经滤波运动数据标准化。
在框708处，可以基于沿着至少一个轴线的标准化的经滤波运动数据来计算速度和位移。在一个实施方案中，可以经由数据分析模块506来计算速度和位移。
在框709处，可以将至少一个轴线上的位移与预定的位移阈值进行比较。在一个实施方案中，比较模块507可以将至少一个轴线上的位移与预定的位移阈值进行比较，以便确定运动检测设备101的运动类型。
在框710处，比较模块507可以验证沿着至少一个轴线的第二经滤波运动数据中最后一值与稳态值之间的差是否大于预定阈值。
在框711处，如果第二经滤波数据中最后一值与稳态值之间的差大于预定阈值，则数据分析模块506可以确证运动检测设备的移动。
在框712处，可以更新运动检测设备的状态变化。在一个实施方案中，数据更新模块508可以基于对运动检测设备101的移动的确证更新运动检测设备101的状态变化。在一个实施方案中，运动检测设备101的状态变化可以经由与数据处理设备102耦合的后端服务器103在用户的用户设备104上更新于用户。
参照图8，示出了根据本申请的一种实施方案的被配置为向用户通知运动检测设备的状态的服务器103。服务器103可以存储用于所有住所的运动检测设备101的状态。因此，可以经由服务器103向用户提供运动检测设备101的最新状态。服务器103可以存储由用户预先配置的一组规则。当存在运动检测设备101的状态的更新时，在服务器103上执行的编程指令可以检查规则，并向预注册的用户设备104发送推送通知或SMS，以便相应地警报用户。
参照图9，示出了根据本申请的一种实施方案的在数据处理设备102与服务器103之间的通信。为了提高系统的可靠性，服务器103可以保持追踪数据处理设备102的状态。数据处理设备102可以以在一至五分钟的范围内的定时间隔向服务器103发送信标。如果存在入侵，并且数据处理设备102的电源被拔出或被强行移除或者因特网连接中断，则服务器103可以停止接收信标。服务器103可以保持追踪这些信标以监视数据处理设备102，并且可以用推送通知或SMS向用户发送警报消息。另外，当连接至服务器103以进行状态查询时，用户能够检查所有的警报消息。
虽然已经以特定于结构特征和/或方法的语言描述了用于无线运动监测系统和方法的实现，但要理解的是，所附权利要求不一定受限于所描述的具体特征或方法。更确切地，具体特征和方法被公开作为无线运动监测系统的实现的实施例。
前述段落或说明书以及附图的实施方案、实施例和替代方案——包括它们的各个方面或相应的各个特征中的任何一种——可以独立地被采用或以任何组合被采用。结合一个实施方案描述的特征能够应用于所有的实施方案，除非这样的特征是不兼容的。

Claims (20)

1.一种运动检测设备，包括：
至少两个传感器；
与所述至少两个传感器电耦合的微处理器；以及
与所述微处理器耦合的存储器单元，其中，所述微处理器能够执行存储在所述存储器单元中的编程指令以用于：
分别从第一传感器和第二传感器获取第一运动数据和第二运动数据，其中，所述第一运动数据和所述第二运动数据与所述运动检测设备沿着至少一个轴线的运动相关联；
分别对所述第一运动数据和所述第二运动数据中的噪声数据进行滤波，以生成第一经滤波运动数据和第二经滤波运动数据；
将所述第一经滤波运动数据和所述第二经滤波运动数据发送至与无线运动检测设备通信的数据处理设备，其中，所述第一经滤波运动数据和所述第二经滤波运动数据一直被发送，直到确定出所述运动检测设备的运动停止；
在所述运动检测设备的运动停止之后计算对应于所述至少一个轴线的稳态值，其中，所述稳态值是基于所述第一经滤波运动数据和所述第二经滤波运动数据计算的；以及
将所述稳态值发送至所述数据处理设备，其中，所述稳态值结合所述第一经滤波运动数据和所述第二经滤波运动数据有助于确定所述运动检测设备的状态。
2.根据权利要求1所述的运动检测设备，其中，所述第一传感器是加速度计，并且所述第二传感器是磁力计，并且其中，所述第一运动数据是加速度计数据，并且所述第二运动数据是角运动数据，其中，所述第二运动数据在由所述第一传感器捕获的所述第一运动数据超过预定运动阈值之后由所述第二传感器捕获，从而减少所述运动检测设备消耗的功率。
3.根据权利要求2所述的运动检测设备，其中，基于实施下述公式的无限脉冲响应(IIR)滤波技术对所述第一运动数据中的噪声数据进行滤波：
x′[n]＝a0x[n]+b1x′[n-1]，其中，
x[n]是所述第一运动数据，
x′[n]是所述第一经滤波运动数据，
并且以及
“fc”是滤波器的截止频率，所述截止频率的值在0至0.5之间。
4.根据权利要求2所述的运动检测设备，其中，基于实施下述公式的运动平均滤波技术对所述第二运动数据中的噪声数据进行滤波：
其中
是所述第二经滤波运动数据，以及
“N”是平均的值的数量。
5.根据权利要求4所述的运动检测设备，其中，所述第一经滤波运动数据和所述第二经滤波运动数据在多个时隙被发送，并且其中，在第一时隙，所述第一经滤波运动数据和所述第二经滤波运动数据以16位格式发送至所述数据处理设备。
6.根据权利要求5所述的运动检测设备，其中，对于之后的第二时隙以及后续时隙，在当前时隙捕获的所述第一经滤波运动数据与在前一时隙捕获的所述第一经滤波运动数据的差被从所述运动检测设备发送。
7.根据权利要求6所述的运动检测设备，其中，对于之后的所述第二时隙以及所述后续时隙，在当前时隙捕获的所述第二经滤波运动数据与在前一时隙捕获的所述第二经滤波运动数据的差被从所述运动检测设备发送。
8.根据权利要求7所述的运动检测设备，其中，所述微处理器还执行用于计算对应于所述至少一个轴线的所述第一经滤波数据的标准偏差的指令，其中，如果所计算出的标准偏差小于预定的标准偏差值，则确定所述运动检测设备的运动停止，并且其中，所述标准偏差使用以下公式计算：
其中“n”是样本大小。
9.根据权利要求8所述的运动检测设备，其中，对应于所述至少一个轴线的所述稳态值使用以下公式计算：
其中“N”是平均的值的数量。
10.一种数据处理设备，包括：
处理器；和
与所述处理器耦合的存储器，其中，所述处理器能够执行存储在所述存储器中的编程指令以用于：
从与所述数据处理设备通信的运动检测设备接收与所述运动检测设备沿着至少一个轴线的运动相关联的第一经滤波运动数据、第二经滤波运动数据和稳态值；
验证沿着所述至少一个轴线的所述第二经滤波运动数据中最后一值与所述稳态值之间的差是否大于预定阈值；
如果所述第二经滤波数据中最后一值与所述稳态值之间的差大于所述预定阈值，则确证所述运动检测设备的移动；以及
基于对所述运动检测设备的移动的确证，更新所述运动检测设备的状态变化。
11.根据权利要求10所述的数据处理设备，其中，所述处理器还执行用于通过从沿着所述至少一个轴线的所述第一经滤波运动数据中减去所述稳态值来标准化所述第一经滤波运动数据的编程指令，以获得标准化的经滤波运动数据，其中，所述标准化的经滤波运动数据使用以下公式获得：
x″[n]＝x′[n]-xSS，其中，
x″[n]是所述标准化的经滤波运动数据，
x′[n]是所述第一经滤波运动数据，以及
xSS是对应轴线的所述稳态值。
12.根据权利要求11所述的数据处理设备，其中，所述处理器还执行用于基于沿着所述至少一个轴线的所述标准化的经滤波运动数据来计算速度和位移的编程指令，并且其中，所述速度和所述位移分别使用以下公式计算：
v[n]＝v[n-1]+x″[n]×Δt，和
<mrow> <mi>s</mi> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mi>n</mi> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>=</mo> <mi>s</mi> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mi>n</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>+</mo> <mi>v</mi> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mi>n</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>&amp;times;</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <mi>v</mi> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mi>n</mi> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>-</mo> <mi>v</mi> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mi>n</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>&amp;times;</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>t</mi> <mo>,</mo> </mrow>
其中，x”[n]是所述标准化的经滤波运动数据，
v[n]是在时隙n的速度，
s[n]是在时隙n的位移，以及
Δt是等于1/采样频率的每个时隙的长度。
13.根据权利要求10所述的数据处理设备，其中，如果沿着多个轴线中的仅一个轴线的位移大于预定的位移阈值，则所述运动检测设备的运动被确定为线性运动，并且其中，如果沿着所述多个轴线中的不止一个轴线的位移大于所述预定的位移阈值，则所述运动检测设备的运动被确定为角运动。
14.根据权利要求12所述的数据处理设备，其中，所述运动检测设备的所述状态变化经由与所述数据处理设备耦合的后端服务器在用户的便携式设备上更新于所述用户。
15.一种无线运动监测方法，包括：
经由运动检测设备的微处理器分别从第一传感器和第二传感器获取第一运动数据和第二运动数据，其中，所述第一运动数据和所述第二运动数据与所述运动检测设备沿着至少一个轴线的运动相关联；
经由所述微处理器，分别对所述第一运动数据和所述第二运动数据中的噪声数据进行滤波，以生成第一经滤波运动数据和第二经滤波运动数据；
经由所述微处理器，将所述第一经滤波运动数据和所述第二经滤波运动数据发送至与无线运动检测设备通信的数据处理设备，其中，所述第一经滤波运动数据和所述第二经滤波运动数据一直被发送，直到确定出所述运动检测设备的运动停止；
在所述运动检测设备的运动停止之后，经由所述微处理器计算对应于所述至少一个轴线的稳态值，其中，基于所述第一经滤波运动数据和所述第二经滤波运动数据计算所述稳态值；
经由所述微处理器，将所述稳态值发送至所述数据处理设备；
经由所述数据处理设备的处理器接收与所述运动检测设备沿着至少一个轴线的运动相关联的所述第一经滤波运动数据、所述第二经滤波运动数据和所述稳态值；
经由所述处理器验证沿着所述至少一个轴线的所述第二经滤波运动数据中最后一值与所述稳态值之间的差是否大于预定阈值；
如果所述第二经滤波数据中最后一值与所述稳态值之间的差大于所述预定阈值，则经由所述处理器确证所述运动检测设备的移动；以及
经由所述处理器、基于对所述运动检测设备的移动的确证来更新所述运动检测设备的状态变化。
16.根据权利要求15所述的无线运动监测方法，其中，在多个时隙发送所述第一经滤波运动数据和所述第二经滤波运动数据，并且其中，在第一时隙，将所述第一经滤波运动数据和所述第二经滤波运动数据以16位格式发送至所述数据处理设备。
17.根据权利要求16所述的无线运动监测方法，其中，对于之后的第二时隙和后续时隙，从所述运动检测设备发送在当前时隙捕获的所述第一经滤波运动数据与在前一时隙捕获的所述第一经滤波运动数据的差，并且其中，对于之后的所述第二时隙和所述后续时隙，从所述运动检测设备发送在当前时隙捕获的所述第二经滤波运动数据与在前一时隙捕获的所述第二经滤波运动数据的差。
18.根据权利要求17所述的无线运动监测方法，还包括：经由所述处理器，通过从沿着所述至少一个轴线的所述第一经滤波运动数据中减去所述稳态值来标准化所述第一经滤波运动数据，以获得标准化的经滤波运动数据。
19.根据权利要求18所述的无线运动监测方法，其中，如果沿着多个轴线中的仅一个轴线的位移大于预定的位移阈值，则将所述运动检测设备的运动确定为线性运动，并且其中，如果沿着所述多个轴线中的不止一个轴线的位移大于所述预定的位移阈值，则将所述运动检测设备的运动确定为角运动。
20.根据权利要求15所述的无线运动监测方法，还包括：经由与所述数据处理设备耦合的后端服务器，将所述运动检测设备的所述状态变化在用户的便携式设备上更新于所述用户。
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