CN107764280A - 一种多模式精准计步方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种多模式精准计步方法及装置，所述计步方法包括五个模式：压力检测模式、加速度检测模式、GPS检测模式、综合检测模式、多普勒检测模式；五个模式可通过终端APP进行切换。所述计步装置包括：鞋垫、电源、存储器、GPS定位器、无线信号收发器、压力传感器、传感器放置槽、中央处理器、加速度传感器、电源开关、终端APP、信号发射器、信号接收器。该计步方法及装置提供了多种模式，数据的可靠性大幅度提高，且电源及各元器件可拆卸维修更换，降低了使用和维保的成本，且定位功能亦可以在人员走失时作为定位使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种计步装置领域，特别涉及一种多模式精准计步方法及装置。
背景技术
随着人们生活水平的提高，人们越来越注重自己的健康。特别是在运动时用计步器将运动量量化，目前运用于在移动终端中的内嵌的传感器来开发计步功能已经成为主流。虽然移动终端中的计步器相比传统计步器更加方便了人们的生活。
现有的移动终端中的计步器通常采用浮点算法，浮点算法较为复杂，导致占用较大的运算量，而且由于其复杂的算法结构导致了有可能存在不兼容的问题，往往会造成移动终端的能耗变高，这样将不利于移动终端的续航，从而影响用户的体验；同时也常常因为人们的运动幅度较小时而出现数据采集不准确，导致出现漏计的情况，并且不能实时对步数进行播报。
市场上出现的部分有计步功能的鞋垫，也因为压力传感器安装时镶嵌在鞋垫内，使用时，随着鞋垫的滑动或鞋垫自身弹性的影响，导致压力传感器松脱走位，采集数据出现错误甚至难以进行采集，影响人们的使用效果。
发明内容
本发明为解决现有技术的不足，本发明提出一种多模式精准计步方法及装置，以提高计步的准确性，具体技术方案如下：
一种多模式精准计步装置，其特征在于所述计步装置包括：鞋垫、电源、存储器、GPS定位器、无线信号收发器、压力传感器、信号发射器、信号接收器、传感器放置槽、中央处理器、加速度传感器、电源开关、APP控制终端；
所述鞋垫上设置有传感器放置槽，所述电源、存储器、GPS定位器、无线信号收发器、压力传感器、信号发射器、信号接收器、中央处理器、加速度传感器、电源开关可拆卸的安装至鞋垫上的传感器放置槽内
所述精准计步装置的工作模式包括：压力检测模式、加速度检测模式、GPS检测模式、综合检测模式、多普勒检测模式；其中，综合检测模式为将压力检测模式、加速度检测模式、GPS检测模式的计算结果进行综合计算；
所述存储器中储存有上述五种模式预先设置的有效数据的值和模型数据；
所述压力检测模式通过每只鞋的压力传感器采集的压力曲线数据，在平滑处理后提取压力曲线的极大值个数X，将两只鞋的压力极大值个数相加的和作为检测步数结果；
所述加速度检测模式是指检测每只鞋加速度传感器三个方向的传感器的加速度数值变化，获取加速度最大变化轴，监测加速度最大变化轴的数值a变化，以a为纵坐标，时间为横坐标构建加速度-时间曲线，平滑所述加速度-时间曲线，提取平滑后的加速度时间曲线中的极大值的个数Y，将两只鞋的加速度极大值个数相加的和作为检测步数结果；
所述GPS检测模式是指通过GPS无线定位测算每秒内的行进距离L，计算距离L与时间t的比值运算出速度v，通过预先设置的标准步频-速度关系曲线得到步频w，步数n＝w×t；
所述综合检测模式为将压力检测模式的检测步数P、加速度检测模式的检测步数Q、GPS检测模式的检测步数R进行计算S2＝(P+Q+R)/3，并计算P、Q、R的中间值S3，计算S2与S3的比值S4＝S2/S3，当1.1＞S4＞0.9时，将S2作为检测的步数结果输出，否则将S3作为检测的步数结果输出；
所述多普勒检测模式通过将安装在左脚上的发射器与安装在右脚上的接收器之间的多普勒效应计算步数，处理器将接收器接收到的发射器发射信号的频率构建成频率-时间曲线，将频率-时间曲线进行平滑，提取平滑后的频率-时间曲线的极大值的个数M和极小值的个数N，将S1＝(M+N)/2作为检测的步数结果输出。
通过APP控制终端进行工作模式的选择。
电源为5V纽扣电池。
压力传感器布置于前脚掌区域，以确保采集准确，压力传感器选用压电陶瓷式传感器。
该计步装置通过GPRS实现APP控制终端与无线信号收发器的实时通讯，对整个计步装置进行控制。
所述电源还包括压力发电装置，所述压力发电装置安装于鞋垫的前脚掌区域，压力发电装置利用脚部对鞋垫的压力进行发电，将电力存储在电池中。
此外，本申请还提供一种多模式精准计步方法，包括以下步骤：
1)将电源、存储器、GPS定位器、无线信号收发器、压力传感器、信号发射器、信号接收器、传感器放置槽、中央处理器、加速度传感器、电源开关均安装在鞋垫上，启动APP控制终端，APP控制终端与无线信号收发器实现实时通讯，APP控制终端向无线信号收发器发送工作模式选择指令，无线信号收发器将工作模式指令传送至中央处理器，中央处理器执行压力检测模式、加速度检测模式、GPS检测模式、综合检测模式或多普勒检测模式之一的计步工作；
2)所述精准计步装置的工作模式包括：压力检测模式、加速度检测模式、GPS检测模式、综合检测模式、多普勒检测模式；其中，综合检测模式为将压力检测模式、加速度检测模式、GPS检测模式的计算结果进行综合计算；
所述存储器中储存有五种模式预先设置的有效数据的值和模型数据；
所述压力检测模式通过每只鞋的压力传感器采集的压力曲线数据，在平滑处理后提取压力曲线的极大值个数X，将两只鞋的压力极大值个数相加的和作为检测步数结果；
所述加速度检测模式是指检测每只鞋加速度传感器三个方向的传感器的加速度数值变化，获取加速度最大变化轴，监测加速度最大变化轴的数值a变化，以a为纵坐标，时间为横坐标构建加速度-时间曲线，平滑所述加速度-时间曲线，提取平滑后的加速度时间曲线中的极大值的个数Y，将两只鞋的加速度极大值个数相加的和作为检测步数结果；
所述GPS检测模式是指通过GPS无线定位测算每秒内的行进距离L，计算距离L与时间t的比值运算出速度v，通过预先设置的标准步频-速度关系曲线得到步频w，步数n＝w×t；
所述综合检测模式为将压力检测模式的检测步数P、加速度检测模式的检测步数Q、GPS检测模式的检测步数R进行计算S2＝(P+Q+R)/3，并计算P、Q、R的中间值S3，计算S2与S3的比值S1＝S2/S3，当1.1＞S4＞0.9时，将S2作为检测的步数结果输出，否则将S3作为检测的步数结果输出；
所述多普勒检测模式通过将安装在左脚上的发射器与安装在右脚上的接收器之间的多普勒效应计算步数，处理器将接收器接收到的发射器发射信号的频率构建成频率-时间曲线，将频率-时间曲线进行平滑，提取平滑后的频率-时间曲线的极大值的个数M和极小值的个数N，将S1＝(M+N)/2作为检测的步数结果输出；
3)中央处理器将计步结果通过无线信号收发装置将计步结果传送至APP控制终端显示。
该多模式精准计步方法及装置的优点为：
1、在鞋垫中设置传感器放置槽，各个部件可以整合装入传感器放置槽中，避免了个别部件的松动、脱落或移位，造成使用者的脚底不舒适或者计步不精确，而且电源及各元器件可拆卸维修更换，降低了使用和维保的成本；
2、提供了多种模式，数据的可靠性大幅度提高，其中压力检测模式、加速度检测模式、GPS检测模式可以采用不同方式进行计步，综合检测模式可以对上述三种模式综合分析，增加了数据的准确性；多普勒检测模式则可以在计步的同时准确记录某段时间和步频，使用者可以根据不同需求选择不同模式，增加使用者的选择。
3、GPS定位亦可以在确定其他使用者的位置时定位使用，也可以作为定位失踪人员使用。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步描述：
图1是一种多模式精准计步装置结构原理图；
图2是一种多模式精准计步装置压力检测模式流程示意图；
图3是一种多模式精准计步装置加速度检测模式流程示意图；
图4是一种多模式精准计步装置GPS检测模式流程示意图；
图5是一种多模式精准计步装置综合检测模式流程示意图；
图6是一种多模式精准计步装置多普勒检测模式流程示意图。
1.电源、2.存储器、3.GPS定位器、4.无线信号收发器、5.压力传感器、6.传感器放置槽、7.中央处理器、8.加速度传感器、9.电源开关、10.鞋垫、11.信号发射器、12.信号接收器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细描述：
如图1所示，一种多模式精准计步方法及装置，所述计步装置包括：鞋垫10、电源1、存储器2、GPS定位器3、无线信号收发器4、压力传感器5、中央处理器7、加速度传感器8、电源开关9、APP控制终端(未示出)、信号发射器11、信号接收器12。
所述的电源1、存储器2、GPS定位器3、无线信号收发器4、压力传感器5、中央处理器7、加速度传感器8、电源开关9、信号发射器11、信号接收器12可拆卸的安装至鞋垫10上的传感器放置槽6内。
所述电源1采用5v纽扣电池；
所述存储器2用以储存接收到和运算的数据；
所述无线信号收发器4用以传输压力传感器5、加速度传感器8、GPS定位器3的数据至中央处理器7，并通过GPRS传输至APP控制终端上。
压力传感器5布置于前脚掌区域，优选压电陶瓷式传感器。
电源1还包括压力发电装置，所述压力发电装置安装于鞋垫的前脚掌区域，压力发电装置利用脚部对鞋垫的压力进行发电，将电力存储在电池中。
计步装置还具有外置发射器，可以发射接收器可以接收的信号。
同时，APP控制终端还可以选择测速模式。
测速模式的测速方法为，将外置发射器放置在一个固定位置，接收器通过接收到外置发射器信号的频率发送至中央处理器，中央处理器根据多普勒频移计算发射器与外置发射器的相对速度，从而得到计步速度。
图2-图6表示了本发明提供的计步方法的实现流程，所述计步方法包括：压力检测模式、加速度检测模式、GPS检测模式、综合检测模式、多普勒检测模式。五种模式均需要设置有效数据的值和模型数据，其中有效数据包括最小有效波幅值、有效时间、平均值。
所述压力检测模式先设置最小有效波幅值、有效时间、平均值。通过每只鞋的压力传感器采集的压力曲线数据，在平滑处理后提取压力曲线的极大值(大于最小有效波幅值，产生时间大于有效时间，数值大于平均值的30％，小于平均值的200％)个数X，将两只鞋的压力极大值个数相加的和作为检测步数结果；
所述加速度检测模式先设置最小有效波幅值、有效时间、平均值。检测每只鞋加速度传感器三个方向的传感器的加速度数值变化，获取加速度最大变化轴，监测加速度最大变化轴的数值a变化，以a为纵坐标，时间为横坐标构建加速度-时间曲线，平滑所述加速度-时间曲线，提取平滑后的加速度时间曲线中的极大值(大于最小有效波幅值，产生时间大于有效时间，数值大于平均值的30％，小于平均值的200％)的个数Y，将两只鞋的加速度极大值个数相加的和作为检测步数结果；
所述GPS检测模式先设置最大速度、模型数据、有效时间、平均速度。通过GPS无线定位测算每秒内的行进距离L，计算距离L与时间t的比值运算出速度v(v小于最大速度，v大于平均速度的30％，小于平均速度的200％，t大于有效时间，否则报错)，通过预先设置的标准步频-速度关系曲线得到步频w，步数n＝w×t；
所述综合检测模式先设置前三种模式的最小有效波幅值、有效时间、平均值。将压力检测模式的检测步数P、加速度检测模式的检测步数Q、GPS检测模式的检测步数R进行计算S2＝(P+Q+R)/3，并计算P、Q、R的中间值S3，计算S2与S3的比值S4＝S2/S3，当1.1＞S4＞0.9时，将S2作为检测的步数结果输出，否则将S3作为检测的步数结果输出；
所述多普勒检测模式先设置最小有效波幅值、有效时间、平均值。通过将安装在左脚上的发射器与安装在右脚上的接收器之间的多普勒效应计算步数，处理器将接收器接收到的发射器发射信号的频率构建成频率-时间曲线，将频率-时间曲线进行平滑，提取平滑后的频率-时间曲线的极大值(大于最小有效波幅值，产生时间大于有效时间，数值大于平均值的30％，小于平均值的200％)的个数M和极小值的个数N，将S1＝(M+N)/2作为检测的步数结果输出；
一种多模式精准计步方法，包括以下步骤：
1)将电源、存储器、GPS定位器、无线信号收发器、压力传感器、信号发射器、信号接收器、传感器放置槽、中央处理器、加速度传感器、电源开关均安装在鞋垫上，启动APP控制终端，APP控制终端与无线信号收发器实现实时通讯，APP控制终端向无线信号收发器发送工作模式选择指令，无线信号收发器将工作模式指令传送至中央处理器，中央处理器执行压力检测模式、加速度检测模式、GPS检测模式、综合检测模式或多普勒检测模式之一的计步工作；
2)所述精准计步装置的工作模式包括：压力检测模式、加速度检测模式、GPS检测模式、综合检测模式、多普勒检测模式；其中，综合检测模式为将压力检测模式、加速度检测模式、GPS检测模式的计算结果进行综合计算；
所述存储器中储存有五种模式预先设置的有效数据的值和模型数据；
所述压力检测模式通过每只鞋的压力传感器采集的压力曲线数据，在平滑处理后提取压力曲线的极大值个数X，将两只鞋的压力极大值个数相加的和作为检测步数结果；
所述加速度检测模式是指检测每只鞋加速度传感器三个方向的传感器的加速度数值变化，获取加速度最大变化轴，监测加速度最大变化轴的数值a变化，以a为纵坐标，时间为横坐标构建加速度-时间曲线，平滑所述加速度-时间曲线，提取平滑后的加速度时间曲线中的极大值的个数Y，将两只鞋的加速度极大值个数相加的和作为检测步数结果；
所述GPS检测模式是指通过GPS无线定位测算每秒内的行进距离L，计算距离L与时间t的比值运算出速度v，通过预先设置的标准步频-速度关系曲线得到步频w，步数n＝w×t；
所述综合检测模式为将压力检测模式的检测步数P、加速度检测模式的检测步数Q、GPS检测模式的检测步数R进行计算S2＝(P+Q+R)/3，并计算P、Q、R的中间值S3，计算S2与S3的比值S1＝S2/S3，当1.1＞S4＞0.9时，将S2作为检测的步数结果输出，否则将S3作为检测的步数结果输出；
所述多普勒检测模式通过将安装在左脚上的发射器与安装在右脚上的接收器之间的多普勒效应计算步数，处理器将接收器接收到的发射器发射信号的频率构建成频率-时间曲线，将频率-时间曲线进行平滑，提取平滑后的频率-时间曲线的极大值的个数M和极小值的个数N，将S1＝(M+N)/2作为检测的步数结果输出；
3)中央处理器将计步结果通过无线信号收发装置将计步结果传送至APP控制终端显示。
所述计步装置还具有外置发射器，可以发射接收器可以接收的信号。同时，APP控制终端还可以选择测速模式。测速模式的测速方法为，将外置发射器放置在一个固定位置(例如操场跑道的起点位置)，接收器通过接收到外置发射器信号的频率发送至中央处理器，中央处理器根据多普勒频移计算发射器与外置发射器的相对速度，从而得到计步速度。
本发明并不限于上述实施方式，采用与发明上述实施例相同或近似的结构，而得到的其他结构设计，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种多模式精准计步装置，其特征在于，计步装置安装在鞋垫内，通过APP控制终端进行工作模式的选择。
2.根据权利要求1所述的多模式精准计步装置，其特征在于所述计步装置包括：鞋垫、电源、存储器、GPS定位器、无线信号收发器、压力传感器、信号发射器、信号接收器、传感器放置槽、中央处理器、加速度传感器、电源开关、APP控制终端；
所述鞋垫上设置有传感器放置槽，所述电源、存储器、GPS定位器、无线信号收发器、压力传感器、信号发射器、信号接收器、中央处理器、加速度传感器、电源开关可拆卸的安装至鞋垫上的传感器放置槽内。
3.根据权利要求2所述的多模式精准计步装置，所述精准计步装置的工作模式包括：压力检测模式、加速度检测模式、GPS检测模式、综合检测模式、多普勒检测模式；其中，综合检测模式为将压力检测模式、加速度检测模式、GPS检测模式的计算结果进行综合计算。
4.根据权利要求3所述的多模式精准计步装置，所述存储器中分别储存有压力检测模式、加速度检测模式、GPS检测模式、综合检测模式、多普勒检测模式预先设置的有效数据的值和模型数据。
5.根据权利要求3所述的多模式精准计步装置，所述压力检测模式通过每只鞋的压力传感器采集的压力曲线数据，在平滑处理后提取压力曲线的极大值个数X，将两只鞋的压力极大值个数相加的和作为检测步数结果；
所述加速度检测模式是指检测每只鞋加速度传感器三个方向的传感器的加速度数值变化，获取加速度最大变化轴，监测加速度最大变化轴的数值a变化，以a为纵坐标，时间为横坐标构建加速度-时间曲线，平滑所述加速度-时间曲线，提取平滑后的加速度时间曲线中的极大值的个数Y，将两只鞋的加速度极大值个数相加的和作为检测步数结果；
所述GPS检测模式是指通过GPS无线定位测算每秒内的行进距离L，计算距离L与时间t的比值运算出速度v，通过预先设置的标准步频-速度关系曲线得到步频w，步数n＝w×t；
所述综合检测模式为将压力检测模式的检测步数P、加速度检测模式的检测步数Q、GPS检测模式的检测步数R进行计算S2＝(P+Q+R)/3，并计算P、Q、R的中间值S3，计算S2与S3的比值S1＝S2/S3，当大约处于范围1.1＞S4＞0.9时，将S2作为检测的步数结果输出，否则将S3作为检测的步数结果输出。
所述多普勒检测模式通过将安装在左脚上的发射器与安装在右脚上的接收器之间的多普勒效应计算步数，处理器将接收器接收到的发射器发射信号的频率构建成频率-时间曲线，将频率-时间曲线进行平滑，提取平滑后的频率-时间曲线的极大值的个数M和极小值的个数N，将S1＝(M+N)/2作为检测的步数结果输出。
6.根据权利要求2所述的多模式精准计步装置，其特征在于，电源为5V纽扣电池。
7.根据权利要求2所述的多模式精准计步装置，其特征在于压力传感器布置于前脚掌区域，以确保采集准确，压力传感器优选压电陶瓷式传感器。
8.根据权利要求1所述的多模式精准计步装置，其特征在于该计步装置通过GPRS或蓝牙方式实现APP控制终端与无线信号收发器的实时通讯，对整个计步装置进行控制。
9.根据权利要求2所述的多模式精准计步装置，其特征在于所述电源还包括压力发电装置，所述压力发电装置安装于鞋垫的前脚掌区域，压力发电装置利用脚部对鞋垫的压力进行发电，将电力存储在电池中。
10.一种根据权利要求1-9任一项的装置进行的多模式精准计步方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将电源、存储器、GPS定位器、无线信号收发器、压力传感器、信号发射器、信号接收器、传感器放置槽、中央处理器、加速度传感器、电源开关均安装在鞋垫上，启动APP控制终端，APP控制终端与无线信号收发器实现实时通讯，APP控制终端向无线信号收发器发送工作模式选择指令，无线信号收发器将工作模式指令传送至中央处理器，中央处理器执行压力检测模式、加速度检测模式、GPS检测模式、综合检测模式或多普勒检测模式之一的计步工作；
2)所述精准计步装置的工作模式包括：压力检测模式、加速度检测模式、GPS检测模式、综合检测模式、多普勒检测模式；其中，综合检测模式为将压力检测模式、加速度检测模式、GPS检测模式的计算结果进行综合计算；
所述存储器中储存有五种模式预先设置的有效数据的值和模型数据；
所述压力检测模式通过每只鞋的压力传感器采集的压力曲线数据，在平滑处理后提取压力曲线的极大值个数X，将两只鞋的压力极大值个数相加的和作为检测步数结果；
所述加速度检测模式是指检测每只鞋加速度传感器三个方向的传感器的加速度数值变化，获取加速度最大变化轴，监测加速度最大变化轴的数值a变化，以a为纵坐标，时间为横坐标构建加速度-时间曲线，平滑所述加速度-时间曲线，提取平滑后的加速度时间曲线中的极大值的个数Y，将两只鞋的加速度极大值个数相加的和作为检测步数结果；
所述GPS检测模式是指通过GPS无线定位测算每秒内的行进距离L，计算距离L与时间t的比值运算出速度v，通过预先设置的标准步频-速度关系曲线得到步频w，步数n＝w×t；
所述综合检测模式为将压力检测模式的检测步数P、加速度检测模式的检测步数Q、GPS检测模式的检测步数R进行计算S2＝(P+Q+R)/3，并计算P、Q、R的中间值S3，计算S2与S3的比值S1＝S2/S3，当1.1＞S4＞0.9时，将S2作为检测的步数结果输出，否则将S3作为检测的步数结果输出；
所述多普勒检测模式通过将安装在左脚上的发射器与安装在右脚上的接收器之间的多普勒效应计算步数，处理器将接收器接收到的发射器发射信号的频率构建成频率-时间曲线，将频率-时间曲线进行平滑，提取平滑后的频率-时间曲线的极大值的个数M和极小值的个数N，将S1＝(M+N)/2作为检测的步数结果输出；
3)中央处理器将计步结果通过无线信号收发装置将计步结果传送至APP控制终端显示。
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